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利用VR模拟仿真技术实现钢轨探伤模拟
【摘 要】 工务钢轨探伤人员探伤能力与安全生产息息相关,据统计工务系统每年因责任漏检漏探发生的事故占工务系统事故的30% 左右,本文从探伤培训实际出发,研究利用VR 仿真技术实现对钢轨探伤模拟,效果良好.
【关键词】 探伤 模拟仿真
一、提出背景
目前,工务作业大多为群体作业,但探伤作业需要职工独立操作完成,职工探伤水平的高低与安全生产息息相关,据统计铁路工务系统每年因责任漏检漏探发生的事故占工务系统事故的30% 左右.同时从事探伤作业的年轻职工占比达85% 以上,这批人文化素质偏低、实作经验少,而且目前使用的常规教学方法及教学课件,比较呆板、枯燥,很少顾及到职工的认知能力,职工学习较为被动,学习效果不好.本文以钢轨接头探伤为例,采用VR 模拟仿真技术用形象生动的互动教学方式,强化了职工动手能力,做到理论与实践相结合,使职工在最短的时间内能够学深、学透,从而提高其探伤业务水平和作业质量.
二、技术方案
2.1 构建钢轨探伤作业场景
以三维方式构建出逼真的钢轨探伤作业场景、虚拟出可能存在于钢轨内部的伤损,并将其以超声回波的形式实时显示到探伤仪器屏幕当中.职工可以通过鼠标或键盘与系统进行交互,在虚拟的场景中操作探伤仪器,选取复核探头、小镜、尺子、手工检查锤、手电筒、放大镜等各种探伤工具,采用仪器与手工检查相结合的方式对钢轨伤损情况进行分析判定.
2.2 编制VR 模拟仿真教学脚本
1、确定各角度探头出波顺序.现有探伤仪器中有三种探头,分别是37°、0°、70°探头.随仪器向前推行,前37°探头依次显示驶入端第2 小孔、第1 小孔孔波,3 孔孔波、2 孔孔波、1 孔孔波、顶角波、鄂部波、倒打1 孔孔波、顺打驶出端1 孔孔波、驶出端2 孔孔波；后内70°、前内70°探头同时显示轨端断面波,两波在5 格交汇；前37°探头驶出端第3 孔孔波同时紧跟出完,马上显示前直70°探头、后直70°探头轨端断面回波；同时显示前37°探头驶出端第1、2 小孔孔波；0°探头、后37°探头分别显示驶入端第2 小孔、第1 小孔孔波；后外70°、前外70°探头同时显示轨端断面波,两波在5 格交汇；同时0°探头、后37°探头交替显示驶入端3 孔孔波,2 孔孔波,1 孔孔波,驶出端1孔孔波,2 孔孔波,3 孔孔波,1、2 小孔孔波.
2、37°探头探伤脚本确定.仪器检查范围：检查轨头至轨底以轨腰等宽范围,如下图所示：
所需正常波模型：螺孔波、顶角波、颚部波、倒打和顺打孔波.
伤损波模型：螺孔上斜裂纹、螺孔下斜裂纹、螺孔水平裂纹、倒打裂纹、轨腰斜裂纹、轨底裂纹.
37°探头入射点距螺孔中心73mm 时,荧光屏基线4.2格左右显示第一螺孔完整回波；探头入射点移至距轨端100mm 时,荧光屏基线6.5 格左右有时会显示轨头顶角波；探头入射点移至轨端约40mm 时,荧光屏基线2.8 格左右显示轨端颚部反射波；探头入射点移至距轨端5mm 时,荧光屏基线4.3 格左右显示不完整螺孔波,又称倒打螺孔波；当探头入射点刚过轨缝进入另一根轨面时,荧光屏基线3.9 格左右显示半个螺孔波.
3、 0°探头探伤脚本确定.仪器检查范围：检查轨头至轨底以轨腰等宽范围.
所需正常波模型：螺孔波、底波、迟到波、颚部波、轨底锈蚀.
所需伤损波模型：螺孔水平裂纹、螺孔下斜裂纹、螺孔上斜裂纹、长大斜裂纹（局部水平斜裂纹）、轨端水平裂纹、单侧水平裂纹、纵向裂纹.
无伤损时,探头发射的超声波在轨底上产生反射,荧光屏基线刻度7 格显示轨底回波.钢轨接头处螺孔波和轨底波会发生交替显示过程：轨底波→轨底波和螺孔波→螺孔波→螺孔波和轨底波→轨底波.
2.5 70°探头探伤脚本确定
仪器检查范围：检查钢轨轨头部位.
所需正常波模型：一次波、二次波、焊筋波、螺孔波.所需伤损波模型：轨头各部位核伤、轨面剥离掉块、鱼鳞伤、轨端卡损、锯齿波、轨颚锈蚀等.
70°探头经无伤断面接头出波情况.（1）偏角扫查.当70°探头入射点距轨端216mm 时,荧光屏基线9.2 格左右,显示轨端顶角反射波；随探头向轨端移动,回波由9.2 格向5.0 格移动,这时二次波由轨端顶角向轨颚方向扫查；当探头入射点距轨端108mm 时,随探头前移,二次回幅下降,一次回幅上升,由4.6 格向1 格处移动,这时一次波由轨颚向轨端顶角方向扫查.（2）无偏角扫查.直70°探头入射点距轨端140mm 时,荧光屏基线10 格显示轨端反射波,随探头前移,探头与轨端距离越来越小,回波由后向前移动,此时超声波由下向上扫查.
三、效果分析
利用VR 模拟仿真技术实现钢轨探伤模拟能够结合现场作业实际,为职工提供一个模拟操作、演练的平台,将一些抽象的概念和理论利用人机交互、文字、3D 动画等手段生动具体、简单明了的表现出来,让职工亲自参与到整个作业流程之中,仿佛置身于工作现场,而不是传统课堂教学中的被动接受,使职工在室内操作、演练就能学到现场知识,积累探伤经验.目前已应用于全局工务系统探伤培训中,效果良好.同时,全路尚无探伤方面专业培训软件,推广前景广阔.
模拟论文范文结:
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