Трехмерная визуализация результатов ультразвукового контроля

Ответить

admin

Admin
Регистрация
16.04.2012
Сообщения
5,984
Реакции
1,464
Адрес
Омск
Трехмерная визуализация результатов ультразвукового контроля
Об авторе
1.jpg

Самедов Явер Юзифович
Зав. лабораторией автоматизации НК ОАО НПО ЦНИИТМАШ (Москва), к. т. н., III уровень по акустическому, вихретоковому и визуально-измерительному видам НК.

Результаты УЗК могут быть представлены в виде А-, В-, С- или D-разверток. Они отображают собой то или иное плоскостное сечение контролируемого объекта. В настоящее время результаты ручного контроля в основном представляются в виде А-развертки.
Представление результатов УЗК в трехмерном виде позволит повысить эффективность системы оператор-дефектоскоп. В связи с этим было решено применить методы, используемые в компьютерной графике для моделирования поверхности объемных объектов, с целью трехмерного отображения дефектов, обнаруженных с помощью автоматизированных систем УЗК. В этой работе при построении поверхностей выявленных дефектов учитываются только временные характеристики отраженных сигналов (т. е. координаты отражающих точек на поверхности дефекта).
Моделирование какой-либо поверхности - это построение математической модели поверхности с помощью некоторой функции (или набора функций) с заданными областями определений. После построения модели поверхности необходимо ее визуализировать, т. е. отобразить смоделированную поверхность на экране дисплея.
Для построения объемной модели был выбран метод с использованием функции радиального базиса (Radial Basis Functions, RBF). Основная идея данного метода состоит в описании поверхности тела одной единственной функцией f(x,y,z) = О, которая задается в неявном виде. Функция f(x,y,z) имеет вид:
2.jpg
где N - число точек исходного набора, Р - соответствует некоторой точке с координатами (x,y,z), Р - соответствует точке Рi - исходного набора с координатами (хi, yi, zi), р(Р) = с0 + с1х+с1y+ c3z - полином первой степени, IP— Р1I - Евклидова норма втрехмерном пространстве, ?i - коэффициенты интерполяции, ф - базисная функция.
Опуская математические преобразования, перейдем к полученным результатам. Для их проверки первоначально был проведен компьютерный эксперимент. В качестве исходных данных были использованы данные лазерного сканирования гипсовой копии головы человека (рис. 1). Количество точек - 1488. В эксперименте был использован компьютер следующей конфигурации: Intel PentiuM 1300 МГц (Сегйгто), 512 Мбайт, РАМ, операционная система - WindowsХР. Все алгоритмы были реализованы в среде MatLab 6.5.
3.jpg
Рис. 1. Множество точек в трехмерном пространстве, полученное после сканирования гипсовой копии головы человека​
4.jpg
Рис. 2. Визуализация модели гипсовой копии головы человека с использованием PRF (а) и CSRBF(б)​
5.jpg
Рис. 3. Множество точек в трехмерном пространстве, расположенных случайным образом на поверхности куба​

На рис. 2 приведены результаты построения поверхностей с использованием метода РВF и его модифицированного варианта CSRBF Модифицированный вариант предполагает меньшее количество вычислений. Численные показатели процессов компьютерного моделирования и визуализации модели приведены в табл. 1. Внешний вид построенных моделей практически не отличается. Время визуализации - время, необходимое компьютеру для прорисовки модели, отличается в разы. Эти результаты указывают на эффективность применения модели CSRBF с точки зрения времени.
Табл. 1

Метод построения моделиВремя построения модели, сВремя визуализации модели, с
PRF48,41526,8
CSRBF24,1112,14
[/table:2cr84j94]

Для численной оценки погрешностей при использовании этих моделей необходимо восстановить объект с заранее известными значениями площади поверхности и объема. Этому кри-терию отвечает куб. Площадь сечения в плоскости z = О и объем куба (V) с единичной длиной ребра равны 1. Был получен набор точек в трехмерном пространстве, расположенных случайным образом на поверхности куба (рис. 3).
6.jpg
Рис. 4. Визуализация куба, построенного с помощью РВF​
7.jpg
Рис. 5. Сечение куба, построенного с помощью РВF плоскостью z = 0​

Количество исходных точек 2000. Первоначально были произведены расчеты с применением РВР модели, а далее - с применением CSRBF модели. Результаты визуализации приведены на рис. 4 - 7. В табл. 2 приведены показатели, характеризующие точность построения.
Табл. 2

Метод ОбъемПлощадьПлощадь сеченияПогрешность объема, %Погрешность площади, %Погрешность сечения, %
PRF0,99995,644210,015,930
CSRBF0,99985,64501,00670,025,920,67
[/table:2cr84j94]

Как следует из полученных результатов, куб, смоделированный с помощью PRF и куб, смоделированный с помощью CSRBF практически не отличаются. Погрешности вычисления объема, площади поверхности и площади сечения имеют в обоих случаях одинаковый порядок, но время выполнения алгоритмов с использованием CSRBF существенно ниже, чем время выполнения с использованием PRF. Это подтверждает целесообразность использования CSRBF
Следует обратить внимание на форму сечения в плоскости z =0. Как видно из рис. 5 и рис. 7. углы квадрата несколько закруглены. Это объясняется тем, что PRF (CSRBF) - дифференцируема во всех точках, где она определена, и поэтому должна быть гладкой и непрерывной. В связи с этим к моделированию «острых» углов и ребер при помощи PRF (CSRBF) нужно относиться вниматель-но: для наиболее адекватного моделирования скопление точек в районе углов и ребер должно быть более плотным.
8.jpg
Рис. 6. Визуализация куба, построенного с помощью CSRBF​
9.jpg
Рис. 7. Сечение куба плоскостью z = 0, построенного с помощью CSRBF​
10.jpg
Рис. 8. Графический интерфейс программы визуализации​

Значительные погрешности вычисления площади поверхности обусловлены погрешностью триангуляции и тем фактом, что в районе ребер плотность скопления точек не отличается от плотности скопления на гранях. С учетом изложенного было разработано специализированное программное обеспечение для визуализации результатов УЗК. На рис. 8 показан графический интерфейс программы визуализации. Эта программа была опробована на автоматизированной установке УЗК прокатных валков. При УЗК прокатных валков были обнаружены дефектные зоны. На рис. 9 отображены результаты контроля валка с внутренним дефектом, полученные по данным последовательного кругового прозвучивания валка.
11.jpg
Рис.9. Результаты УЗК валка с внутренним дефектом​
12.png
Рис. 10. Компьютерная визуализация дефектной области (а) и эквивалентный эллипсоид (б)​

Результат визуализации дефектной зоны показан на рис. 10а. Для построения эквивалентного эллипсоида был применен метод наименьших квадратов. Результат построения эквивалентного эллипсоида показан на рис. 10б.
Таким образом, предлагаемый подход позволяет не только получать реалистичные картины внутренних дефектов, но и производить количественные измерения размеров дефектов (объем, площадь поверхности и любого сечения и т. д.). Полученные результаты могут быть полезны при проведении прочностных расчетов.
 

admin

Admin
Регистрация
16.04.2012
Сообщения
5,984
Реакции
1,464
Адрес
Омск
Re: Трехмерная визуализация результатов ультразвукового конт

Самедов Ю.А. Трехмерная визуализация результатов ультразвукового контроля. − В мире НК. − Сентябрь 2007 г. − № 3 (37). − С. 16−18. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com).
 

USM35 XS

Дефектоскопист всея Руси
Регистрация
24.08.2012
Сообщения
2,204
Реакции
602
Адрес
Сызрань
Re: Трехмерная визуализация результатов ультразвукового конт

В целом идея хорошая, самому интересно иногда побаловаться подобным. Однако о массовом применении данной технологии говорить нельзя.
 
Сверху