рентгеновское устройство контроля толщины слоев биметаллической ленты

Формула изобретения

Рентгеновское устройство контроля толщины слоев биметаллической ленты, содержащее источник рентгеновского излучения с коллиматором, первую рентгеновскую камеру, контролируемую биметаллическую 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, отличающееся тем, что вторая камера снабжена коллиматором и исполнительным механизмом сканирования, обеспечивающим получение информации на выходе второй камеры о верхней, внутренней и нижней границах раздела структуры материала ленты, при этом коллиматоры источника излучения и второй камеры выполнены в виде узких щелей, обеспечивающих излучаемому прямому рентгеновскому потоку и принимаемому второй камерой отраженному рентгеновскому потоку тонкоплоскую форму по ширине не менее ширины ленты, причем тонкоплоский поток источника излучения направлен нормально к поверхности контролируемой ленты и ориентирован вдоль поперечного сечения ленты, а вторая камера расположена своим коллиматором нормально к отраженному от ленты рентгеновскому потоку на расстоянии от линии пересечения ленты с прямым потоком излучения не более 0,5 м и ориентирована щелью своего коллиматора параллельно щели коллиматора источника излучения, при этом исполнительный механизм представляет собой реверсивный двигатель, кинематически связанный с второй камерой и обеспечивающий поворот второй камеры относительно линии пересечения прямого потока излучения и контролируемой ленты в плоскости, образованной продольными осями симметрии прямого и отраженного потоков излучения и контролируемой ленты.

Описание изобретения к патенту

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.

Известен рентгеновский измеритель толщины, содержащий рентгеновский излучатель и приемник отраженного излучения, размещенные по одну сторону от контролируемого изделия [авторское свидетельство SU 1355866 от 30.11.1987].

Это техническое решение позволяет измерять толщины покрытий удовлетворительно, однако точность измерений при этом недостаточная.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому представляется рентгеновское устройство контроля толщины многослойных покрытий плоской или цилиндрической ленты, содержащее 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].

Недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в контроле эквивалентной толщины ленты и не обеспечивающие достоверное измерение толщины ленты послойно из-за низкой точности измерения.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что в рентгеновском устройстве контроля толщины слоев биметаллической ленты, содержащем источник рентгеновского излучения с коллиматором, первую рентгеновскую камеру, контролируемую биметаллическую 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, вторая камера снабжена коллиматором и исполнительным механизмом сканирования, при этом коллиматоры излучателя и второй камеры выполнены в виде узких щелей, обеспечивающих соответственно излучаемому прямому рентгеновскому потоку и принимаемому второй камерой отраженного рентгеновского потока тонкоплоскую форму по ширине не менее ширины ленты, причем тонкоплоский поток излучателя направлен нормально к поверхности контролируемой ленты и ориентирован вдоль поперечного сечения ленты, а вторая камера расположена своим коллиматором нормально к отраженному от ленты рентгеновскому потоку на расстоянии от ленты не более 0,5 м и ориентирована щелью своего коллиматора параллельно щели коллиматора излучателя, при этом исполнительный механизм представляет собой реверсивный двигатель, кинематически связанный с второй камерой и обеспечивающий поворот второй камере относительно линии пересечения прямого потока излучения и контролируемой ленты в плоскости, образованной продольными осями симметрии прямого и отраженного потоков излучения и контролируемой ленты.

Техническим результатом изобретения является высокое геометрическое разрешение разных по структуре и плотности материалов биметаллической ленты при измерении толщины ее слоев, за счет тонкоплоского потока излучения и сканирования второй камеры зоны пересечения прямого потока рентгеновского излучения с контролируемой лентой, обеспечивающее высокую точность, чувствительность и достоверность контроля.

На чертеже приведена структурная блок-схема устройства, реализующая контроль толщины слоев биметаллической ленты.

Устройство содержит источник рентгеновского излучения 1 с коллиматором 2, первую рентгеновскую камеру 3, контролируемую биметаллическую ленту 4, размещенную между излучателем 1 и камерой 3, вторую рентгеновскую камеру 5 с коллиматором 6, процессор 7 и регистратор 8. Выход процессора 7 соединен с входом регистратора 8, а входы процессора 7 соединены с выходами камер 3 и 5. Первая камера 3 и контролируемая лента 4 расположены в прямом рентгеновском потоке излучения, а вторая камера 5 - в отраженном от структуры материала ленты 4 рентгеновском потоке.

Коллиматоры 2 и 6 излучателя 1 и камеры 5 соответственно выполнены в виде узких щелей (не показаны), прозрачных для рентгеновского потока, и предназначены для локализации прямого и отраженного потоков. Щель коллиматора 2 ориентирована вдоль поперечного сечения ленты 4 и перпендикулярно продольной оси симметрии ленты 4 и обеспечивает тонкоплоскую форму излучаемому рентгеновскому потоку по ширине не менее ширины контролируемой ленты 4. Вторая камера 5 ориентирована щелью своего коллиматора 6 параллельно щели коллиматора 2 излучателя 1 и поперечному сечению контролируемой ленты 4 (перпендикулярно продольной оси симметрии ленты 4) и расположена щелью коллиматора 6 навстречу потоку, отраженному от структуры материала ленты 4. Чем ближе излучатель 1 расположен к ленте 4, тем меньше площадь на ленте 4, просвечиваемая прямым рентгеновским потоком, и тем полнее информационный поток попадает в камеру 5, что повышает достоверность контроля и метрологические показатели. Расстояние второй камеры 5 от ленты вдоль потока также не рекомендуется увеличивать и следует выбирать не более 0,5 м. Увеличение расстояния более 0,5 м ухудшит метрологию устройства по тем же причинам - большого «размытия» площади поперечного сечения потока на входе коллиматора 6. Вместе с этим, выбранное расстояние определяет угол поворота второй камеры 5 для обеспечения полного перекрытия толщины биметаллической ленты 4 в зоне ее пересечения с прямым потоком излучения. Полная толщина контролируемой биметаллической ленты 4 для целей термостатирования, как правило, бывает от 0,1 до 0,5...1,5 мм.

Вторая камера 5 снабжена исполнительным механизмом сканирования, представляющим собой реверсивный двигатель (не показан), кинематически связанный, например, с корпусом второй камеры 5. Механизм предназначен для обеспечения поворота второй камеры 5 по заданной программе, зашитой в память процессора 7, в плоскости, образованной продольными осями симметрии прямого и отраженного потоков излучения и контролируемой ленты 4 в пределах угла 3...6 градусов. Частота поворота второй камеры в динамике определяется скоростью движения ленты. Если линейная скорость движения ленты при контроле равна 0,1...0,5 м/с, то линейная скорость поворота камеры 5 достаточна величины 1...5 м/с, т.е. выше на порядок, которая обеспечивает необходимое разрешение глубины ленты в динамике.

Первая и вторая камеры 3, 5 предназначены для преобразования рентгеновского излучения в электрический сигнал.

Процессор 7 выполняет функции содержания программы, созданной по заданному алгоритму, обработки электрических сигналов камер 3, 5, их преобразования, запоминания информации и обеспечения ее воспроизведения на регистраторе 8. В качестве регистратора 8 может быть монитор.

Работа устройства.

Рентгеновский поток, излучаемый через коллиматор 2, просвечивает биметаллическую ленту 4 и поступает на первую камеру 3, в которой этот поток преобразуется в электрический сигнал. По уровню электрического сигнала, поступающего с первой камеры 3 в процессор 7 и далее на регистратор 8, судят о полной величине толщины ленты и запоминают ее значение в процессоре.

Одновременно с этим действием вторая камера 5, сканируя в пределах заданного угла относительно линии пересечения прямого потока с лентой, принимает через коллиматор 6 отклики отраженного рентгеновского потока и преобразует их в электрические сигналы. За счет сканирования камерой 5 зоны контакта прямого потока излучения с контролируемой лентой 4 на выходе камеры 5 получаем электрический сигнал определенного уровня амплитуды, но с периодическими ее всплесками, которые свидетельствуют о верхней, внутренней и нижней поверхностях (границах) раздела структуры материала ленты 4. Полученная информация в виде электрических сигналов поступает в процессор 7 и обрабатывается. По значениям расстояний между всплесками (максимумами) амплитуд электрического сигнала с учетом скорости сканирования второй камеры 5, скорости движения ленты 4 (если она движется) и полной толщины биметаллической ленты, полученной от первой камеры 3, определяют толщину каждого слоя биметаллической ленты в заданном ее локальном сечении.

Техническим результатом изобретения является высокое геометрическое разрешение разных по структуре и плотности материалов биметаллической ленты при измерении толщины ее слоев, за счет тонкоплоского потока излучения и сканирования второй камера зоны пересечения прямого потока рентгеновского излучения с контролируемой лентой, обеспечивающее высокую точность, чувствительность и достоверность контроля.