Рентгеновский способ измерения толщины листовых изделий

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля объектов с использованием рентгеновского излучения. Способ заключается в регистрации прошедшего через контролируемый объект рентгеновского излучения. Отличительной особенностью является последовательное двукратное детектирование прошедшего потока, определение отношения соответствующих электрических сигналов и определение толщины изделия по сравнению полученного отношения сигналов с градуировочной функцией. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и точности измерения. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к рентгеновской толщинометрии, и может быть использовано при контроле толщины листовых металлических изделий в прокатном производстве, а также толщины лент, полос из различных материалов как в статике, так и динамике.

Известны рентгеновские способы измерения толщины листовых изделий, реализованные в устройствах, заключающиеся в том, что изделие просвечивают уже продетектированным рентгеновским потоком, который после прохождения изделия детектируют вновь, затем электрические сигналы от детектирования рентгеновского потока до изделия и после него анализируют и по величине изменения частного электрических сигналов судят о толщине листа [SU Патент N 718700, G 01 В 15/02, 28.02.80].

Точность контроля такими способами неудовлетворительная из-за наличия высокочастотной флуктуационной помехи, имеющей место даже при незначительном изменении толщины контролируемой стенки изделия, причем величина помехи может быть соизмерима с величиной полезного сигнала и, кроме того, эта флуктуация не устраняется и не компенсируется данными способами.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому представляется рентгеновский способ измерения толщины листового изделия, реализованный в устройстве воспроизведения способа, заключающийся в том, что изделие просвечивают заранее продетектированным рентгеновским потоком, а после просвечивания изделия этот поток вновь детектируют, далее оба электрических сигнала от детектирования рентгеновского потока до изделия и после его суммируют, затем их вычитают и полученные результаты от суммирования и вычитания делят друг на друга, а по частному значению от деления судят о величине измеряемой толщины [RU Патент N 2179706, кл. G 01 В 15/02, БИ N5, 2002 - прототип].

В этом техническом решении флуктуационная составляющая исключена, колебание анодного тока рентгеновского излучения также компенсируется действиями способа (сложением, вычитанием и делением электрических сигналов детектирования), несмотря на то, что контролируемое изделие просвечивают уже продетектированным рентгеновским потоком. С другой стороны детектирование рентгеновского потока всегда вызывает его ослабление (фильтрацию), поэтому детектирование потока до изделия приводит к понижению потенциальной чувствительности способа, а при контроле изделия малой толщины происходит существенное поглощение мягкой составляющей спектра рентгеновского излучения, что также понижает чувствительность способа, кроме того, его точность также недостаточная за счет появления погрешности, связанной с изменением спектрального распределения регистрируемого потока рентгеновского излучения.

Суть изобретения состоит в том, что рентгеновский способ измерения толщины изделия, заключающийся в том, что изделие просвечивают потоком рентгеновского излучения, детектируют этот поток с противоположной стороны изделия и по изменению электрического сигнала продетектированного потока, прошедшего через изделие, судят о его толщине, отличается тем, что сначала просвечивают потоком рентгеновского излучения поочередно образцы эталонной толщины, а прошедшее через каждый из образцов рентгеновское излучение детектируют дважды последовательно вдоль потока, но с разной спектральной чувствительностью, а электрические сигналы I₁ и I₂, полученные от первого (первоначального) и второго (дополнительного) детектирования, усиливают, делят друг на друга и строят градуировочную характеристику от полученных значений отношения I₁/I₂ в зависимости от толщин d_эт эталонных образцов (I₁/I₂)=fd_эт, где d_эт - толщина эталонного образца, I₁ - электрический сигнал при первоначальном детектировании рентгеновского потока, I₂ - электрический сигнал при дополнительном детектировании рентгеновского потока, затем вышевыполненные процедуры полностью повторяют на реальном (рабочем) контролируемом изделии с текущей толщиной d_paб за исключением того, что по вновь полученным значениям отношений I₁/I₂, на рабочем изделии определяют текущее значение толщины d_раб контролируемого изделия по градуировочной характеристике, при этом анодное напряжение u_A источника рентгеновского излучения при всех процедурах поддерживают постоянным.

Положительным результатом изобретения является высокая чувствительность как в области малых, так и больших толщин контролируемого изделия и точность контроля способом за счет исключения погрешности, связанной с изменением спектрального распределения детектируемого потока рентгеновского излучения в пределах телесного угла его пучка, что обусловлено односторонним относительно стороны изделия и последовательным вдоль потока излучения детектированием дважды этого потока с различной спектральной чувствительностью, что позволяет устранить операции суммирования и вычитания электрических сигналов детектирования, тем самым повысить кроме метрологии и надежность способа.

На чертеже показана градуировочная характеристика значений отношения выходных электрических сигналов I₁/I₂, полученных при первоначальном и дополнительном детектированиях рентгеновского потока, в функции толщины d_эт эталонных образцов.

Операции детектирования осуществляются с разной спектральной чувствительностью, которая определяется выбором разных по величине атомных номеров Z преобразующих элементов, например детекторов, обеспечивающих детектирование, и чем больше разница в значениях атомных номеров, тем выше чувствительность способа. В процессе контроля толщины эталонных образцов и рабочего изделия анодное напряжение источника рентгеновского излучения поддерживают u_А=const. Так как скорость распространения рентгеновского излучения близка к скорости распространения света, то операция детектирования считается квазиодновременной, несмотря на то, что детектирование осуществляется последовательно вдоль рентгеновского потока.

Технический результат - способу контроля толщины d_pa6 изделия обеспечивают двойное последовательное детектирование рентгеновского потока со стороны изделия, противоположной стороне, с которой обеспечивают рентгеновское излучение, причем детектирование осуществляют с разной спектральной чувствительностью.

Работа способа состоит в том, что рентгеновский поток излучают сначала поочередно на образцы эталонной толщины и просветивший образец поток с разной спектральной чувствительностью детектируют дважды последовательно вдоль рентгеновского потока. Затем значения электрических сигналов I₁ и I₂, полученных при первоначальном и дополнительном детектированиях с разной спектральной чувствительностью, усиливают и делят их друг на друга, а далее строят градуировочную характеристику от значений отношений I₁/I₂, полученных при делении, в зависимости от значений толщин d_эт эталонных образцов (I₁/I₂)=fd_эт.

Выполненные выше действия (процедуры) полностью повторяют на реальном (рабочем) контролируемом изделии с текущей, толщиной d_paб за исключением того, что по вновь полученным значениям отношений I₁/I₂ на рабочем изделии определяют по градуировочной характеристике значение толщины d_paб контролируемого изделия. При этом анодное напряжение u_А источника рентгеновского излучения при всех выполняемых процедурах способа поддерживают постоянным.

Положительным результатом изобретения являются высокие метрологические показатели контроля толщины изделия при устранении технологических операций вычитания и суммирования электрических сигналов, что достигается двойным последовательным детектированием рентгеновского потока, прошедшего через контролируемое изделие, с разной спектральной чувствительностью.

Формула изобретения

Рентгеновский способ измерения толщины листового изделия, заключающийся в том, что изделие просвечивают потоком рентгеновского излучения, детектируют этот поток с противоположной стороны изделия и по изменению электрического сигнала продетектированного потока, прошедшего через изделие, судят о его толщине, отличающийся тем, что сначала просвечивают потоком рентгеновского излучения поочередно образцы эталонной толщины, а прошедшее через каждый из образцов рентгеновское излучение детектируют дважды последовательно вдоль потока, но с разной спектральной чувствительностью, а электрические сигналы I₁ и I₂, полученные соответственно от первого (первоначального) и второго (дополнительного) детектирования, усиливают, делят друг на друга и строят градуировочную характеристику от полученных значений отношения (I₁/I₂) в зависимости от толщин d_эт образцов эталонной толщины (I₁/I₂)=f(d_эт), затем выше выполненные процедуры полностью повторяют на контролируемом изделии с текущей толщиной d изделия, по вновь полученным значениям отношений (I₁/I₂) на контролируемом изделии определяют текущее значение толщины d контролируемого изделия по градуировочной характеристике, при этом анодное напряжение U_A источника рентгеновского излучения при всех процедурах способа поддерживают постоянным.

РИСУНКИ

Рисунок 1