1 引 言
X 射线荧光光谱仪(X-ray FluorescenceSpectrometer)是用X射线管发出初级X射线，激发试样中的原子，产生各种元素的特征 X 射线荧光，由晶体分光并用探测器测量，根据该特征 X 荧光谱线的波长和强度进行元素的定性和定量分析。
在宝钢，一分析高炉作业区使用日本岛津公司生产的3台多道荧光仪(2台MXF-2100和1台MXF-2300)用于分析铁矿石、烧结矿、炉渣、铁水以及其他氧化物;2030 化学作业区使用日本理学公司生产的2 台扫描型荧光仪(RIX2000和RIX2100)用作冷轧板的涂、镀层分析，另外在二分析转炉作业区、1420 化学作业区及分析测试中心等地都有不同厂家生产的不同型号的荧光仪，它们在各种形态物质中元素的平均成分与含量分析中担负着不可替代的作用。
X 射线荧光仪是属大型分析仪器，从维护角度来看，结构复杂，故障率相对较高，根据日常的检修，发现特别是其真空与进样机械手部分故障最为频繁。究其成因，有内因如仪器本身的结构所致，也有外因如分析的试样的状况所致，因此，分析掌握好这两部分的故障将成为维护好荧光仪最为行之有效的手段。
2 真空系统故障分析与措施
荧光仪内配备真空系统的作用是为了保证分析气氛的稳定，避免分析过程中空气对轻元素(S、P、Mg等)X 射线的吸收，从而保证分析数据的稳定与准确。日本岛津公司和日本理学公司生产的两类 X 射线荧光仪的工作原理相同，真空系统与进样机械手结构各不相同，因此故障的成因与处理方法也大不一样2.1 岛津荧光仪MXF-2100 真空故障分析与措施目前，岛津MXF-2100 荧光仪在我厂主要担负着高炉铁矿石、烧结矿、炉渣、铁水及其他氧化物的常规分析任务，试样表面有疏松的氧化层、粉末压块样表面带有浮尘，且试样量大，它们进入真空系统沉淀会污染真空管道、电磁阀阀芯、试样室平台密封圈、光闸密封圈和真空泵，引起真空故障， 岛津荧光真空系
统结构如下图。
2.1.1 岛津荧光真空管路中电磁阀故障
岛津荧光真空管路中电磁阀故障有两种情况：
1)仪器处于待分析时真空度指示值偏高(>15Pa)原因是试样室管道电磁阀V1 闭合不严，从而使空气从泄漏阀处进入，导致真空报警;
2)当试样进入试样室，试样室真空达到22 Pa 光闸打开时，真空度反弹厉害。
原因是当〈2)步骤〉试样离开转盘由机械手向试样室的传送过程中(V1 闭合)分光室管道电磁阀V2 闭合不严，当〈3)步骤〉V1 开启时，大气从V2 处泄漏进分光室，但此时皮拉尼检测的是真空管道及以后试样室的真空度，检测不出分光室的漏气;当〈4)步骤〉试样室真空度到达22Pa，光闸打开，此时皮拉尼检测的是试样室与分光室连成一片空间的真空度，分光室的漏气就表现为光闸打开时，真空度的大幅度反弹。通常的对策是：分别分解、清扫试样室及分光室电磁阀或更换电磁阀芯密封件。
2.1.2 仪器本身的真空系统的硬件结构的老化
仪器本身的真空系统的硬件结构的老化也会引起真空故障，如真空泵、真空配管、各种电磁阀、光闸、轴封、过滤器和机械手的老化、失效和磨损等都会引起真空故障。对于该类故障，我们在点检标准中增加了相应的点检项次，具体的说就是在每次的点检中注意真空泵、真空配管、各种电磁阀、光闸、轴封、过滤器和机械手的工作情况，在未出现故障前，将隐患排除。
2.2 理学荧光仪RIX-2100 真空故障分析与措施理学荧光仪RIX-2100 是扫描型荧光仪，它的真空系统如下图所示：
从结构上比较，岛津荧光仪只通过一个机械泵、两个电磁阀相互切换对分光室与试样室抽真空，只由一个皮拉尼对整个过程中的真空度进行检测，理学荧光仪的真空系统则有两个机械泵(主泵对分光室抽真空，副泵对预真空室和试样室抽真空)，两个皮拉尼分别检测分光室与试样室的真空度。理学荧光仪RIX-2100工作于我厂2030冷轧化学作业区,用于热镀锌、电镀锌、磷化电镀锌及UF 板的镀层分析,试样将灰尘带入试样室的可能性不大,所以真空故障的成因我们决不能仅仅考虑类似于岛津荧光仪由于粉尘对真空系统的污染而造成。最为可能的是：
1)探测器窗膜破裂故障
扫 描 型 荧 光 仪 的 分 光 室 内 有 流 气 式 探 测 器(FPC)，FPC 内通有流速为10~50ml/min 的Ar90% 和CH410% 混合的淬灭气体，突然的抽放气会使探测器内外的压差过大而导致窗膜破裂，淬灭气体流入分光室，表现为分光室的真空度抽不下去而报警。遇此种情况，我们可先关闭FPC淬灭气体流量。若真空度马上降了下来，则证实了判断，再拆开分光室，更换 FPC 窗膜，重新抽真空后，可将故障排除。
2) 真空系统硬件故障
若真空度仍然居高不下，则再对仪器的整个真空系统进行检查：如真空泵油位、油质，分解清扫试样室及内部的法兰盘及真空管道的密封性，电磁阀的性能等。必须找出真空泄漏的“元凶”才可将故障排除。
3 机械手故障分析与措施
荧光仪的分析室内有 X 射线以及真空分析条件，特别是自动化操作的需要，现代荧光仪都配备送样机械手来完成试样在试样台与分析室之间的传送。由于其活动部件较多，故此系统也较易出现故障。
3.1 MXF-2100 机械手故障分析与措施
3.1.1 成因分析
岛津荧光仪送样机构加工精度高，有多个位置传感器，每次试样分析都处于空间中的三维运行状态，当试样量大且运行次数多时，其机械手就会产生磨损变形和机械位移，这些都影响试样的定位精度。更重要的是，送样机械手传送试样定位准确与否还会直接影响仪器真空度。
3.1.2 故障对策
岛津荧光仪机械手故障的主要处理对策如下：
3.1.3 预防性维护
进样机械手的故障主要是机械故障,我们想通过预防性的工作降低它的故障率。具体的讲就是在延用MXF-2100原有的点检标准基础上,增加进样机构的点检:
增加进样机械手试样托盘水平位置调整的点检 周期为 3 月
增加试样转盘位置调整的点检 周期为 3 月
增加试样自旋马达轴封的点检 周期为 3 月
增加机械臂联轴器的检查 周期为 3 月
增加机械臂转子上润滑油的点检 周期为 3 月
增加机械臂传动轴销钉松动的检查 周期为 3 月
当送样机械手有异常的机械松动，即将出现故障时，我们就对其进行点检，将该调整的部位进行调整，该整形的部件进行整形，该更换的备件将其更换，尽量减少故障的发生。
3.2 RIX-2100 的进样机械手故障分析与措施
3.2.1 故障成因
理学机械手采用定传动比的外啮合齿轮传动机构,从试样台上方将试样抓入预抽室抽真空。虽然齿轮机构是在各种机构中运用最为广泛的一种，它可用来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作安全可靠等特点。但理学机械手的这种设计，由于有多个齿轮传动部件与驱动马达，且有多个位置光电传感器来控制齿轮副的转停、机械手的抓放，从理论上讲较易出现机械故障。传动过程参见下图。
1) 手臂(Arm)的传动
由马达1输出的转速经减速后传动到齿轮1，到齿轮2，到连杆使之作180°摆动。齿轮2 与轴Ⅰ固定此时带动背后的有孔圆轮(A)转动。当 Arm 在试样转盘一边时，AMIP 有光线通过“亮”;当Arm 在试样室一边时，圆轮顺时针转动一定的角度，使圆轮(B)的孔与 AMST 相对，同时，从动齿轮 6 带动齿轮 5 沿齿轮4 转动，齿轮8 带动齿轮7 沿齿轮3 转动。齿轮4 上有两个螺钉与背后的钢片固定，作用是维持转动的平稳。弹簧的作用是保持力矩平衡。
2) 爪子(Chuck)的传动
爪子抓样：由马达 2 输出的转速经减速后传动到齿轮9，到齿轮3，到齿轮7，到齿轮8，到轴Ⅲ，使轴Ⅳ向下运动使爪子抓试样。齿轮 3 背后有一个圆柱壮凸柄驱动背后的花片上的槽，带动花片来回转动。此时花片右侧挡住 CHOP“亮”，而花片左侧压住马达 2上方的方形片，使铜挡片离开 CHCL“灭”。
爪子松开：齿轮3向右转(凸柄向右)，花片向右，此时花片上的槽与 C H O P 相对，使光线通过 C H O P“灭”，同时花片不压方形片，弹簧将方形片(向左)拉回原位，使铜挡片向左上升挡住 CHCL“亮”。
注:与机械手相关的光电传感器
AMIP:ARM AT INLET PORT 表示手臂在试样室一侧,有光线通过时为“亮”; AMST: ARM AT STOCKERSIDE表示手臂在试样转盘一侧,有光线通过时为“亮”;CHCL:CHUCK CLOSE 表示爪子“抓”试样,有光线通过时为“灭”; CHOP: CHUCK OPEN 表示爪子“开”,有光线通过时为“灭”;SDETAM:SAMPLE DETECTER ATARM 表示手臂探测到试样,有光线通过时为“灭”。
3.2.2 预防性维护
对于像RIX2100 类扫描型荧光仪,活动部件相对较多,平时我们应做好对机械活动部件的注油保养,如：
测角仪蜗轮部的钼油润滑 周期为 6 月
转盘驱动部齿轮二硫化钼脂润滑 周期为 6 月
狭缝交换器滑动平面高真空油润滑 周期为 6 月
滤光片交换机构二硫化钼脂润滑 周期为 6 月
样品旋转机构二硫化钼脂润滑 周期为 6 月
X 射线管接头部高压绝缘用硅脂绝缘 周期为 6 月
高压变压器的接线端子高压绝缘油绝缘 周期为 6 月
机械泵油量的检查补充 周期为 6 月
3.2.3 故障处理思路
对于理学荧光仪机械手故障，我们可根据其控制系统流程(如下)着手进行分析：
M P U 板是整台仪器的中央处理单元, 它使用MC688000 作为CPU,使用MC6882 作为协处理器。每当仪器控制软件(或我们直接通过MPU 板上的单片机)给仪器一个指令,MPU 板上有LSI 芯片专用于驱动、控制脉冲马达。每个马达都直接挂在数据与地址总线上,它们与I/O 板的上逻辑电路(GAL 芯片)相连,由逻辑电路决定转停,通过驱动板上的保护电路后,信号就被加到马达上去了。马达再按2.4一级级带动齿轮及其后的花片转动。当机械手运动到位,光电传感器输出一个高或低电平,反馈给驱动板一个信号,将I/O板的D触发器清零后,通过I/O板的上GAL芯片逻辑运算,经过驱动板上的保护电路后,使马达停止转动。
值得注意的是仪器的驱动板上有每一路驱动信号的指示(为红色LED),传感器信号的指示(为绿色LED)。一旦仪器发生故障，我们可以通过MPU 板上的单片机控制仪器做单步动作，主要观察驱动板上的信号指示灯亮灭状况来判断故障源。一般，若驱动板上指示灯亮灭正常，我们只须掌握好2.4 所述机械手传动原理，耐心调整相应光电传感器的位置，便可使该仪器的机械手部分转、停、抓、放控制自如。
4 总结
荧光仪是工作于现场的实时分析仪器，24 小时担负着炉前快速分析的任务，频繁的使用与仪器自身的结构都决定了它的故障率要相对于其他的分析仪器高。本文仅以作者平时涉及的日本岛津公司的多道 X射线荧光仪MXF-2100、MXF-2300 与日本理学公司的扫描型X 射线光谱仪RIX2000、RIX2100 为例，比较了两类荧光仪真空系统与进样机械手结构上的不同点，以及荧光仪日常维护要点与检修体会。
参考文献
[1] RIX 2100 安装手册，理学公司日本 Osaka 出版,编号:ME300PE-1-12
[2] RIX 2100 安装手册，理学公司日本 Osaka 出版,编号:ME300PE-1-12
[3] MXF-2100 使用说明书，岛津制作所编写，新日本制铁株式会社出版，编号：CJB-79008LT
本文作者：邹 昶 陈 超
