薄膜X射線測厚儀

本文介紹了用于薄膜測厚的全自動往復式X射線測厚儀的研制，詳述了該測厚儀的硬件組成和測厚的工作原理。該裝置已成功運行在雙向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜生產線上。

薄膜厚度控制是寬幅薄膜生產中至關重要的單元，直接影響到薄膜產品的質量。而測厚儀是薄膜厚度控制系統中的主要設備。目前國內薄膜生產線用于薄膜成品厚度在線測量的測厚儀主要是國外進口設備，維護和使用成本很高，而國產測厚儀也存在精度低，響應慢，實時控制效果不好等缺點。此X射線測厚儀的研制在保證精度和功能的同時，降低了成本。

1.薄膜X射線測厚儀測厚原理

薄膜的厚度控制系統為閉環系統，熔融的塑料經擠出機模頭擠出后，通過橫向和縱向雙向拉伸成薄膜，并在牽引輥處進行測厚儀測厚，所得測厚數據通過測厚儀控制系統進行數據處理并把控制信號傳遞到擠出機的模頭，對模頭的推位螺栓的溫度進行控制來控制擠出機的物料擠出量，從而實現薄膜神厚度控制。

探測器x射線管發射出的x射線在經過薄膜后，通過瓣膜的吸收率對信號的影響來測量被測物體的厚度。

2.薄膜X射線測厚儀系統結構

此測厚系統由X射線發射和接收裝置，機械傳動機構，控制系統，終端操作顯示機構，模頭控制機構組成。

2.1X射線發射和接收裝置

X射線發射和接收裝置包括X射線管、高壓發生裝置、光電倍增管檢測器、信號采集模塊和冷卻系統四個部分。

2.1.1X射線管

考慮到薄膜測厚和安全因素，采用的是5KeV的低能量X射線，硅土屏蔽包裝。對人體損害極小，且X射線管隨供電電源斷開而消失。

2.1.2高壓發生和調節裝置

高壓發生裝置的作用是產生高壓，從而在射線管陰陽極之間形成電勢差，產生X射線。通過外部供給直流24V電壓轉換成可調的5～30kV高壓。

為保證測厚的穩定性，必須要有一個高精度的燈絲電源調節電路，以穩定電子束的大小。X射線的發生主要由管電壓和管電流決定的。與管電壓的立方或平方及管電流成正比。若換算到厚度上，對于管電壓的波動來說要增大4～10倍，對于管電流的波動要增大1～4倍。所以要求X射線驅動器有很高的穩定性。

在高壓調節電路中，采用以下方法保證精度：(1)把加到X射線管上的電壓整流成直流，檢測并控制此電壓，采用高壓測反饋從而達到高穩定度。(2)高壓電壓，高壓電流，燈絲電流可以通過可變電阻實現無級調整。使射線管可以根據實際的要求來調整工作環境，延長了射線管壽命和保證測量精度。(3)高壓變壓的初級采用高頻激勵，使控制高速化和外型小巧化。(4)采用高穩定度的電壓檢測電阻，及低漂移運算放大器。

2.1.3光電倍增管檢測器

光電倍增管檢測器主要由閃爍晶體，光電倍增管，前置放大器組成。閃爍晶體將X射線轉換成可見光至紫外線的波長范圍內，通過光電倍增管將微弱的光信號轉換為一定的電信號，經前置放大器將電信號放大至0一10V標準電壓信號。

2.1.4信號采集模塊

發射和接收裝置內各包含有一套西門子PLCS7—200的CPU和模擬量數據采集模塊，負責采集發射裝置的各模擬量，如高壓電壓，高壓電流，燈絲電流，射線管溫度，高壓發生器的溫度，以及接收裝置的各模擬量，如接收電壓，探測器溫度，采集這些模擬量信號用于監視和控制。

2.1.5供電模塊

發射和接收裝置內需要24VDC電源，供電模塊把外接過來的24V直流電通過直流轉換器并進行RC濾波轉變為士15V和+5VDC，分別給溫度傳感器，高壓裝置，檢測器供電。

2.1.6冷卻系統

射線管，高壓發生裝置，檢測器等都是發熱且對溫度敏感的元件，需要恒溫措施。采用半導體制冷片分別粘在射線管，高壓發生裝置，檢測器的散熱片上，用固態繼電器對其恒溫控制，并上下有風扇保持通風。

2.2機械傳動

采用伺服電機，通過皮帶帶動發射和接收裝置在4500mm導軌上來回移動，伺服電機由伺服功率驅動器和軸定位模塊來控制。

2.3控制系統

由西門子PLCS7—300作為主控單元，從現場采集的模擬信號通過S7—300的計算處理和轉換成厚度值，顯示在現場操作終端OP7和上位機上。OP7除在現場顯示厚度外，還可輸入操作命令。上位機是基于組態王開發的監控界面，具有顯示厚度值，實時厚度曲線，儲存歷史數據，遠程控制等功能。

通過此測厚儀產品在塑料化工廠BOPP生產線的SY，運行穩定，整體厚度在線控制達到滿意的效果，厚度方差控制在0.06以內，明顯提高了產品的產量和質量，減少了故障和破膜次數。同時，也為此測厚儀產品的繼續推廣奠定了基礎。