虚拟现实技术（VR）在射线探伤教学中的应用探究

2021-04-15杨起俊

卷宗 2021年10期

杨起俊牛禧

（重庆公共运输职业学院，重庆 402247）

1 虚拟现实技术的发展现状

虚拟现实技术(英文名称：Virtual Reality，缩写为VR)，是20世纪发展起来的一项全新的实用技术。虚拟现实技术囊括计算机、电子信息、仿真技术于一体，其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对VR技术的需求日益旺盛。VR技术也取得了巨大进步，并逐步成为一个新的科学技术领域[1]。

虚拟现实技术就是利用现实生活中的数据，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种输出设备结合使其转化为能够让人们感受到的现象，这些现象可以是现实中真真切切的物体，也可以是我们肉眼所看不到的物质，通过三维模型表现出来。因为这些现象不是我们直接所能看到的，而是通过计算机技术模拟出来的现实中的世界，故称为虚拟现实[2]。

由于虚拟现实技术特有的特点，虚拟现实技术可以模拟危险的实际操作，在越来越多的高危行业中得到了应用，如医学、军事、航空航天等方面。

2 射线探伤教学中采用虚拟现实技术的必要性

2.1 射线探伤的发展现状

焊接是当今工业生产中最重要的加工手段之一，由于工作条件、加工特点以及人员操作技术水平影响，焊接后的焊接接头难免会产生缺陷，如果缺陷超出标准，影响焊接结构的质量和安全，甚至造成重大事故。无损探伤是焊接接头主要检测手段，无损探伤有射线探伤、超声波探伤、渗透探伤、磁粉探伤、荧光探伤等成熟的技术，其中，射线探伤是最直观、最准确的一种方法。特别是在管道、压力容器、船舶制造等行业广泛应用。据统计，我国20世纪末各行业各级别无损检测人员有10万人左右，近10年来，我国国民经济持续快速增长，而机械制造、化工、冶金及基础建设的增长速度更是高于经济增长速度，无损检测人员的需求以年约10%的速度增长。根据国家质检总局公布的全国无损检测人员的缺口大致为3万人[3]。

2.2 射线探伤教学中突出的问题

射线探伤主要采用γ射线和X射线两种方法，它们都具有很高的危险性，特别是γ射线使用的放射源，受到政府部门严格控制，并且由于衰减，需要定期更换放射源，提高了教学成本，所以在各种培养机构想要进行射线教学是非常困难的。

刘军华构建工业X射线探伤拟真教学体系，开发了X射线探伤拟真教学软件[4]，笔者认为，采用虚拟现实技术，模拟真实的工作环境进行教学，避免了直接接触射线的危险，解决了设备耗材的成本问题，相对于虚拟仿真技术，“沉浸式”教学体验更能提高学员的学习兴趣，对知识点更容易理解吸收。

3 虚拟现实技术在射线探伤教学中实现的方式

3.1 射线探伤操作模拟

以γ射线和X射线的参数不同、照射方式、焊接结构不同，可以搭建板对接焊缝单壁成像、小径管双壁双影成像、筒体对接（环焊缝、纵焊缝）全景曝光等模拟工作场景。

设置射线探伤灵敏度影响因素，射线探伤灵敏度影响因素主要分为对比度、不清晰度和颗粒度等三大要素，此三大要素又分别受到不同工艺因素影响，所以对于射线探伤灵敏度计算较复杂，为了简化探伤人员工作内容，模拟现场探伤真实工作情况，一般情况下，固定了若干影响因素（如增感方式、胶片黑度），设置若干变量（射线能量、透照厚度、曝光时间、入射角度等），γ射线和X射线都会制作相对的曝光曲线，再以典型的探伤设备的曝光曲线推导出计算公式，设为VR软件的计算程序。当学员进入射线探伤VR场景，模拟探伤工作，学员会调整变量，程序后台通过计算公式，得出一组灵敏度数据，每组数据对应了一张射线胶片，将胶片实例化，供学员观看分析。

从射线探伤操作模拟教学模块中，可以学习到各种典型焊接结构的透照方式选择；一次透照长度的计算、曝光曲线中射线能量、透照厚度、曝光时间等参数的对应关系及选择，基本还原了射线探伤工作过程。

3.2 暗室处理

通过虚拟现实技术，模拟暗室洗片操作，步骤包括配液、显影、定影、水洗和烘干等，借助其他学习资源，或者在软件里详细讲解，帮助学生熟悉显影的原理、影响因素、显影和定影的时间、水温控制等知识，掌握了暗室处理整个流程的熟悉度以及各个步骤的正确操作方法。

3.3 底片评定

建立射线探伤资源库，包含大量焊接缺陷案例。学生可在计算机软件上练习评片，既能避免在学习过程中误操作划伤胶片，又能摆脱胶片资源缺少的问题，还能提高学习效率，通过题库随机抽题反复练习，形成牢固的记忆。

3.4 安全操作提示

安全是射线探伤重中之重的工作，在虚拟现实软件中，安全操作提示贯穿整个射线探伤过程，这样可以让学员注意某些不容易发现的隐患，提高学员安全意识，形成正确的操作规范，避免今后发生安全事故，比如射线探伤开始前，需要清空探伤室人员，检查门是否关闭，打开射线作业指示灯，若学生这些操作未完成，系统就会发出安全警告，提醒学生。