薄膜X射线测厚仪

本文介绍了用于薄膜测厚的全自动往复式X射线测厚仪的研制，详述了该测厚仪的硬件组成和测厚的工作原理。该装置已成功运行在双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜生产线上。

薄膜厚度控制是宽幅薄膜生产中至关重要的单元，直接影响到薄膜产品的质量。而测厚仪是薄膜厚度控制系统中的主要设备。目前国内薄膜生产线用于薄膜成品厚度在线测量的测厚仪主要是国外进口设备，维护和使用成本很高，而国产测厚仪也存在精度低，响应慢，实时控制效果不好等缺点。此X射线测厚仪的研制在保证精度和功能的同时，降低了成本。

1.薄膜X射线测厚仪测厚原理

薄膜的厚度控制系统为闭环系统，熔融的塑料经挤出机模头挤出后，通过横向和纵向双向拉伸成薄膜，并在牵引辊处进行测厚仪测厚，所得测厚数据通过测厚仪控制系统进行数据处理并把控制信号传递到挤出机的模头，对模头的推位螺栓的温度进行控制来控制挤出机的物料挤出量，从而实现薄膜神厚度控制。

探测器x射线管发射出的x射线在经过薄膜后，通过瓣膜的吸收率对信号的影响来测量被测物体的厚度。

2.薄膜X射线测厚仪系统结构

此测厚系统由X射线发射和接收装置，机械传动机构，控制系统，终端操作显示机构，模头控制机构组成。

2.1X射线发射和接收装置

X射线发射和接收装置包括X射线管、高压发生装置、光电倍增管检测器、信号采集模块和冷却系统四个部分。

2.1.1X射线管

考虑到薄膜测厚和安全因素，采用的是5KeV的低能量X射线，硅土屏蔽包装。对人体损害极小，且X射线管随供电电源断开而消失。

2.1.2高压发生和调节装置

高压发生装置的作用是产生高压，从而在射线管阴阳极之间形成电势差，产生X射线。通过外部供给直流24V电压转换成可调的5～30kV高压。

为保证测厚的稳定性，必须要有一个高精度的灯丝电源调节电路，以稳定电子束的大小。X射线的发生主要由管电压和管电流决定的。与管电压的立方或平方及管电流成正比。若换算到厚度上，对于管电压的波动来说要增大4～10倍，对于管电流的波动要增大1～4倍。所以要求X射线驱动器有很高的稳定性。

在高压调节电路中，采用以下方法保证精度：(1)把加到X射线管上的电压整流成直流，检测并控制此电压，采用高压测反馈从而达到高稳定度。(2)高压电压，高压电流，灯丝电流可以通过可变电阻实现无级调整。使射线管可以根据实际的要求来调整工作环境，延长了射线管寿命和保证测量精度。(3)高压变压的初级采用高频激励，使控制高速化和外型小巧化。(4)采用高稳定度的电压检测电阻，及低漂移运算放大器。

2.1.3光电倍增管检测器

光电倍增管检测器主要由闪烁晶体，光电倍增管，前置放大器组成。闪烁晶体将X射线转换成可见光至紫外线的波长范围内，通过光电倍增管将微弱的光信号转换为一定的电信号，经前置放大器将电信号放大至0一10V标准电压信号。

2.1.4信号采集模块

发射和接收装置内各包含有一套西门子PLCS7—200的CPU和模拟量数据采集模块，负责采集发射装置的各模拟量，如高压电压，高压电流，灯丝电流，射线管温度，高压发生器的温度，以及接收装置的各模拟量，如接收电压，探测器温度，采集这些模拟量信号用于监视和控制。

2.1.5供电模块

发射和接收装置内需要24VDC电源，供电模块把外接过来的24V直流电通过直流转换器并进行RC滤波转变为士15V和+5VDC，分别给温度传感器，高压装置，检测器供电。

2.1.6冷却系统

射线管，高压发生装置，检测器等都是发热且对温度敏感的元件，需要恒温措施。采用半导体制冷片分别粘在射线管，高压发生装置，检测器的散热片上，用固态继电器对其恒温控制，并上下有风扇保持通风。

2.2机械传动

采用伺服电机，通过皮带带动发射和接收装置在4500mm导轨上来回移动，伺服电机由伺服功率驱动器和轴定位模块来控制。

2.3控制系统

由西门子PLCS7—300作为主控单元，从现场采集的模拟信号通过S7—300的计算处理和转换成厚度值，显示在现场操作终端OP7和上位机上。OP7除在现场显示厚度外，还可输入操作命令。上位机是基于组态王开发的监控界面，具有显示厚度值，实时厚度曲线，储存历史数据，远程控制等功能。

通过此测厚仪产品在塑料化工厂BOPP生产线的SY，运行稳定，整体厚度在线控制达到满意的效果，厚度方差控制在0.06以内，明显提高了产品的产量和质量，减少了故障和破膜次数。同时，也为此测厚仪产品的继续推广奠定了基础。