一种x射线测厚仪标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数据测量技术领域，更具体地说，涉及一种X射线测厚仪标定方法。
【背景技术】
[0002] -直以来，钢铁产品广泛应用于建筑业、汽车、家用电器、电子产品和航天科技中。 钢铁工业作为各国国民经济的基础产业，在国民经济中占有不可替代的位置，钢铁总产量 与人均钢消费量已经成为衡量一个国家的基础设施建设和经济发达程度的重要指标之一。 近年来随着钢铁业的快速发展，科学技术的不断进步，对制造产品工艺要求不断提高，各行 业对板材及带材质量要求也相应地提高。其中厚度是影响钢材产品质量关键的指标之一， 其要求也是严格的，是衡量带钢质量标准重要的、直接的参数。无论国内还是国外的冶金行 业都十分重视厚度这一指标。
[0003] 如何计算所述被测物体的厚度信息成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种用于计算被测物体厚度的X射线测厚仪标定方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
[0006] 一种X射线测厚仪标定方法，包括：
[0007] 获取预设的标定后的对数线性模型和双指数模型表；
[0008] 对被测物体进行测量，获得被被测物体削弱后的X射线的强度值I;
[0009] 采用所述标定后的对数线性模型依据所述强度值I计算得到被测物体的厚度值 XI ;
[0010] 判断
[0011] 所述厚度值XI是否大于预设值，如果是，将所述厚度值XI作为所述被测物体的厚 度输出，否则，依据所述双指数模型表查找所述强度值I所匹配的厚度值X2,将所述厚度值 X2作为所述被测物体的厚度输出。
[0012] 优选的，上述X射线测厚仪标定方法中，所述标定后的对数线性模型的建立过程 包括：
[0013] 采用测厚仪测量n个厚度已知的标定板所对应的削弱后的X射线的强度值，所述 n为不小于5的正整数；
[0014] 依据与所述标定板相匹配的厚度值和削弱后的X射线的强度值，采用最小二乘 法对公式 X = aa+ai (lnl)+a2 (lnl)2+a3(lnl)3+*" +an(lnl)n? 行求解，得到所述 a i (i = 1，2, 3,…，n)的值，将所述 a#入公式 X = a o+a! (Ini)+a2 (lnl) 2+a3 (lnl) 3+…+an (lnl)n，得 到标定后的对数线性模型；
[0015] 其中，所述X为所述被测物体的厚度值，所述I为经所述被测物体削弱后的X射线 所对应的强度值。
[0016] 优选的，上述X射线测厚仪标定方法中，所述双指数模型表的建立过程包括：
[0017] 采用测厚仪测量n个厚度已知的标定板所对应的削弱后的X射线的强度值，所述 n为不小于5的正整数；
[0018] 依据与所述标定板相匹配的厚度值和削弱后的X射线的强度值采用改进型差分 进化算法对公式y = ae^bx+ce4x进行求解，得到a、b、c、d的值；
[0019] 将所述a、b、c、d的值代入公式y = aeA+Ce4得到标定后的双指数模型；
[0020] 依据所述标定后的双指数模型建立厚度精度值为预设值的双指数模型表，所述双 指数模型表包括依据预设精度分布的被测物体的厚度值，和依据所述标定后的双指数模型 计算得到的与所述厚度值相匹配的、经被测物体削弱后的射线的强度值；
[0021] 其中，所述y为被测物体的厚度值，所述X为经所述被测物体削弱后的X射线所对 应的强度值。
[0022] 优选的，上述X射线测厚仪标定方法中，所述预设值为2. 500mm。
[0023] 优选的，上述X射线测厚仪标定方法中，预设精度为0. 001mm。
[0024] 通过以上方案可知，本发明实施例提供的X射线测厚仪标定方法，采用所述标定 后的对数线性模型依据测量得到的强度值I进行计算，当计算得到的被测物体的厚度值 XI，当所述XI大于预设值时，输出厚度值XI，否则依据预设的双指数模型表查找所述强度 值I即可得到并输出被测物体的厚度值X2,从而实现了被测物体厚度值的确定。
【附图说明】
[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0026] 图1为本发明实施例公开的一种X射线测厚仪标定方法的流程图；
[0027] 图2为本申请实施例公开的一种标定后对数线性模型和建立双指数模型表的流 程图
[0028] 图3为射线强度与电压关系示意图。
【具体实施方式】
[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030] 在对板材的厚度进行测量时，入射线穿透被测带钢时会发生光电效应、和康普顿 散射以及电子对效益，射线强度将被减弱，剩余部分则被电离室型X射线传感器接收到，所 述X射线传感器输出电信号，所述电信号经小信号放大器、高速A/D转换单元输出电压数值 I，该数值与X射线传感器接收到的X射线强度成正比。X射线测厚仪的目的是将传感器输 出的I转换成板材厚度X。如果我们已经知道了 I和x的对应关系x = f(I)，那么只要根 据探测器输出的I值就能够计算出厚度X。因此，如何建立I和x的关系，成为测厚仪测量 厚度的关键所在。
[0031] 首先本申请先对所述X射线测厚仪标定方法的理论基础进行说明：
[0032] 本发明使用了两种模型，分别为对数线性模型和双指数模型，下面进行简述。
[0033] 1、对数线性模型
[0034] 因为u(质量吸收系数）近似正比于被测物质的密度P (被测物密度），而且P 是随着物质的物理状态而变化的，为了避免和被测物质密度的相关性，采用质量衰减系数
设xm= t P来表示，则'=/ V,,, ?i - 〇
[0035] 其中，为质量厚度，表示面积为lm2厚度为t的物质所包含的质量。为X射线 在穿过质量厚度为lkg/m2的物质层后X射线强度较少的分数值。质量衰减系数与波长入 和被测物质的原子序数Z之间存在如下近似关系：
[0036] um= K A 3Z4
[0037] 所述K为常数，由该公式可见，波长越长，X射线的衰减系数越大，即穿透本领越 弱。被测物质的原子序数越大，X射线的衰减系数越大。
[0038] 另由于
（q称为光子通过材料的平均自由程），于是：
[0039]
、x = q(lnl0_lnl)
[0040] 以上的推导出的指数衰减规律公式
是针对单能X射线而言的。但是由 X射线管产生的X射线一般具有连续分布的能谱，当它穿过一定厚度的被测物时，各能谱的 减弱速率并不一致，因此它不严格按指数衰减规律，但是大致仍具有指数衰减规律的趋势， 因此指数减弱规律仍适用于X射线测厚仪，如附图3所示。
[0041] 由于被测物厚度和探测器输出信号轻度近似存在如式
的关系，且一定电 压值、温度下同种材料的q值也是一定的。因此，X和lnl存在近似的线性关系，即：X =a0+a1 (lnl) +a2 (lnl) 2+a3 (lnl) 3+*** +an(lnI)n〇
[0042] 对应不同的标定片厚度xji = 1，2,…，n)，不同的射线强度对数值Inly可以用公 式父=3(|+31(1]11)+3 2(1111)2+33(1111)3+"*+311(1111) 11进行计算得到如下形式：
[0044] 为了计算简便，令Yi=lnli，则公式
[0045] 所述标定的过程就是根据样本点（Xi，以来拟合出参数a的过程。
[0046] 2、双指数模型；
[0047] 单指数公式涉及数据参数的关键焦点值是平均值而不是目标值，而双指数公式涉 及数据参数的关键点值是目标值。所以为了获取到更好的目标值结果，在拟合中选用四参 数双指数进行拟合，即使用下式进行数据拟合：
[0048] y = ae_bx+ce_dx, subject to y, x ^ 0
[0049] 其中，由于被测物厚度与射线强度都是非负的，所以存在约束y，x》0。
[0050] 所述标定的过程就是根据样本点（Xi，yi)来拟合出参数a，b，c，d的过程。
[0051] 在对这两种模型进行标定时，需要借助数据拟合方法，对对数线性模型使用最小 二乘法进行求参，在这里不再描述，对双指数模型采用改进型差分进化算法进行求参。
[0052] 3、改进型差分进化算法
[0053] 本参数拟合过程中将采用改进型差分进化算法，进行双指数模型参数的确定。即 已知数据集{( Xi，yi) |i = l，...，n}，进而拟合得到双指数模型中的系数a，b，c，d的值，其 中x表示钢板厚度，y表示探测器采样电压值。并且在当钢板厚度x为0时，探测器采样电 压值y存在切不为〇,另外当钢板厚度趋向于正无穷大时，y趋向于〇,说明参数b和d都必 须大于0。依据上面的约束条件，该问题可以转化为有约束非线性优化问题：
[0055] 在本实施例中使用了两个优化条件对整个差分进化改进。在传统差分进化算法一 般使用多参数模型，每个个体均具有N个属性。而经改进后将N个数减弱到三个，分别是 a，b，c。有效的降低了运算的复杂度。
[0056] 对于由约束优化问题：minf (X!，x2,? ? ?，xD)，subject to 4 ;
[0057] 利用差分进化算法进行求参，可以分为以下几步：
[0058] (1)初始化种群
[0060] 其中Xu(0)是第i个个体，j表示第j个参数，括号中的0表示该种群是第0代。 在该模型中D设置为4,分别代表参数a，b，c，d ;
[0062] 其中?^.和</分别是第j个参数的下界和上界，rand(0, 1)表示在区间[0, 1]上的 随机数。
[0063] (2)变异
[0064] 差分进化算法通过差分策略实现个体变异，常见的差分策略是随机选取种群中