Устройство для рентгеновского контроля толщины слоев биметаллической ленты

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к рентгеновским средствам измерения толщины слоев биметаллической ленты, используемой в термометрах, терморегуляторах, и может применяться в машиностроении, энергетике и других отраслях. Изобретение заключается во введении в устройство цифрового вычислителя, при этом размеры щелей коллиматоров излучателя и второй камеры выполнены: в поперечном сечении в пределах 2...4 мм, в продольном сечении (1,1...1,2)d, где d - ширина ленты в поперечном сечении, щели ориентированы параллельно друг другу и сфокусированы своими апертурами на одно и то же поперечное сечение ленты, причем возможность сканирования во второй камере в секторе знакополярного угла ±α обеспечена в плоскости, образованной нормалью прямого потока излучения, совмещенной с продольной осью симметрии прямого потока, и продольной осью ленты, проходящей между ее слоями и пересекающейся с продольной осью симметрии прямого потока, в пределах угла, перекрывающего ширину апертуры прямого рентгеновского потока в поперечном сечении ленты, просвечиваемом прямым потоком, при этом выход второй камеры соединен с входом цифрового вычислителя, связанного выходом с входом процессора. Технический результат: высокое геометрическое разрешение разных по структуре и плотности материалов биметаллической ленты при измерении толщины ее слоев. 2 ил.

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к рентгеновским средствам измерения толщины слоев биметаллической ленты, используемой в термометрах, терморегуляторах, и может применяться в машиностроении, энергетике и других отраслях.

Известны рентгеновские устройства контроля толщины металлической ленты, содержащие источник рентгеновского излучения, первую рентгеновскую камеру, металлическую ленту, расположенную между источником излучения и первой камерой, вторую рентгеновскую камеру, процессор и регистратор, при этом первая камера размещена в прямом потоке рентгеновского излучения, а вторая камера - в отраженном потоке от структуры материала ленты [патент RU №2221220, БИ №1, 2004].

Однако известные рентгеновские устройства имеют ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в контроле эквивалентной толщины ленты, и не обеспечивают достоверное измерение толщины ленты послойно из-за низкой точности измерения.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому представляется рентгеновское устройство контроля толщины многослойных покрытий плоской или цилиндрической ленты, содержащее источник рентгеновского излучения с коллиматором, первую рентгеновскую камеру, контролируемую ленту, вторую рентгеновскую камеру, размещенную в отраженном потоке рентгеновского излучения, процессор и регистратор [Решение ФИПС от 21.01.2005 года о выдаче патента на изобретение по заявке №2004114035/28 (015474)].

Это техническое решение позволяет измерять толщины покрытий удовлетворительно, однако точность и достоверность контроля при этом недостаточны, поскольку толщину верхнего слоя контролируемой ленты определяют по отраженному рентгеновскому потоку от структуры материала ленты, направление которого лежит под углом к нормали ленты, высота слоев которой как раз является нормалью.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что в устройство для рентгеновского контроля толщины слоев биметаллической ленты, содержащим источник рентгеновского излучения с щелевым коллиматором, первую рентгеновскую камеру, контролируемую биметаллическую ленту, расположенную между источником излучения и первой камерой в прямом потоке рентгеновского излучения, направленном к ленте нормально, вторую рентгеновскую камеру, размещенную в отраженном от структуры материала ленты потоке рентгеновского излучения, с возможностью сканирования в секторе знакополярного угла ±α относительно своего центра также с щелевым коллиматором и последовательно соединенные, процессор и регистратор, при этом вторая камера обращена к ленте своим коллиматором, введен цифровой вычислитель, при этом размеры щелей коллиматоров излучателя и второй камеры выполнены: в поперечном сечении в пределах 2...4 мм, в продольном сечении (1,1...1,2)d, где d ширина ленты в поперечном сечении, щели ориентированы параллельно друг другу и сфокусированы своими апертурами на одно и то же поперечное сечение ленты, причем возможность сканирования во второй камере в секторе знакополярного угла ±α обеспечена в плоскости, образованной нормалью прямого потока излучения, совмещенной с продольной осью симметрии прямого потока, и продольной осью ленты, проходящей между ее слоями и пересекающейся с продольной осью симметрии прямого потока, в пределах угла, перекрывающего ширину апертуры прямого рентгеновского потока в поперечном сечении ленты, просвечиваемом прямым потоком, при этом выход второй камеры соединен с входом цифрового вычислителя, связанного выходом с входом процессора.

Техническим результатом изобретения является высокое геометрическое разрешение разных по структуре и плотности материалов биметаллической ленты при измерении толщины ее слоев за счет введенного цифрового вычислителя, обеспечивающего вычисление толщины верхнего слоя ленты по ее нормали, а вместе с признаками: тонкоплоский поток излучения и сканирование второй камерой зоны пересечения прямого рентгеновского позволяют в совокупности повысить точность и достоверность контроля.

На фиг.1 приведена структурная блок-схема устройства, на фиг.2 показан верхний слой толщиной h₁ ленты в сечении ее просвечивания прямым потоком рентгеновского излучения.

Устройство содержит источник рентгеновского излучения 1 с щелевым коллиматором 2, первую рентгеновскую камеру 4, контролируемую биметаллическую ленту, вторую рентгеновскую камеру 5 с щелевым коллиматором 6, цифровой вычислитель 8, процессор 9 и регистратор 10.

Контролируемая лента размещена в прямом потоке рентгеновского излучения, направленного нормально к ленте, между излучателем 1 и первой камерой 4. Вторая камера 5 расположена в отраженном от структуры материала ленты рентгеновском потоке, ось симметрии которого, пересекаясь с продольной осью симметрии прямого потока в плоскости, лежащей между слоями ленты, образует угол α₀ (см. фиг.2). Выход первой камеры 4 соединен с первым входом процессора 9, а выход второй камеры 5 связан через цифровой вычислитель 8 с вторым входом процессора 9, выход которого подключен к входу регистратора 10.

Размеры щелей 3 и 7 коллиматоров 2 и 6 выполнены в поперечном сечении в пределах 2...4 мм, а в продольном - в пределах (1,1...1,2)d, где d - ширина ленты в поперечнике. Щели 3, 7 ориентированы параллельно друг другу и сфокусированы на одно и то же поперечное сечение ленты. Предложенные значения размеров щелей 3, 7 и ориентация их в одно поперечное сечение обеспечивают высокую достоверность контроля устройству.

Вторая камера 5 выполнена с возможностью сканирования в секторе знакополярного угла ±α относительно своего центра в плоскости, образованной нормалью прямого потока излучения, совмещенной с продольной осью симметрии прямого потока, и продольной осью ленты, проходящей между ее слоями и пересекающейся с нормалью прямого потока. Причем возможность сканирования во второй камере 5 может быть обеспечена, например реверсивным двигателем (не показан). Сканирование камеры 5 увеличивает геометрическое разрешение, тем самым повышает точность контроля толщины h₁ верхнего слоя ленты. Величина знакополярного угла ±α сканирования второй камеры 5 выбрана с учетом полного перекрытия ширины (апертуры) прямого потока в сечении ленты, просвечиваемой им толщины h₁.

Первая и вторая камеры 4 и 5 предназначены для преобразования рентгеновского излучения в аналоговый электрический сигнал.

Цифровой вычислитель 8 предназначен для определения толщины h₁ (см. фиг.2 - прямоугольный треугольник ОВС), эквивалентной длине катета ОС по измеренной второй камерой 5 длины гипотенузы ОВ, совмещенной с осью симметрии отраженного потока, и известному значению угла α₀ по формуле

В этом выражении угол α₀ принят постоянным и не учитывается приращение угла сканирования ±α из-за малости его значения за счет узкоплоской щели 3 коллиматора 2.

Процессор 9 предназначен для производства оцифровывания аналогового сигнала от детектирования прямого потока, вычислений полной толщины (h₁+h₂), ленты и в отдельности ее слоев, содержания программы вычислений, запоминания, хранения информации и ее воспроизведения на регистраторе 10. В качестве регистратора 10 может быть монитор.

Работа устройства.

Рентгеновский поток, излучаемый источником 1 через щелевой коллиматор 2, просвечивает биметаллическую ленту и поступает на первую камеру 4, в которой этот поток преобразуется в электрический сигнал. По уровню электрического сигнала, поступающего с первой камеры 4 в процессор 9 и далее на регистратор 10, судят о полной величине толщины (h₁+h₂) ленты и запоминают ее значение в процессоре 9.

Одновременно с этим действием вторая камера 5, сканируя в пределах заданного ±α, принимает через коллиматор 6 отклики отраженного рентгеновского потока и преобразует их в электрические сигналы. Электрический сигнал с камеры 5, пропорциональный длине гипотенузы OB (фиг.2), поступает в цифровой вычислитель 8, в котором определяется значение толщины h₁ верхнего слоя ленты по выражению (1). Эта физическая величина в виде цифрового электрического сигнала подается в процессор 9, где осуществляются программные процедуры по определению значений суммы (h₁+h₂), h₁ - верхнего слоя и h₂ - нижнего слоя ленты.

Техническим результатом изобретения является высокое геометрическое разрешение разных по структуре и плотности материалов биметаллической ленты при измерении толщины ее слоев за счет введенного цифрового вычислителя, обеспечивающего вычисление толщины верхнего слоя ленты по ее нормали, а вместе с признаками: тонкоплоский поток излучения и сканирование второй камерой зоны пересечения прямого рентгеновского позволяют в совокупности повысить точность и достоверность контроля.

Устройство для рентгеновского контроля толщины слоев биметаллической ленты, содержащее источник рентгеновского излучения с щелевым коллиматором, первую рентгеновскую камеру, контролируемую биметаллическую ленту, расположенную между источником излучения и первой камерой в прямом потоке рентгеновского излучения, направленном к ленте нормально, вторую рентгеновскую камеру, размещенную в отраженном от структуры материала ленты потоке рентгеновского излучения, с возможностью сканирования в секторе знакополярного угла ±α относительно своего центра, также с щелевым коллиматором, и последовательно соединенные процессор и регистратор, при этом вторая камера обращена к ленте своим коллиматором, отличающееся тем, что в него введен цифровой вычислитель, при этом размеры щелей коллиматоров излучателя и второй камеры выполнены: в поперечном сечении в пределах 2...4 мм, в продольном сечении (1,1...1,2)d, где d - ширина ленты в поперечном сечении, щели ориентированы параллельно друг другу и сфокусированы своими апертурами на одно и то же поперечное сечение ленты, причем возможность сканирования второй камере в секторе знакополярного угла ±α обеспечена в плоскости, образованной нормалью прямого потока излучения, совмещенной с продольной осью симметрии прямого потока, и продольной осью ленты, проходящей между ее слоями и пересекающейся с продольной осью симметрии прямого потока, в пределах угла, перекрывающего ширину апертуры прямого рентгеновского потока в поперечном сечении ленты, просвечиваемом прямым потоком, при этом выход второй камеры соединен с входом цифрового вычислителя, связанного выходом с входом процессора.