本文介紹了用于薄膜測厚的全自動(dòng)往復(fù)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(yùn)行在雙向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜生產(chǎn)線上。

薄膜厚度控制是寬幅薄膜生產(chǎn)中至關(guān)重要的單元，直接影響到薄膜產(chǎn)品的質(zhì)量。而測厚儀是薄膜厚度控制系統(tǒng)中的主要設(shè)備。目前國內(nèi)薄膜生產(chǎn)線用于薄膜成品厚度在線測量的測厚儀主要是國外進(jìn)口設(shè)備，維護(hù)和使用成本很高，而國產(chǎn)測厚儀也存在精度低，響應(yīng)慢，實(shí)時(shí)控制效果不好等缺點(diǎn)。此X射線測厚儀的研制在保證精度和功能的同時(shí)，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(tǒng)為閉環(huán)系統(tǒng)，熔融的塑料經(jīng)擠出機(jī)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(jìn)行測厚儀測厚，所得測厚數(shù)據(jù)通過測厚儀控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并把控制信號(hào)傳遞到擠出機(jī)的模頭，對(duì)模頭的推位螺栓的溫度進(jìn)行控制來控制擠出機(jī)的物料擠出量，從而實(shí)現(xiàn)薄膜神厚度控制。

探測器x射線管發(fā)射出的x射線在經(jīng)過薄膜后，通過瓣膜的吸收率對(duì)信號(hào)的影響來測量被測物體的厚度。

2.薄膜X射線測厚儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

此測厚系統(tǒng)由X射線發(fā)射和接收裝置，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)，終端操作顯示機(jī)構(gòu)，模頭控制機(jī)構(gòu)組成。

2.1X射線發(fā)射和接收裝置

X射線發(fā)射和接收裝置包括X射線管、高壓發(fā)生裝置、光電倍增管檢測器、信號(hào)采集模塊和冷卻系統(tǒng)四個(gè)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(duì)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(fā)生和調(diào)節(jié)裝置

高壓發(fā)生裝置的作用是產(chǎn)生高壓，從而在射線管陰陽極之間形成電勢(shì)差，產(chǎn)生X射線。通過外部供給直流24V電壓轉(zhuǎn)換成可調(diào)的5～30kV高壓。

為保證測厚的穩(wěn)定性，必須要有一個(gè)高精度的燈絲電源調(diào)節(jié)電路，以穩(wěn)定電子束的大小。X射線的發(fā)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(duì)于管電壓的波動(dòng)來說要增大4～10倍，對(duì)于管電流的波動(dòng)要增大1～4倍。所以要求X射線驅(qū)動(dòng)器有很高的穩(wěn)定性。

在高壓調(diào)節(jié)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(dá)到高穩(wěn)定度。(2)高壓電壓，高壓電流，燈絲電流可以通過可變電阻實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)整。使射線管可以根據(jù)實(shí)際的要求來調(diào)整工作環(huán)境，延長了射線管壽命和保證測量精度。(3)高壓變壓的初級(jí)采用高頻激勵(lì)，使控制高速化和外型小巧化。(4)采用高穩(wěn)定度的電壓檢測電阻，及低漂移運(yùn)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(zhuǎn)換成可見光至紫外線的波長范圍內(nèi)，通過光電倍增管將微弱的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為一定的電信號(hào)，經(jīng)前置放大器將電信號(hào)放大至0一10V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)。

2.1.4信號(hào)采集模塊

發(fā)射和接收裝置內(nèi)各包含有一套西門子PLCS7—200的CPU和模擬量數(shù)據(jù)采集模塊，負(fù)責(zé)采集發(fā)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(fā)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(hào)用于監(jiān)視和控制。

2.1.5供電模塊

發(fā)射和接收裝置內(nèi)需要24VDC電源，供電模塊把外接過來的24V直流電通過直流轉(zhuǎn)換器并進(jìn)行RC濾波轉(zhuǎn)變?yōu)槭?5V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(tǒng)

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

2.2機(jī)械傳動(dòng)

采用伺服電機(jī)，通過皮帶帶動(dòng)發(fā)射和接收裝置在4500mm導(dǎo)軌上來回移動(dòng)，伺服電機(jī)由伺服功率驅(qū)動(dòng)器和軸定位模塊來控制。

2.3控制系統(tǒng)

由西門子PLCS7—300作為主控單元，從現(xiàn)場采集的模擬信號(hào)通過S7—300的計(jì)算處理和轉(zhuǎn)換成厚度值，顯示在現(xiàn)場操作終端OP7和上位機(jī)上。OP7除在現(xiàn)場顯示厚度外，還可輸入操作命令。上位機(jī)是基于組態(tài)王開發(fā)的監(jiān)控界面，具有顯示厚度值，實(shí)時(shí)厚度曲線，儲(chǔ)存歷史數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程控制等功能。

通過此測厚儀產(chǎn)品在塑料化工廠BOPP生產(chǎn)線的SY，運(yùn)行穩(wěn)定，整體厚度在線控制達(dá)到滿意的效果，厚度方差控制在0.06以內(nèi)，明顯提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，減少了故障和破膜次數(shù)。同時(shí)，也為此測厚儀產(chǎn)品的繼續(xù)推廣奠定了基礎(chǔ)。