基于虚拟技术的超声检测培训系统

　　目前,超声检测是发现构件内部裂纹类缺陷最灵敏的技术之一。但现场检测条件的复杂性和超声检测设备的局限性,使现场探伤仍以检测波形为主,即通过传感器位置与信号波形的关系判断和评定缺陷。当工件结构复杂或材质特殊时,识别缺陷信号愈加困难,完全依赖检测人员的实际经验和技术水平。由此可见,要提高超声检测的可靠性,必须让检测人员在更多的试样上操作训练,而现实中模拟试块和教练等条件的缺乏,使检测人员的经验积累受到很大限制。

　　虚拟技术,即运用计算机图形技术、多媒体技术和传感器技术等手段实现对实际物体、动态过程和场景的模拟,使虚拟环境被用户观察、交互和控制^[1]。利用计算机构架桌面虚拟培训系统^[2],因经济有效而早已成为电力、军事和医学等领域培训的主要方法之一。国内对超声检测过程的模拟^[3]已有很多研究,但成熟的操作性模拟系统还未见报道。

　　相比之下,国外许多开创性的研究已在推广应用,如美国EPRI研制的虚拟超声检测系统VDNE^[4],主要用于核电站无损检测(NDT)人员培训。该系统设置了众多含缺陷的样本供学员练习,无需购买试块。英国Auto-ut公司研制的虚拟超声波培训软件Genesis Gold,将管道探伤中的超声波束在工件中的覆盖范围及波形随探头变化的整个场景可视化,并可添删缺陷、设置检测参数,还可申请试块考试。下面介绍一套基于虚拟技术开发的超声检测培训系统VUTS,旨在弥补超声检测培训中的弱点以及国内现有多媒体培训软件在互动性方面的不足。

　　1　VUTS系统的功能与结构

　　1.1　系统的功能

　　系统主要虚拟超声检测的场景和流程,让学员选择虚拟样本来进行虚拟检测,掌握不同构件的检测方法,提高缺陷的识别判断能力,熟悉各种检测和验收评定标准,提高检测熟练度。

　　1.2　系统的结构

　　VUTS系统针对培训和考核内容的需求和难点,集基础知识示例、模拟操作和考核测试于一体。　系统结构示于图1。

　 1.2.1　动画示例模块

　　为了让学员在进入虚拟检测训练前掌握超声检测的基本原理、步骤和方法,开发了动画多媒体教学模块,以替代理论培训教师。

　　1.2.2　虚拟检测训练模块

　　虚拟训练由以下典型模块构成:

　　(1)案例信息模块　用户选好训练模型后,查看该模型背景信息,如加工工艺、尺寸、探伤工艺以及检测标准等。若用户认为该模块信息能满足训练要求,则点击操作训练按钮,直接进入虚拟检测环境。

　　(2)工艺制定模块　若用户认为还需要对工件尺寸、缺陷状况或检验标准进行调整,可进入该模块,点击修改参数按钮,选择仪器及探头类型等;或由系统自动调整合适的工艺和检验标准,然后再进入设置后的检测环境。