X射线镀层测厚仪的设计
技术综述
RSI 测厚仪是由仪表专家设计开发的，具有 200 多人年的经验。它是目前全世界市场 上最可靠最精确的 X 射线镀层测厚仪。
RSI 系统由于采用了最新的计算机技术， 使得测厚仪系统的硬件和软件都不存在使 用和运行若干年后过时或无法供应备件的问题。另外网络技术的使用更为现代化金属加工 业增加了便利以及测量过程本身的稳定性。
系统硬件的模块化设计可实现多 CPU 及输入输出的方式，所以系统配置的简易程度 可以很容易掌握。
镀层测量是用 X 射线荧光进行的。它需要高稳定性的直流 X 射线源将射线束直接打 在镀层表面。一种带有过滤器的特殊电离室探头可以将从镀层本身反射的 X 射线荧光辐射 与从钢板基质材料发射出的 X 射线荧光辐射区分开。通过使用高效的 X 射线源和 高识别 性的探头，钢板基质材料对涂层的测量结果有更小的影响。
镀层的测量就会减少到最小。而且与其他同类镀层测厚仪相比具有响应快，噪音小等 特点。另外，这种独有的技术 可同时测量双元素镀层的重量（或厚度）， 如，锌/铝或锌
/镍。
探头的信号由测厚仪每 0.25 毫秒读一次，或者说测量次数为每秒 4000 次。同时测厚 仪对合金，温度及其它影响测量结果的参数进行修正。经过处理后最终得到的是一个非常 快速的，低噪音的和非常精确的测量信号。它可被用于气刀控制系统，钢板质量保证（QA） 系统，或只用于显示。用户可以有多个输出的模拟信号或数字信号，并可利用系统工具通 过不同的操作终端和界面对信号进行放大或缩小和设置。 另外一个优点来自于 X 射线探 头和信号处理的快速响应时间。这可以在快速扫描时得到非常精确的镀层凸度和三点测量 结果。
系统描述 测量头
RSI X 射线镀层测厚仪的测量头是基于长寿命，高稳定性和安全性进行设计的。测量 头是准确测量镀层的关键。通过使用与我们的测厚仪放射源及探头相似的加工技术，坚实 的镀层测量头可适应最恶劣的工作环境，而且可靠和稳定。我们的工程师队伍不断地对关 键部件进行性能和寿命评估并加以持续改进。RSI 的 X 射线源及探头在机械及电气元件 上与在过去老系统（DMC 系统）上使用的都是匹配的。因此在老系统改造时可减少用户的
成本和额外昂贵配件 。
使用 X 射线源而不是放射性元素在钢及镀层上产生 X 射线荧光可以得到更快的测量速 度，更好的精确度，并可同时测量出双镀层的成分如锌/铁 和锌/铝。加上 RSI 特殊的标 定方法和标准计算法，这些射线源及探头可供多年使用且具有稳定可靠 精 度及重复性。
镀层测厚仪探头
和射线源一样关键，探头必须有效地探测 X 射线并将其转换成稳定性高噪音低的信号。 RSI 镀层测厚仪使用填充有惰性气体的差分式电离室探头， 它具有以下特点：
. 不产生“暗电流”—无照射电流
. 低温度敏感性
. 长寿命
. 结实及抗振
. X 射线过量照射后（盲眼）快速恢复
. 基本无滞后
. 非常好的长期稳定性
. 过滤不同能量
. 区分双元素
. 对基质变化的敏感性减低
RSI 镀层测厚仪配有的高精度放大器以及其它电子传感器相结合，RSI 镀层测厚仪的
X
射线探头是适用于最恶劣轧钢环境，而且性能最佳。 标样箱
为保证对镀层测厚仪进行高精度地标定，每个扫描架都配有一个标样箱。测量头可在 操作工或二级计算机系统命令下移动到标样箱位置。 标样箱装在带钢的轧制线上方，放 置有三个样片。其中一个样片是纯铁（零镀层），另外一片镀有非常厚的待测材料 （“无 限”镀层厚度）。这些样品用于标定测量头。第三个样片镀有已知的中等镀层厚度的 材料 ， 用于检验系统的准确性。
在标样箱旁边装有接线盒。接线盒有以太网连接。在需要时，可以用便携式计算机联 网对系统进行重新标定。
O 型架或单臂扫描器
二个测量头（顶部和底部）装在 O 型架或单臂扫描器上。它是 根据客户的轧线特定 需要进行特制的。 为保证测量的稳定性，要使板带在轧制线上相对稳定，所以非常坚固 稳定的 O 型扫描架是一个基本条件。 带有的空气吹扫用于吹除窗口的污染物，以保证可 靠的在线测量精度。
为保护现场工作人员，配有明亮的三色 LED 警示灯显示 X 射线的状态 :
. 黄色 : X 射线开，快门关
. 红色 ： X 射线开，快门开
. 绿色 ： X 射线关
测量头因为工作在热环境中，所以配有水冷套。另外为探头还配有单独的水冷环路进 行特别高温保护。这是在恶劣的轧钢厂环境下经常遇到的。
测量头的移动是通过主驱动马达，齿轮箱和定时皮带完成的， 非常稳定，不打滑， 几乎无需维护。
司服驱动马达带有高分辨率的定位编码器保证精确的测量位置，这是断面厚度测量所 必需的。同时在标定过程中也为测量头定位。
测量头的电缆和软管通过电源槽连到现场的接线盒（MJB）。接线盒装在扫描架的一头 。 这些电缆一般带有 Kevlar 外壳以耐久。
接线盒一般带有现场控制开关和按钮用于测量头的移动和 X 射线快门。为方便起见，
接
线盒 上装有 RG45 以太网接头。便携机可与之连接进行标定和清障。
NEMA 主电柜（MEC）装有系统计算机及辅助配件，电源和输入/输出（I/O）接口板， 以及 X 射线驱动器的 CPU 盒。
主电柜不需后开门，可以方便地靠墙安装。内部的电子部件环境温度最大为
35oC(90oF)。 若配空调使用环境温度可到 50oC (122oF)。
. Motherboard, featuring PC 104 ISA Bus and PCI bus compatibility
PC104 ISA Bus 母板，可与 PCI bus 匹配
. Pentium 级处理器，266 MHZ 或更快
. 40 GB 硬盘（固态硬盘可选）
. 二个独立的高速 16 bit A/D 测量通道（250 毫秒取样速率），双极+10VDC
. 如果需要的话还可加 16 个 16-bit 慢速 A/D 通道，
. 额外的 A/D 通道用于供电和箱内温度监测
. 多达 8 个独立可设置的模拟输出通道
. 多达 96 个可设置的数据输入/输出通道
系统计算机盒内带有内置的 305 毫米(12 英寸) LCD 屏幕用于工程师清障，诊断和标 定。
同时配有键盘用于数据输入和系统设置。
一个 CD 读写驱动器用于系统装软件（CD 盘自动启动）和做备份。同时也配有磁盘 驱动器。但仅用于进行系统升级时传输标定数据等。
技术员界面可允许对测厚仪的所有功能进行操作和进入大部分系统设置文件。多层次 的密码保护可防止非法干扰和篡改，从而保证系统安全。
特征有：
a. 对诸多的故障有报警日誌，包括供电，柜子温度，供水故障等等。
b. 诊断软件用于数字和模拟量输入输出的故障排除 c. 远程诊断功能，这是通过 modem 或网络完成的 d. 曲线回归软件带有相关系数显示
e. 通讯界面采用单独的处理器以提高可靠性（适用时）
f. 高速测量采样速度达到 0.25 毫秒或每秒 4000 次。
g. 气隙温度补偿（带钢两面）
h. 合金补偿
i. 以太网连接到操作工终端，触摸屏和二级计算机
j. 可选的 RS232 系列接口 为保证测量数据的完整性和精确性，测厚仪处理器和显示盒没有交流电线穿过。
供电盒
供电盒是在一个单独的可滑动拉出的抽屉里装有供电模板。所有的供电线路都带有自 身的回路闸刀，在交流电进线上装有主回路闸刀。
所有的供电线路和 端子都有颜色编码易于清障。 测厚仪的主处理器对供电进行监控并对所有的供电故障进行警报。
X 射线驱动箱
高稳定性的数字式 X 射线驱动箱用于驱动 X 射线源。X 射线的控制系统采用 Pentium
级
CPU 调节 X 射线的高压和穿过 X 射线管的电流。
X 射线的高压及电流是通过 TCP/IP 以太网与主系统 CPU 连接由系统标定软件设置的。 但同时也配有 RS232C 界面用于同样用途，使得与旧的 DMC 数字式 X 射线驱动箱完全匹配。
带终端的输入/输出模板 工业标准化的输入/输出模板装有很多回路板并带有二极管灯显示模板的状态。
终端条非常便于客户接线。
闭环式水冷器
Haskris 闭环水冷器用于冷却测量头。它带有温度控制以保证测厚仪测量的最佳稳定 性和测量头的长寿。
流量开关装在水冷器的里面， 测厚仪系统对水流量进行监控。当冷却液出现故障时 进行警报。
可选择的操作界面
在现场只需要操作工 手动控制镀层测厚仪或者只需要显示某些测厚仪状态或测量结
果
时，RSI 提供两种不同的界面。请检查文件“供货范围”以确认提供的是哪种界面模式。
1. 背装式遥控操作终端
这种模式是在显示屏的背后装有通过 RG45 连接的以太网界面。它的内部为 Pentium 级 CPU 和 20GB 硬盘， 使用 Linux/C++软件。它的 9 英寸 (23 厘米)彩色 LCD 显示屏可显 示所有测量数据和系统状态。输入面板用于数据输入和功能控制。
这种终端还有一些额外的特征以增加灵活性和便于使用：
两个 PS2 连接器用于鼠标和键盘。另加两个 USB 口装在终端前面的可移动面板下面。
另
外，终端的背后还有一个 DB25 串行连接口。 参数 :
电源: 90 – 260 VAC, 47 – 440 Hz, 1.2 – 0.7 安培，单相
显示: 彩色液晶 XVGA， 9 英寸(23 cm) 平面直角屏幕（8.4 英寸(21.3 cm)也可用） 键盘: 数字：0-9 加小数
字母：A-F 功能键：F1-F6 鼠标箭头：4 种加“输入”
CPU: CPU Pentium 级，20GB 硬盘 软件: Linux running C++ software
尺寸: 19 英寸宽 x8 . 英寸高 x6 .”英寸长 重量:8.6 磅/3.9 公斤
温度: 0-45 度，无冷凝
前面面板输入:两个 PS2 接头（mouse 和键盘） DB25 接头，串行输入/输出
RG45 接头，以太网
2. 触摸屏操作工界面
当需要较大的画面显示时，RSI 提供两种模式的彩色液晶触摸显示屏：381 毫米（15 英寸）和 495 毫（19.5 英寸）。通过这些画面可以厚度变化趋势，断面厚度分布，镀层重 量。也可以进行测量参数输入，输入密码进行所有诊断 和清障。
CPU 非常方便地装在触摸屏的面板后面。RSI 制造的所有操作工界面都有以太网连接
及 多层次密码系统控制进入使用系统诊断及设置工具。
系统软件和控制功能
由于测厚仪在金属加工线的重要性（关键设备），RSI 在软件上特别注重它的测量速 度和可靠性。RSI 测厚仪操作系统使用的是实时 Linux C/C++模式化软件，因为它可以提 供更 牢靠稳定的操作环境而且不会因测厚仪老化而过时。同时它也可以防止计算机病毒等。因 为大多数病毒都是针对比较流行的操作系统如 Microsoft Windows 而设计的。
另外，通讯问题可能导致计算机损坏或锁住，RSI 的系统设计采用独立的 CPU 分别用
于
测量和通讯。因此加强了测量过程的稳定性。 另外在要求特别高的应用场合，可以通过 使用可选择的固态硬盘或闪存提高测厚仪的可靠性。
测量
高速测量过程是通过使用 Linux 实时操作系统并与精致的高速 16 节模拟数字转换器 实现的。每个 RSI100 系统可采用多达 4 个这样的通道。因为每个通道有自己的 16 节 A/D 转
换器，采样时间为 0.25 毫秒（250 微妙），在这个时间内可进行探头信号的处理。不会发
生多任务复杂系统中经常出现的速度慢或出错的现象。 如果有额外的模拟信号需要处理时（如气隙温度），RSI100 16 节“慢”模拟通道可
被
用于每 50 毫秒测量一次。
标定
标定可对 X 射线窗口的少量积尘和 X 射线探头稳定性的微小变化进行校正。当标定过
程
启动时，测量头自动离线并定位在标定位置上。当标定过程完成时，测量头自动移回到轧 线上（工作位）。
系统可设置成在每卷后自动进行标定，或根据操作工及二级计算机的命令进行。
气隙温度校正
当镀层测厚仪的应用环境有较大气温变化时，测量隙间的空气密度变化会导致很大的
误
差。为此，RSI 建议在带钢的上下都放置温度探头以对 气隙温度变化 进行测量并连续地 对测量结果进行校正。为了精确地测量气隙温度，这些温度探头装在带有一个涡流（虹吸 ） 装置内用于吸入气体。
镀层重量上下两面实际变化趋势 镀层重量实际变化趋势页面显示对在线卷每次扫描的上层镀层重量，下层镀层重量及
总的镀层重量实时曲线。根据产品数据对每卷的曲线范围进行更新。超出参数范围的用另
一种颜色在图形上予以显示。 三点页面
三点页面为三点位置的设置提供途径。第一点的起始位置是随钢带的中心与返回的钢 带的边缘距离而变化的。第三点的起始位置是随钢带的中心与往前的钢带的边缘距离而变 化的。中心点是通过第一点和第三点来计算的。宽度是待测的可选点宽，单位毫米。它包 括以下数据：
.. 钢种
.. 卷号
.. 驱动侧宽度
.. 中心宽度
.. 操作侧宽度
.. 带宽
.. 点平均值
.. 驱动点
.. 操作侧点 三点图形，上层
三点图形页面上层曲线显示在钢带沿轧线方向上层操作侧点，上层中心点，及上层驱 动侧点每次扫描的上层镀层重量。长度由开关量输入/输出得到。曲线的极限由产品数据 进行更新。超出参数范围的用另一种颜色在图形上予以显示。
三点图形，下层 三点图形页面下层曲线显示在钢带沿轧线方向下层操作侧点，下层中心点，及下层驱
动侧点每次扫描的下层镀层重量。长度由开关量输入/输出得到。曲线的极限由产品数据
进行更新。超出参数范围的用另一种颜色在图形上予以显示。 警报页面
报警页面提供所有发生过的报警信息。每条信息都注明发生的时间日期，报警内容， 报警何时获知及被清除的。通过二级安全密码，警报可被关闭，报警日志可被擦写。
诊断页面 诊断画面可通过二级密码或更高级密码进入。诊断页面可提供所有输入/输出，供电，
X 射线驱动器及 X 射线源的状态信息。
标定页面 标定页面可通过三级或更高级密码进入。标定页面可收集标样电压，建立曲线，计算
曲线参数和显示曲线。
软件功能 除了在显示器页面所述的功能外，软件还提供以下功能：
测厚仪标定功能
这包括测量系统的基本功能：
.. 测量数据处理及显示
.. 测厚仪标定
.. 安全功能（包括快速撤回）
.. 安全级别管理
.. 打印功能 扫描器设置页面
该页面允许客户设置 O 型架（或单臂扫描器）. 图形设置
为了提供图形数据显示的灵活性，RSI100 图形软件为客户提供了对屏幕显示进行编 辑的工具。
卷报告数据功能（可选项） 它包括收集某一指定卷的数据和建立数据档案，
.. 为指定卷建立三点数据档案，从而可进行卷追溯。
.. 记录镀层重量超常的次数，超常程度和长度。每卷最多 40 次，最小超常长度为
30 英尺。
.. 卷头尾时间
.. 卷长
.. 容差以下测量值的百分数
.. 容差以上测量值的百分数
.. 容差内的卷长
.. 容差以下的卷长
.. 容差以上的卷长
