有关X射线测厚仪技术的研究
X射线测厚原理模型分析与实验
第11卷第3期 2008年9月上海电机学院学报J OURNAL OF S HAN GHA I DIANJ I UNIVERSIT YVol.11No.3 Sep.2008 收稿日期252作者简介陆永耕(63),男,教授,博士,专业方向为工业自动化、数字图像处理,2y @j 文章编号 167122730(2008)0320177204X 射线测厚原理模型分析与实验陆永耕(上海电机学院电气学院,上海200240) 摘 要:通过分析吸收系数、材质、密度、温度等对X 射线扫描测厚仪厚度参数的影响,对X 射线测厚原理模型进行了研究,并对其原理模型的计算公式进行修正。
结果表明,在一段时间内,修正的模型可以满足精度要求。
关键词:X 射线;测厚;模型;修正;实验 中图分类号:T H 821.1;TQ 320.721 文献标识码:AAnalysis of the Calculation Model of X 2rayThickne ss G auge and the Exp erimentL U Y o n g gen g(School of Elect ric ,Shanghai Dianji Univer si t y ,Shanghai 200240,Chi na ) Abstract :X 2ray t hickness measurement model have been st udied and t he i nf lue nces of t he a bsor 2bance coefficie nt ,mat eri al s ,densit y and environme nt temperat ure to t he measure d t hickness were a n 2al yzed.Then t he t hickness measurement model was revi sed.The resul t s show t hat t he revi sed model qualifies t he measurement accuracy. K ey words :X 2ray ;t hickness measurement ;model ;repaired ;t est 当射线穿过物质时强度将随之减弱,其减弱量与被穿过物质的厚度有确定的对应关系。
x射线测厚仪原理
x射线测厚仪原理
X射线测厚仪是一种利用X射线通过被测材料来测量其厚度的仪器。
其原理如下：
1. X射线发射：X射线发射源会产生高能的X射线束。
这些X 射线具有较高的穿透能力，可以穿透被测材料。
2. 材料的吸收：当X射线束穿过被测材料时，被测材料会吸收部分X射线。
吸收的程度取决于被测材料的密度和厚度。
密度越高、厚度越大的材料会吸收更多的X射线。
3. 探测器检测：在被测材料的另一侧放置一个探测器，用于检测透射过来的X射线的强度。
探测器可以测量到透射过来的X射线的强度，即未被吸收的X射线。
4. 分析：通过比较未被吸收的X射线的强度与未经过被测材料的参考强度，可以得出被测材料吸收的X射线的强度。
根据光学原理和材料的密度-厚度关系，可以确定被测材料的厚度。
总结而言，X射线测厚仪利用X射线传递能量的特性，通过测量被测材料对X射线的吸收程度来确定材料的厚度。
X射线荧光测厚仪的特点及维护和修理保养及技术交流
X射线荧光测厚仪的特点及维护和修理保养及技术交流X射线荧光测厚仪利用被测元素的特征X射线荧光强度与镀层中待测元素和基材构成有关而研制的仪器设备。
相对其他测定方法，具有快速、便利、测量成本低等明显优势，特别适合用于各类相关企业作为过程掌控和检测使用，是目前应用广泛的分析仪器。
X射线荧光技术测试镀层厚度的应用，提高了大批量生产电镀产品的检验条件，无损、快速和更精准的特点，对在电子和半导体工业中品质的提升有了检验的保障。
仪器特点：1、可测元素：钛Ti22———铀U92间各元素。
2、可测镀层：5层镀层（含基材层），15种元素共存校正。
3、测量时间约10秒，快速得出测量结果。
4、测量结果精准明确到微英寸。
5、测量结果报告可包含：数据、被测样品点图片、各种统计报表、客户信息。
6、供应宝贵金属分析和金纯度检查（即Au karat评价）。
X射线测厚仪的维护和修理保养：1、高压掌控箱里有大量的接线端子和高压电源等设备由于C型架来回运动.它的接线端子简单松动一般需要每年打开检查—次对松动的部分加以紧固。
2、测头是用来反馈X射线发射量和衰减量的设备,它把接受到的X射线信号转换成电压和电流信号反馈到掌控室形成闭环掌控测头紧要是靠水冷却，需要检查水冷是否良好。
3、射源箱是供应X射线的紧要设备，在日常维护时打开上面的查油孔螺栓检查高压绝缘油是否有漏油现象。
4、X射线源是用高压绝缘油作为冷却和绝缘使用，因此应做好设备的冷却工作。
5、高压绝缘油在长期使用过程中，受温度的影响会发生炭化导致绝缘效果下降从而会影响X射线源的使用寿命，需定期更换高压绝缘油。
6、保持射源箱的良好密封性不让其他油污或杂质混入避开高压绝缘油泄漏。
7、削减外界条件的影响，避开电焊弧光对X射线源的损害。
8、保证稳定牢靠的电源供应。
涂层测厚仪的特点有哪些涂层测厚仪是磁性、涡流一体的便携式覆层测厚仪，它能快速、无损伤、精密地进行涂、镀层厚度的测量。
既可用于试验室，也可用于工程现场。
X射线测厚仪的研究与应用
测试测量114 ｜ 电气时代・２０１０年第３期・自动化系统工程专辑Ｔｅｓｔ ＆ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ图１ 测厚电气系统结构图Ｃ型架ＡＤＣ模块电离室校准板Ｘ射线发生器Ｘ射线控制单元ＤＩＦ模块Ｇａｕｇｅ ＣＰＵＡＡ４６Ａ模块电气控制柜Ｓｙｓｔｅｍ ＣＰＵＰＩＯ模块ＨＵＢ客户ＰＬＣ偏差输出测量状态信号生产线线速度量程状态系统状态钢卷信息请求钢卷信息应答操作台电脑维护操作台电脑东芝Ｘ射线测厚仪是一种以Ｘ射线为载体的非接触式厚度测量系统，在不接触和无破坏的条件下完成测量，该测量系统的设计重点在于可靠性和测量精度的改进，并且在努力减小时间常数的同时降低信噪比。
在该系统中，由Ｘ射线管在高压条件下产生Ｘ 射线，可以通过单独设定高压对辐射进行最优调整，而且停止高压放射立即停止，没有任何残余辐射。
并通过数据通信系统将所测结果的绝对值或偏差实时反馈给ＡＧＣ系统，为ＡＧＣ系统提供实时厚度偏差信号，以更好的控制带钢的厚度，信号的准确和灵敏度直接影响了轧制板材的厚度质量。
实践表明，其控制方式、通信方式均体现了较高的运行效率和可靠性， 整套装置在冷热轧线得到广泛应用。
东芝Ｘ射线测量系统的基本组成和原理东芝ＤＯＴＯＳＧＡＧＥ测厚仪主要由以下几个部件组成：主控制柜（ＥＣ）、Ｃ型架 、接线箱（ＤＣＢ）、维护计算机操作站ＨＭＩ、操作员计算机操作站ＨＭＩ、轨道和限位开关等组成。
１． 主控制柜（ＥＣ）主控制柜（ＥＣ）由ＳＹＳＴＥＭ ＣＰＵ、ＤＩＦ模块、ＡＡ４６Ａ模块、ＰＩＯ模块、ＨＵＢ等组成。
２． Ｃ型架Ｃ型架内有ＡＤＣ模块、电离室、校准板、Ｘ射线发生器和Ｘ射线控制单元等。
３． Ｘ射线测量系统的原理电气系统结构如图１所示。
１） Ｃ型架内Ｘ射线控制单元控制高压发生器产生稳定高压，作用到Ｘ射线管上激发射线，同时还接收Ｘ射线管的阳极电流、电压的反馈信号和系统给定的目标电流、电压信号，用以确保发射的是恒定的射线强度。
电离室把射线强度信号转换为微弱的电流信号，经放大传输单元完成前置放大和对数放大后通过ＡＤＣ模块转换成数字信号，送到电气控制柜进行材质补偿等相关补偿运算。
X 射 线 荧 光 测 厚 仪
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厚度测量范围及误差
这些标样测量膜层厚度大概范围为： Cu 0.25～10μm Cr 0.25～10μm Ni 0.5～10μm Sn 0.5～20μm Au 0.1～2 μm 以上标准样品误差：5％ TiN 1.5～6μm （该标样自制）
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二、X射线荧光测厚应用
可测量电镀、蒸镀、离子镀等各种金属镀层 的厚度, 但适合较薄镀层测量 。
可通过CCD摄像机来观察及选择任意的微小 面积以进行微小面积镀层厚度的测量，避免直接 接触或破坏被测物。
薄膜厚度测量软件是标准配置，可同时对多 层镀层（6层）及合金镀层厚度和成分进行测量， 实际应用中发现最外层测量值比较可信。
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测量束斑大小选择
可以根据需要，比如样品的尺寸大小， 选择X射线束斑大小。
束斑大小 16mil 12mil 6mil 4mil
(1mil=25.4μm）
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三、X射线的安全防护
• X射线设备的操作人员可能遭受电震和辐射损 伤两种危险。
• 电震的危险在高压仪器的周围是经常地存在的， X射线的阴极端为危险的源泉。在安装时可以 把阴极端装在仪器台面之下或箱子里、屏后等 方法加以保证。
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标识X射线谱产生机理
标识X射线谱的产生相理与阳极物质的原子 内部结构紧密相关的。原子系统内的电子按泡利 不相容原理和能量最低原理分布于各个能级。在 电子轰击阳极的过程中，当某个具有足够能量的 电子将阳极靶原子的内层电子击出时，于是在低 能级上出现空位，系统能量升高，处于不稳定激 发态。较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁， 并以光子的形式辐射出标识X射线谱。
X射线测厚影响因素分析_技术进展及其在冶金工业中的应用_上
第35卷 第1期2011年1月冶金自动化M e t a l l u r g i c a l I n d u s t r y A u t o m a t i o nV o l .35 N o .1J a n .2011·综述与评论·X 射线测厚影响因素分析、技术进展及其在冶金工业中的应用(上)马 竹 梧(冶金自动化研究设计院,北京100071)摘要:主要叙述X 射线测厚仪的工作原理,分析射线强度、统计误差以及被测物的材质、温度、表面附着水层、倾斜角度等对测厚精度的影响及其克服方法。
叙述包括X 射线管、检测元件、控制电路、测量方式以及计算机应用等的进展。
最后介绍X 射线测厚仪的组成、主要性能的实例和在国内的使用情况,说明建立X 射线测厚仪产业的必要性并给出建立方法的建议。
关键词:X 射线测厚仪;厚度控制;板形中图分类号:T H 744.15 文献标志码:A 文章编号:1000-7059(2011)01-0001-05I n f l u e n c e f a c t o r a n a l y s i s a n dt e c h n i c a l p r o g r e s s o f X -r a y t h i c k n e s sm e a s u r e m e n t a n di t s a p p l i c a t i o n i nm e t a l l u r g i c a l i n d u s t r y (A )M AZ h u -w u(A u t o m a t i o n R e s e a r c ha n d D e s i g n I n s t i t u t e o f M e t a l l u r g i c a l I n d u s t r y ,B e i j i n g 100071,C h i n a )A b s t r a c t :P r i n c i p l e o f X -r a y t h i c k n e s s m e a s u r i n g m e t e r i s i n t r o d u c e d .I n f l u e n c e o f r a y i n t e n s i t y ,s t a t i s -t i c e r r o r ,d i f f e r e n t m a t e r i a l ,t e m p e r a t u r e ,s u r f a c e w a t e r l a y e r a n di n c l i n a t i o n a n g l e e t c .a r e a n a l y z e d ,a n d s o l u t i o n m e t h o d i s g i v e n .B e s i d e s ,p r o g r e s s i n X -r a y t u b e ,m e a s u r i n g c e l l ,c o n t r o l c i r c u i t ,m e a s u r i n g m e t h o d a n d c o m p u t e r a p p l i c a t i o ne c t .a r e p r e s e n t e d .C o m p o s i t i o n ,m a i n f u n c t i o n s a n d u s e e x p e r i e n c e o f X -r a y t h i c k n e s s m e t e r a r e d e s c r i b e d .A t l a s t ,n e c e s s i t y a n d h o wt o e s t a b l i s h X -r a y t h i c k n e s s m e t e r i n d u s t r y a r e s u g g e s t e d .K e y w o r d s :X -r a y t h i c k n e s s m e t e r ;t h i c k n e s s c o n t r o l ;s h a p e0 引言金属板带厚度是板带加工尺寸质量和用户需求的重要指标之一,也是工业生产中质量管理的主要指标之一。
X射线珍珠珠层厚度无损检测仪夹具的改进研究
物质不 同，对 ｘ射线 的吸收程度不 同，因此会呈现 明暗差别
的图像 。
能卡住载物台，即可进 行检 测。通过 电脑 调控 ，可使电机带
动夹具 ３ ０ ６ 。旋转 ，测量 不同剖面 的数值 。
【 稿 日期 】２ １ ０ —１ 收 ０卜 ６ ５
【 作者简介 】谢姗姗 ，广西产品质量监督检验 院国家注册珠 宝玉石质量检验 师，英 国皇家宝石 学协会珠 宝鉴定师 （ ＧＡ） Ｆ
２ １ 年 第 ９期 ０１ （ 总第 １ ５期 ） ４
大 众 科 技
ＤＡ ＺＨＯＮＧ ＫＥ Ｊ
Ｎｏ． ２ １ ９， ０ １
（ ｍｕ ｔ ｅｙＮ ．４ ） Ｃｕ ｌ ｉ ｌ ｏ１ ５ ａｖ
Ｘ 射线珍珠珠层厚度 无损检测仪夹具 的改进研 究
谢姗姗
（ 广西产品质量监督检验 院 ，广 西 南宁 ５ ０ ２ ） ３ ０ ２
ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ｌ ０ ３９ ７ ８ ４９ ３ ９ ５９ ３ ． ５ ７ ４ ．１ ６ ８０ ２ ０ ９ ２ ．１ ５ ｌ ０ Ｏ０ ０ ｌ．０ Ｉ０ ３ １ ．０ ２０ ９ １．９ ２９ ７ ３９ １ ９ ４９ ８ ９ ５９ ０ ６ ７ ５ １ ２ ８ ０１ ． ２ ９ １４ ．３ ９９ ０ ．９ １ ９ ０ ９０ ｌ．２ ２ ００ １． ８ ２ ９４
２ 载物 台
带动夹具旋 转ห้องสมุดไป่ตู้电机
样品夹具 、
１ 仪器 的工作原理
平板照相机
图 ２ 载 物 台及 样 品 夹具 工 作 定 位 简 图
带动夹具旋转 的电机 被测量样品 样品夹具
Ｘ射线
：
ｘ光管
图 １ 仪 器 工作 原 理 简 图
关于X射线荧光镀层测厚仪产品的应用阐述
关于X射线荧光镀层测厚仪产品的应用阐述
XRF指X射线荧光，是一种识别样品中元素类型和数量的技术。
用于在整个电镀行业范围内验证镀层的厚度和成分。
其基本的无损性质，加上快速测量和结构紧凑的台式仪器等优点，能实现现场分析并立即得到结果。
对于镀层分析，XRF镀层测厚仪将此信息转换为厚度测量值。
在进行测量时，X 射线管产生的高能量x射线通过光圈聚集，并照射在样品非常小的区域（该区域的大小为光斑尺寸）。
这些X射线与光斑内元素的原子相互作用。
XRF镀层测厚仪相机帮助用户准确定位测量区域。
某些情形下相机用于向自动操作模块提供图像信息，或包括放大图像以准确定位需要测量的区域。
样品可放置于固定或可移动的XRF镀层测厚仪样品台上。
快速或慢速移动对于找到测试位置很重要，随后聚焦于准确的区域进行测量。
工作台移动的精准度是带来测试定位准确的一个因素，并进提升仪器的整体准确度。
特点：
适应性设计，可对各种产品进行可靠分析
自动对焦和可选的程控台提高了准确性和速度
直观的 SmartLink 软件使测量和导出数据变得容易
多准直器设计为每个样品提供高准确性
选择适合应用的比例计数器或硅漂移检测器 (SDD)
符合行业规范，例如 IPC-4552A、ISO3497、ASTM B568 和 DIN50987
光学分析单层和多层镀层，包括合金层
简单的样品加载和快速分析可在几秒钟内提供结果。
x射线荧光测厚仪原理
x射线荧光测厚仪原理
X射线荧光测厚仪利用了X射线的特性。
当X射线照射到被测物体表面时，它们会被吸收或散射，但是一部分X射线将穿过物体进入物体内部。
如果物体是厚度均匀的，则从物体另一侧发出的X射线也是均匀的。
但是，如果物体存在厚度变化，则从物体另一侧发出的射线的强度也会发生变化。
X射线荧光测厚仪利用了这个原理，通过测量从物体另一侧发出的射线的强度变化来确定物体的厚度。
此外，荧光显微镜能够检测出特定物质比如钴、铜和铝等特征元素产生的光谱图。
通过测量这些光谱图，可以确定物体中这些元素的浓度。
这种技术非常适用于测量薄金属膜、化学与材料分析、及超薄物质积累量的测量。
X射线测厚仪综述
透射X射线测厚仪的构造
透射X射线测厚仪的构造
• 操作终端：进行数据的设置，输出结果， 一般一台PC机（装有设备程序）就能搞定 • 主电控柜：对仪器进行电气控制（使用专 业电器控制设备） • 冷却器：给X光源降温 • C形架：对样品进行照射与数据采集。
C形架的构造与运做原理
C形架的构造与运做原理
• 荧光X射线测厚仪
• 韩国Micro Pioneer XRF-2000
原子序
可测量厚度 范围
XRF2000 可测六层.误差大约如下:第 一层5%.第二层10%.第三层15%.第 四层20%.第五层25%.第六层为底材
22-25
26-40 43-52 72-82
0.1-0.8μm
0.05-35μm 0.1-100μm
透射X射线测厚仪
优点：
可以厚仪
--x射线在薄膜工业中的应用
测厚仪的发展
• • • • 上世纪50-60年代-----------同位素测厚仪 上世纪70年代前期---------双束光测厚仪 上世纪70年代后期---------单束光测厚仪 现如今：激光测厚仪、涡流测厚仪、电容 式测厚仪、超声波测厚仪、磁感应测厚仪 等。
• 高压电源：给X射线管提供高电压，以激发 X射线 • X射线管 ：图中为电子枪 • 电离室 ：对X射线强度进行测定 • 前放：对电信号进行放大，将电信号传入 计算器。
电离室工作原理与其他探测方法
• 电离 室 用 于测量出射X射线能量，由室壁导电的 充气容器和中心电极组成。X射线进人电离室后， 便在气体中产生电离现象。在电离室的外壳和中 心电极之间加有适当电压，用来收集所产生的离 子或电子。这个电压不能太高，以避免外部电场 或碰撞电离等引起电荷倍增。电离室的输出电流 与所充气体的压力、化学成分、电离室的容积以 及人射线的能量有关。尽管电离过程十分复杂， 但产生一对电荷载流子所需的能量是一定的，与 电离室粒子的类型和能量无关，即与探测器的工 作条件无关。电离室的响应波段取决于窗口材料 和填充的工作气体。
X射线光谱法测量镀层厚度的适用范围的研究
High & New Technology︱28︱2017年7期X 射线光谱法测量镀层厚度的适用范围的研究石鹏远中国电子科技集团公司第十三研究所，河北 石家庄 050051摘要：镀层厚度对微电子封装外壳的可靠性具有重要影响。
分析了X 镀层测厚的原理以及单一镀层测量的饱和厚度。
通过工艺实验总结出了双层镀层厚度测量的基线范围。
关键词：微电子封装外壳；镀层厚度；X 射线；测量极限；中图分类号：TL271+.4 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）07-0028-02前言 微电子封装外壳镀层厚度对外壳的性能有重要影响。
镀层厚度不足，会影响外壳的耐腐蚀性能，容易造成产品后续使用过程中失效；若镀层厚度过厚，引线的疲劳强度下降，造成外壳引脚断裂。
因此，目前微电子封装外壳的国军标中对外壳的镀层厚度有明确的要求。
测量方法主要有横断面显微镜法、称量法、阳极溶解库伦法、X 射线光谱法和β反向库伦法。
其中X 射线光谱法以其方便、快捷且无损的特点在微电子封装外壳镀层测厚中有广泛的应用。
目前，在实际使用过程中，微电子封装外壳镀层测试过程中，随着镀层厚度的增加，测试数据逐渐波动较大，对X 射线测厚的极限进行了探究。
1 X 射线测厚原理 X 射线光谱法的基本原理是：多色X 射线与试样互相作用，产生了不同波长的具有镀覆层元素和基本元素特征的二次辐射。
在饱和厚度范围内，镀覆层厚度与二次辐射强度存在着函数关系，利用已知镀覆层厚度的标准样品，即可求得二次辐射强度与厚度之间的定量关系。
图1 X 射线光谱法原理示意图对于裸基体，这种镀覆层二次辐射的强度最小，仅有一些散射辐射构成；对于纯镀覆层金属试样或者是镀覆层厚度大于饱和厚度的试样，在给定条件下，这一辐射的强度最大；对于镀覆层厚度小于饱和厚度的试样，这一辐射强度将为中间值。
X 射线的二次辐射的强度，取决于启发能、镀覆层和基体金属的原子序数、受一次射线照射的面积以及镀覆层的厚度。
x射线测厚仪工作原理
x射线测厚仪工作原理
X射线测厚仪是一种利用X射线测量物体厚度的仪器。
它的
工作原理是通过发射X射线束并将其照射到待测物体上，然
后测量反射回来的X射线束的强度，从而得出物体的厚度信息。
X射线是一种高能电磁波，具有很强的穿透力。
当X射线束
照射到物体上时，其中一部分射线会被物体吸收，而另一部分射线会穿过物体并反射回来。
测厚仪通过测量反射回来的X
射线束的强度，来推断物体的厚度。
具体来说，测厚仪通常包含一个X射线发射器和一个X射线
探测器。
X射线发射器会发出连续不断的X射线束，照射到
待测物体上。
X射线束穿过物体时，会与物体内部的原子发生相互作用。
这些相互作用会导致X射线的吸收、散射和衍射。
反射回来的X射线束会被X射线探测器接收并测量其强度。
根据X射线的强度变化，可以推断出物体的厚度。
因为X射
线吸收和散射的程度与物体的厚度有关，当物体越厚，反射回来的X射线束的强度就越弱。
为了获得准确的测量结果，测厚仪还需要进行校准。
通常会使用已知厚度的标准物体进行校准，以确保测量结果的精度和准确性。
总的来说，X射线测厚仪利用X射线的穿透力和被物体吸收
的特性，通过测量反射回来的X射线束的强度来确定物体的厚度。
它在工业生产和质量检测中具有重要的应用价值。
高精度X射线测厚仪的研究与开发
从而 实现 电压 反馈控 制 功 能。 此 时 ， 电源 为稳 压工 作
状 态。
图２ Ｘ射线测厚仪 系统计算机网络示意图
高压 电源 采 用 脉 冲 调 宽 与 调 压 相 结合 的 电路 组
成 ， 率高， 效 稳定 性好 。仪 器 内部 设有 过 压 、 过流保 护
— —
被测物 质 的吸收 系数 ；
—
—
被测 物体 的厚 度 。
测厚 仪 的关 键部 件 如高 压发 生 器 、 ｘ射线 管 等 已 日趋 成熟 。在此基 础上 ， 院开展 ｒ高精 度 ｘ射 线 测厚 仪 我
的研 究与开 发 。 该系统 由一整 套计算 机工业 测控 系统 、 ｃ型架 、 主 电控柜 、 操作 终 端 、 制 箱等 组 成 （ １ ， 控 图 ） 主要 用 于 金
一
一
检测 到的 ｘ射 线 强 度 Ｉ与 很 多 因 素有 关 。其 中 个最重 要 的因素就 是入 射前 的射线 强度 Ｉ 即发射 ，
茛 打印机
—
吨 — — — 一 — — — — ｘ射线测厚仪 ｃ型架体 ， 有 一 个最 合适 的入 射 都
ｊ ： １￡ ｏ
算机控 制 的多级 ｘ射线 发射 源 ， 对不 同 的被测 厚度 针
设定几 档发 射能量 。利 用 探头 中 的电离 室 进行 检测 。 在发射繇 上方 的标准 样 板 箱 内安 装 有光 阿和 Ｉ Ｉ片标 准样片 ， 于 进行 测量 曲线 拟 台 ， 可 以对 轧 制环 境 用 并 进行补偿
ｘ射线 测 厚 仪 是 铝 板 带 加 工 中 的关 键 检 测 设 备 及厚 度 自动控制 系统 （ Ｇ ） Ａ Ｃ 的重 要组 成 部 分 ， 由于 但 种 种原 因 ， 去一 直依赖 国外进 口。 过 近几年 ， 着 国 内技 术 水 平 的 不 断进 步 ， 随 ｘ射 线
有关X射线测厚仪技术的研究
一
② 对测厚仪重要参数 （ ｘ射线管 的高压 电压 、 如
高压 电流、 灯丝 电流 ） 的监控 。
般而言 ， 测厚仪 采用工 业控制计 算机 （ 工控机 ）
③ 操作员和测厚仪的人机交换 ， 括现场操 作命 包
令的输入 、 测厚数据 的显示 。
为电控 核心来 实现测厚功能时 ， 其标 准配置 为 ： 微处 理
维普资讯
有关 Ｘ射线测厚仪技术的研究
靳其兵 ． 等
有关 Ｘ射线测厚仪技术 的研究
Ｒ ｓ ａｃ ｈ ｃ ｎｑｕ ｆＸ—ａ ｉｋ ｅ ｓ Ｇａ ｇ ｅ ｅ ｒｈ ｏｎ ｔ ｅ Ｔｅ ｈ ｉ ｅ ｏ ｒｙＴｈｃ ｎ ｓ ｕ ｅ
靳 舆 再 关 磊
器主板（ｎｅ ８ Ｐ ２Ｍ Ｒ Ｍ、Ｓ ３ Ｉｔ４ ６Ｃ Ｕ、 Ａ Ｂ ２ ２通信 口等 ） 数 １ ；
字输入输 出卡 ； 模拟输入卡 （ 一般为 １ 精度 ） 模 拟 ６位 ； 输出卡 （６位精度 ） 显示卡 。 １ ； 这种硬件配置决定 了工控机在实现测厚仪所要完
修 改稿 收到 日期 ：ｏ ６一ｌ ０ 。 ２ｏ ０— ３
④ 与上位机组态软件进行通信 ， 将实时数据传送
到主控室进 行处理 和显示
⑤ 上位 机根据 实时测 厚值对模 头控 制器进 行调
x射线厚度测量方法
x射线厚度测量方法一、引言随着科技的不断发展，x射线测量技术在工业领域的应用越来越广泛。
x射线厚度测量方法是其中的一种重要应用。
本文将介绍x射线厚度测量的原理、仪器设备以及实际操作步骤。
二、原理x射线厚度测量是利用x射线在物质中的透射性质进行测量的方法。
当x射线穿过物质时，会与物质中的原子相互作用，其中一部分被散射或吸收，另一部分则透过物质。
通过测量透射x射线的强度，可以推算出物质的厚度。
三、仪器设备进行x射线厚度测量需要使用专用的仪器设备，包括x射线发生器、探测器和数据处理系统。
x射线发生器用于产生高能的x射线，探测器用于测量透射x射线的强度，数据处理系统用于处理和分析测量结果。
四、实际操作步骤1. 准备工作：确保仪器设备正常运行，检查x射线发生器和探测器的状态。
根据实际需求选择合适的测量模式和参数。
2. 校准仪器：使用已知厚度的标准样品进行校准，根据标准样品的透射x射线强度和厚度建立校准曲线。
3. 放置待测样品：将待测样品放置在测量台上，确保样品与x射线垂直，并且样品表面平整。
4. 测量：启动仪器设备，开始测量。
仪器将发射x射线穿过样品，并记录透射x射线的强度。
5. 数据处理：将测量得到的透射x射线强度与之前建立的校准曲线进行对比，根据强度与厚度的关系计算出待测样品的厚度。
6. 结果分析：根据测量结果进行分析，判断样品的厚度是否符合要求。
如有需要，可以进行多次测量取平均值，提高测量的准确性。
五、注意事项1. 在进行x射线测量时，应注意防护措施，避免对人体造成伤害。
2. 在进行测量之前，应对仪器设备进行正确的校准，以确保测量结果的准确性。
3. 样品的表面应平整，以避免测量误差。
4. 在进行测量时，应选择适当的测量模式和参数，以获得准确的测量结果。
5. 测量结果应进行多次重复测量，以提高测量的准确性。
6. 在测量过程中，应注意仪器设备的操作规范，避免对仪器设备造成损坏。
六、应用领域x射线厚度测量方法在许多领域都有广泛的应用，如金属加工、材料科学、电子工业等。
X射线测厚影响因素分析_技术进展及其在冶金工业中的应用_下_
X 射线测厚影响因素分析 、技 术 进 展 及 其在冶金工业中的应用 ( 下) 马 竹 梧( 冶金自动化研究设计院，北京 100071)中图分类号: T H 744． 15 文献标志码: A 文章编号: 1000-7059( 2011) 02-0001-03 I n f l u e n c e f ac t o r a n a l y s i s and t e c hn i ca l p r og r ess of X -r a y t h i c kn essm e a s u r e m e n t and i t s a pp li ca t i o n in m e t a ll u r g i ca l i ndu s t r y ( B)MA Zhu-w u( A ut o m a t i o n Research and D es i g n I n s t i tu t e of M e t a ll u r g i ca l I ndu s t r y ，B e iji n g 100071，Ch i n a )司 X 射线测 厚 系 统 包 括 以 下 主 要 设 备: ( 1 ) C 型 架。
包括 2 ～ 6 个或更多个测量点( 即电离室) ，高 温计( 为 温 度 校 准 提 供 温 度) 和 带 放 大 器 的 变 送 器。
( 2) 水冷循环单 元。
供 密 封 式 C 型 架 二 次 水 冷循环。
( 3) 中 央 处 理 单 元。
包 括 I M S M EV N E T 数据管理和处理系统以及 X 光机控制单元，其中， MEVINET 数据 管 理 和 处 理 系 统 的 任 务 是 作 为 测 得数据的评 估 和 处 理 以 及 图 像 化、信 号 传 输 与 信 号通信之用; X 光 机 控 制 单 元 的 任 务 是 进 行 C 型 架的控制及快门控 制。
( 4 ) 控 制 台。
x射线测镀层厚度原理
x射线测镀层厚度原理
X射线测量镀层厚度的原理基于X射线的特性和材料吸收X射线的能力有关。
X 射线是一种高能电磁辐射，能够穿透固体材料。
当X射线照射到材料上时，一部分X射线会被材料吸收，另一部分会透射穿过材料。
镀层厚度测量中使用的X 射线是非常高能的射线，能够穿透较厚的材料。
当X射线照射到镀层上时，一部分X射线会被镀层吸收，而另一部分会透射穿过镀层和基材。
测量镀层厚度的主要方式是通过测量透射X射线的强度来推断镀层厚度。
根据X射线的特性，透射X射线的强度与穿过材料的路径长度和材料的吸收能力有关。
厚度较小的镀层，透射X射线的强度较大，而厚度较大的镀层，透射X射线的强度较小。
通过将测量数据与已知厚度的标准样品进行比对，可以建立一个测量结果与镀层厚度之间的关系，从而确定未知镀层的厚度。
需要注意的是，X射线测量镀层厚度的方法在实际应用中需要考虑到材料的组成和密度等因素，以及X射线的能量和探测器的灵敏度等参数。
中科院科技成果——X射线荧光(XRF)微区镀层测厚仪
中科院科技成果——X射线荧光（XRF）微区镀层测厚仪项目简介
当一束激励X射线照射到样品上，镀层和基底中的元素都放射出特征荧光X射线（XRF）。
镀层荧光X射线的强度随镀层厚度而增加；基底荧光X射线的强度随镀层厚度而降低。
根据这类关系，测定荧光X射线的强度，便可以计算出镀层的厚度。
普通XRF仪器的照射区域比较大，不适用于精微细小、形状复杂的样品。
微区XRF仪器将微束X射线集中照射在很小的区域内（专利ZL94112117.8），采用激光定位技术（专利ZL97235392.5），能方便地选择样品上任意部位进行精确测量。
XRF微区镀层测厚仪的国内市场
（以每台20万计算，每年需求额约6000万元），需求量每年约300台，
绝大部分来自三家外国公司（美国CMI公司、德国Fischer公司和日本精工舍公司）。
中国科学院上海应用物理研究所凝聚30多年从事X射线荧光（XRF）技术研究的经验，结合近年来在微区分析领域取得的成果，于1994年研制成功XRF系列微区镀层测厚仪，受到用户好评。
这项研究成果的目标是在镀层质量检验中，用我国高新科学技术，取代昂贵的进口仪器。
该项产品已通过国家技术监督局鉴定，性能指标达到进口仪器的水平，它的价格只有进口仪器的几分之一，是一种比较先进而实用的质量检验仪器，适合于电子元件、精密机械、钟表眼镜、制笔工艺、珠宝首饰及其它电镀行业推广使用。
X射线测厚仪
--x射线在薄膜工业中的应用
测厚仪的发展
• • • • 上世纪50-60年代-----------同位素测厚仪 上世纪70年代前期---------双束光测厚仪 上世纪70年代后期---------单束光测厚仪 现如今：激光测厚仪、涡流测厚仪、电容 式测厚仪、超声波测厚仪、磁感应测厚仪 等。
一般荧光X射线测厚仪适用于： 多层金属薄膜测厚 印刷电路板，金属层测厚 各种涂层，覆盖层测厚
适用范围的解释 0.05-5μm
X射线测厚仪参数与适用范围
• 透射X射线测厚仪
美国480型X射线测厚仪
适用于： 单层薄膜测厚
两种X射线测厚仪的优缺点分析
• 荧光X射线测厚仪
• 优点： 可脱离标准样 可测量覆盖层 可测量多层式样 缺点： 无法在生产时同步 测量 后几层测量精度差
• 荧光X射线测厚仪
• 韩国Micro Pioneer XRF-2000
原子序
可测量厚度 范围
XRF2000 可测六层.误差大约如下:第 一层5%.第二层10%.第三层15%.第 四层20%.第五层25%.第六层为底材
22-25
26-40 43-52 72-82
0.1-0.8μm
0.05-35μm 0.1-100μm
பைடு நூலகம்
电离室工作原理与其他探测方法
• 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,结构如 图 所示。闪烁晶体将X 射线转换成可见光至紫 外线的波长范围内的信 号,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0～10倍。
X射线测厚仪参数与适用范围（举例）
透射X射线测厚仪的构造
基于Ｘ射线镀层测厚仪常见故障分析及改进研究
基于Ｘ射线镀层测厚仪常见故障分析及改进研究孙进①（宝山钢铁股份有限公司设备部 上海２００９４１）摘 要 Ｘ射线镀层测厚仪主要应用于在线锌层重量、铁含量的测量，作为镀锌机组的关键设备，其状态稳定、测量精准至关重要。
本文主要从镀层测厚仪设备的测量原理、常见典型故障、故障原因分析以及研究改进措施等一一进行了阐述。
通过持续不断研究改进，使镀层测厚仪设备故障大幅降低，同时使设备关键部件寿命得到大幅提高，节省了大量备件费用。
关键词 镀层测厚仪 测量原理 故障分析 改进措施中图法分类号 ＴＧ１５５．４ 文献标识码 ＡＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２３ Ｚ２ ００６１ 前言随着汽车市场需求的不断变化，汽车用钢也逐渐呈现轻量化和高强化的趋势，宝钢作为国内钢铁企业的领军企业，经过几年的技术积累，已经开发出市场上需要的高强钢冷轧镀锌产品。
高强钢冷轧镀锌产品是在冷轧高强钢钢板表面镀上一层锌来增强钢板的抗腐蚀性［１］，钢板表面经过镀锌及合金化处理后，可大幅提高钢板的使用寿命，在汽车及家电等行业得到了广泛应用［２］。
镀层测厚仪在镀锌机组上用于检测带钢表面锌层厚度，是在线锌层重量和合金化控制的“眼”，是前馈控制和闭环反馈控制的关键设备。
锌层测厚仪测量原理采用Ｘ射线荧光分析法，结构形式分单臂式或Ｏ型架式两种。
本文主要基于锌层测厚仪使用过程中出现的常见典型故障进行原因分析研究，并持续不断改进，使镀层测厚仪设备故障大幅降低，关键部件寿命得到大幅提高，设备维护成本得到大幅缩减。
２ Ｘ射线荧光分析法基本原理当能量足够高的Ｘ射线照射某一物质时，该物质会吸收Ｘ射线的部分能量。
从微观层面看，构成物质的原子内包含原子核与核外电子。
核外电子按能量大小的差别在不同轨道围绕原子核作近圆周运动，中间包裹着原子核。
不同的轨道按照轨道能量从小到大分别为：Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｑ。
Ｋ层电子被Ｘ射线光子击出后，为使原子恢复稳态，Ｌ层、Ｍ层或更高层电子填充空位，则产生Ｋα辐射或Ｋβ辐射，如图１所示。
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有关X 射线测厚仪技术的研究Re se a rch o n the Te chn ique o f X 2ray Th ickne s s Gauge靳其兵 吴 磊(北京化工大学自动化研究所,北京 100029) 修改稿收到日期:2006-10-03。
第一作者靳其兵,男,1971年生,1998年毕业于东北大学控制理论与控制工程专业,获博士学位,教授;主要研究方向为先进控制及其在工业中的应用、建模方法研究与优化、智能控制。
摘 要:对西门子PLC (可编程控制器)在薄膜测厚仪上的应用进行了研究,并比较了传统的以工控机为核心的电控系统与以PLC 为电控核心的系统的优缺点。
详细介绍了测厚仪电控系统的组成和原理,同时对测厚数据的处理方法进行了说明。
实践表明,该系统控制结构简单,有较高的运行效率和可靠性。
整套装置已成功运行在聚丙烯双向拉伸薄膜生产线上。
关键词:可编程控制器 测厚仪 数据处理中图分类号:TP273 文献标志码:AAbstract:The app licati on of SI E MENS PLC in thickness gauge of thin fil m s is studied,and the merits and demerits of electric contr ol system s based on industrial computer and PLC are compared .The compositi on and p rincip le of the electric contr ol system of the thickness gauge are in 2tr oduced in detail,and the method of data p rocessing is exp lained .The p ractice shows that the control system is si m p le,high efficient and relia 2ble .The whole p lant has been successfully used on p roducti on line of thin fil m of polyp r opylene .Keywords:PLC Thickness gauge Data p r ocessing0 引言测厚仪作为一种在线测量厚度的精密仪器,在宽幅薄膜生产中占有非常重要的地位,直接影响到薄膜产品的质量。
薄膜控制系统接收到测厚仪提供的实时厚度偏差信号对物料挤出机、物料加热器进行控制。
信号的准确和灵敏程度直接影响了薄膜产品厚度的精度。
X 射线测厚仪通过把高压直流电压加在X 射线的两极,产生不同能级的X 射线穿过被测物,比较被测物两端X 射线的强度来进行在线厚度测量。
我们研制的用于薄膜测厚的精密仪器是以西门子PLC 为电控核心,其特点是测量精度高、响应快、具有实时性和自动控制功能。
1 电控系统1.1 传统电控系统及其存在问题一般而言,测厚仪采用工业控制计算机(工控机)为电控核心来实现测厚功能时,其标准配置为:微处理器主板(I ntel486CP U 、2M RAM 、RS232通信口等);数字输入输出卡;模拟输入卡(一般为16位精度);模拟输出卡(16位精度);显示卡。
这种硬件配置决定了工控机在实现测厚仪所要完成的功能时,必须是一种多任务的实时工作方式,主板上的CPU 不仅要监控、处理测厚数据,还要负责人机交换、存储数据等管理工作,这样做省去了不少通信工作,但同时带来了如下问题:①由于主板同时要完成多项工作,影响了其处理测厚数据的速度。
②降低了电控系统的可靠性,一旦操作系统或硬件发生故障,整个系统就会瘫痪不能继续工作。
1.2 以PLC 为核心的电控系统针对以上不足,为了提高测厚仪的可靠性,我们研制了以PLC 为核心,以PC 机为人机交换界面的电控系统。
该测厚系统主要完成以下功能:①对测厚数据的实时采集、处理工作。
②对测厚仪重要参数(如X 射线管的高压电压、高压电流、灯丝电流)的监控。
③操作员和测厚仪的人机交换,包括现场操作命令的输入、测厚数据的显示。
④与上位机组态软件进行通信,将实时数据传送到主控室进行处理和显示⑤上位机根据实时测厚值对模头控制器进行调整,实现整个系统的自动控制。
1.3 电控系统组成电控系统组成主要为:西门子S72300P LC (CPU31522DP ),开关量输出模块、开关量输入模块、轴定位模块(F M354)、科尔摩根伺服功率驱动器(7201),OP7有关X 射线测厚仪技术的研究 靳其兵,等操作面板各一套;西门子S72200P LC (CPU 222)、模拟量输入模块各两套和一台研华工控机。
1.4 工作原理由图1所示,PLC (S72200)完成对X 射线产生的模拟量采集(包括X 射线管接收电压、高压电压、高压电流、灯丝电流等数据)并利用集成在CPU 上的MP I [2]通信口将数据传输到主站(P LC /S72300)用来计算薄膜厚度、监测射线管工作是否正常。
图1 测厚仪控制系统Fig .1 Thickness gauge contr ol syste m主站PLC (S72300)通过集成在CPU 上的多点接口(MP I )和Pr ofibus 2DP 接口与编程器、PC 机、人机界面及其他SI M ATI C S7等自动控制系统连接。
STEP7与SI M ATI C S72300的通信通过设置PG 2PC 接口然后在STEP7中设置网络结构来实现[3]。
PLC 经过一系列数据处理得到实时薄膜厚度值并分别传送到上位工控机和控制柜上的OP7(操作面板)。
由于需要对薄膜厚度进行精确定位达到控制的目的,测厚仪的运动控制,采用科尔摩根伺服电机功率驱动器、伺服电机以及西门子的F M354轴定位模块来共同完成。
现场的电机急停开关(生产出现紧急情况,需要立即停止测厚仪的工作时使用)、限位开关(测厚仪到达库位的信号)、破膜开关(生产线上薄膜断裂时的检测信号)等信号利用S72300的开关量输入模块得到并且通过编程实现联锁关系。
开关量输出模块用来控制表示测厚仪工作状态的信号灯。
OP7(操作面板)安装在现场电气柜上,操作人员可以利用面板操作功能实现对测厚仪的基本控制,为了避免误操作,现场OP7的操作权限仅限于最低的级别,不能修改任何测厚仪的参数。
操作面板同时具有显示当前测量厚度的功能,方便现场操作人员及时了解生产的情况。
操作面板功能如表1所示。
上位工控机利用组态王将主站PLC 传送来的厚度值进行显示(界面为宽度412m 的薄膜横向厚度),同时根据生产要求通过模头控制器对物料加热器进行调整,实现整个系统的闭环控制。
上位机还具有薄膜厚度目标值设定、生产配方修改、历史报表打印、故障表1 操作面板功能Tab .1 Functi on of opera ti on panel按键按键名功能F1SCAN 扫描F2ZERO 校零F3MECH 机械校正F4CAL 标定K1HOME 归库K2OPP 归远端K3T UNE ONX 射线开关查询等功能,满足了工厂生产的要求。
从上述分析可以看出,工控机分担了PLC 的管理工作,使得PLC 的工作专注于系统的控制。
同时,由于PLC 是一种相当成熟的专为工业环境设计的控制元件,在硬件和软件的设计制造过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施,如光电耦合、尖峰滤波、变压器耦合等,使得它能适应恶劣的工作环境,这就大大提高了电控系统的可靠性;另外,PLC 在采集数据、处理数据、传输数据时,不需要一套功能十分强大的操作系统软件来维持它的运行,所以不存在操作系统瘫痪导致PLC 死机的情况,并且由于用户不直接与P LC 接触,也大大降低了P LC 发生故障的可能性。
在提高了系统可靠性的同时,由于测厚仪的工作由不同的部件分担,整个系统的效率也大大提高。
2 数据处理测厚仪的X 射线探测器(测量部分)在机架上做往复式运动。
此过程中,整个装置都会受到机械导轨本身平整度以及滑轮与导轨之间摩擦等因素的影响,使得采集的数据中包含了以上因素,从而产生了较大的机械误差。
因此,在研制过程中,对测厚仪进行机械误差的校正是非常重要的环节。
机械校正前后的空扫曲线如图2所示。
图2 空扫曲线Fig .2 E mp ty 2scanning curves由图2可以看出,在不做任何数据处理的情况下,机械因素在测厚仪运行中带来的误差使得系统在没有(下转第70页)有关X 射线测厚仪技术的研究 靳其兵,等3.2 工作流程前端设备不断监测风机盘管的工作状态,一旦检测到二通阀开启,立即记录开启的时间和风机的高、中、低三速运转状态信号,并将相关资料发送到冷量采集器。
当二通阀关闭时,记录关闭的时间,并将相关资料发送到冷量采集器,完成一次记录。
冷量采集器获得现场冷量的读数值,通过RS2485总线送到集中抄表主机进行处理。
集中抄表主机将连续不断地快速扫描所管理的区域内各冷量采集器的工作状态及信号通道,确保各冷量采集器的正常运作。
当接收到冷量采集器上传的资料时,根据预设的程序,进行预处理,形成包含被测点数据、被测点地址和设备工作状态的数据文件,打包后经RS-485总线上传给能源管理中心的工作站。
能源管理中心的工作站根据数据文件内容,准确计算各被测点的实际用量,判断工作情况,如出现故障,及时发出报警信号,统计各类能源、各功能片区的总用量,分析各类能源的消耗是否异常。
工作站建立详细的用户资料,设置计算费用时所需的各种参数,实现远程抄表和自动抄表,自动计算各用户空调使用费用,并可根据需要打印相关的收费单据、统计报表,实现自动划账、扣款等。
4 结束语中央空调冷量计量收费是新兴的技术领域,选用计费方法时既要考虑计量的准确性,又要考虑投资的经济性。
平均分摊计费方式虽然简单方便、成本较低,但误差大,不能满足用户对计费合理性的需求。
能量计费方法虽然充分考虑了用户对空调冷量的实际消耗、计量精度高,但是设备投资大、成本高、难于维护。
在兼顾成本和精度的基础上,本设计采用计时法来间接计量空调的冷量,根据风机盘管的开通时间来进行分摊空调费用,成本投资相对较低,计量误差也较小;同时计算时可以根据空调的实际使用情况进行修正,使冷量计算误差被进一步控制在合理的范围内。
本计费系统采用四层网络结构,实施方便,性能稳定、可靠,计量合理、准确,具有良好的性价比,容易扩展和控制,不但满足了用户对计量精度的要求,而且节约了设备投资和运行成本,是一种非常方便、经济、实用的计费方法,应用十分广泛。
参考文献1 刘国林.建筑自动化系统[M].北京:机械工业出版社,2002:395. 2 胡益雄,何英伟.空调住宅楼冷量计费方法研究[J].建筑热能通风空调,2001,20(1):5-7.3 龚荣盛,张阿卜.基于RS-485总线的中央空调计费系统[J].自动化仪表,2002,23(9):51-52.(上接第66页)薄膜时测量结果已经达到了±115μm,大大超过了生产允许的误差范围。