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      虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VR)在射線探傷教學中的應用探究

      2021-04-15 00:31:42楊起俊
      卷宗 2021年10期
      關(guān)鍵詞:膠片射線X射線

      楊起俊 牛 禧

      (重慶公共運輸職業(yè)學院,重慶 402247)

      1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

      虛擬現(xiàn)實技術(shù)(英文名稱:Virtual Reality,縮寫為VR),是20世紀發(fā)展起來的一項全新的實用技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)囊括計算機、電子信息、仿真技術(shù)于一體,其基本實現(xiàn)方式是計算機模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感。隨著社會生產(chǎn)力和科學技術(shù)的不斷發(fā)展,各行各業(yè)對VR技術(shù)的需求日益旺盛。VR技術(shù)也取得了巨大進步,并逐步成為一個新的科學技術(shù)領(lǐng)域[1]。

      虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是利用現(xiàn)實生活中的數(shù)據(jù),通過計算機技術(shù)產(chǎn)生的電子信號,將其與各種輸出設備結(jié)合使其轉(zhuǎn)化為能夠讓人們感受到的現(xiàn)象,這些現(xiàn)象可以是現(xiàn)實中真真切切的物體,也可以是我們?nèi)庋鬯床坏降奈镔|(zhì),通過三維模型表現(xiàn)出來。因為這些現(xiàn)象不是我們直接所能看到的,而是通過計算機技術(shù)模擬出來的現(xiàn)實中的世界,故稱為虛擬現(xiàn)實[2]。

      由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)特有的特點,虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以模擬危險的實際操作,在越來越多的高危行業(yè)中得到了應用,如醫(yī)學、軍事、航空航天等方面。

      2 射線探傷教學中采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的必要性

      2.1 射線探傷的發(fā)展現(xiàn)狀

      焊接是當今工業(yè)生產(chǎn)中最重要的加工手段之一,由于工作條件、加工特點以及人員操作技術(shù)水平影響,焊接后的焊接接頭難免會產(chǎn)生缺陷,如果缺陷超出標準,影響焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全,甚至造成重大事故。無損探傷是焊接接頭主要檢測手段,無損探傷有射線探傷、超聲波探傷、滲透探傷、磁粉探傷、熒光探傷等成熟的技術(shù),其中,射線探傷是最直觀、最準確的一種方法。特別是在管道、壓力容器、船舶制造等行業(yè)廣泛應用。據(jù)統(tǒng)計,我國20世紀末各行業(yè)各級別無損檢測人員有10萬人左右,近10年來,我國國民經(jīng)濟持續(xù)快速增長,而機械制造、化工、冶金及基礎(chǔ)建設的增長速度更是高于經(jīng)濟增長速度,無損檢測人員的需求以年約10%的速度增長。根據(jù)國家質(zhì)檢總局公布的全國無損檢測人員的缺口大致為3萬人[3]。

      2.2 射線探傷教學中突出的問題

      射線探傷主要采用γ射線和X射線兩種方法,它們都具有很高的危險性,特別是γ射線使用的放射源,受到政府部門嚴格控制,并且由于衰減,需要定期更換放射源,提高了教學成本,所以在各種培養(yǎng)機構(gòu)想要進行射線教學是非常困難的。

      劉軍華構(gòu)建工業(yè)X射線探傷擬真教學體系,開發(fā)了X射線探傷擬真教學軟件[4],筆者認為,采用虛擬現(xiàn)實技術(shù),模擬真實的工作環(huán)境進行教學,避免了直接接觸射線的危險,解決了設備耗材的成本問題,相對于虛擬仿真技術(shù),“沉浸式”教學體驗更能提高學員的學習興趣,對知識點更容易理解吸收。

      3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在射線探傷教學中實現(xiàn)的方式

      3.1 射線探傷操作模擬

      以γ射線和X射線的參數(shù)不同、照射方式、焊接結(jié)構(gòu)不同,可以搭建板對接焊縫單壁成像、小徑管雙壁雙影成像、筒體對接(環(huán)焊縫、縱焊縫)全景曝光等模擬工作場景。

      設置射線探傷靈敏度影響因素,射線探傷靈敏度影響因素主要分為對比度、不清晰度和顆粒度等三大要素,此三大要素又分別受到不同工藝因素影響,所以對于射線探傷靈敏度計算較復雜,為了簡化探傷人員工作內(nèi)容,模擬現(xiàn)場探傷真實工作情況,一般情況下,固定了若干影響因素(如增感方式、膠片黑度),設置若干變量(射線能量、透照厚度、曝光時間、入射角度等),γ射線和X射線都會制作相對的曝光曲線,再以典型的探傷設備的曝光曲線推導出計算公式,設為VR軟件的計算程序。當學員進入射線探傷VR場景,模擬探傷工作,學員會調(diào)整變量,程序后臺通過計算公式,得出一組靈敏度數(shù)據(jù),每組數(shù)據(jù)對應了一張射線膠片,將膠片實例化,供學員觀看分析。

      從射線探傷操作模擬教學模塊中,可以學習到各種典型焊接結(jié)構(gòu)的透照方式選擇;一次透照長度的計算、曝光曲線中射線能量、透照厚度、曝光時間等參數(shù)的對應關(guān)系及選擇,基本還原了射線探傷工作過程。

      3.2 暗室處理

      通過虛擬現(xiàn)實技術(shù),模擬暗室洗片操作,步驟包括配液、顯影、定影、水洗和烘干等,借助其他學習資源,或者在軟件里詳細講解,幫助學生熟悉顯影的原理、影響因素、顯影和定影的時間、水溫控制等知識,掌握了暗室處理整個流程的熟悉度以及各個步驟的正確操作方法。

      3.3 底片評定

      建立射線探傷資源庫,包含大量焊接缺陷案例。學生可在計算機軟件上練習評片,既能避免在學習過程中誤操作劃傷膠片,又能擺脫膠片資源缺少的問題,還能提高學習效率,通過題庫隨機抽題反復練習,形成牢固的記憶。

      3.4 安全操作提示

      安全是射線探傷重中之重的工作,在虛擬現(xiàn)實軟件中,安全操作提示貫穿整個射線探傷過程,這樣可以讓學員注意某些不容易發(fā)現(xiàn)的隱患,提高學員安全意識,形成正確的操作規(guī)范,避免今后發(fā)生安全事故,比如射線探傷開始前,需要清空探傷室人員,檢查門是否關(guān)閉,打開射線作業(yè)指示燈,若學生這些操作未完成,系統(tǒng)就會發(fā)出安全警告,提醒學生。

      4 結(jié)語

      通過先進的虛擬現(xiàn)實技術(shù)來模擬射線探傷學習,有許多可取之處,在保障安全的情況下,有助于增強學員的學習興趣,提高學員的學習效率,并節(jié)約了成本,保障了學員的安全,是一種可推廣的技術(shù)。

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