Разработка системы визуализации дефектов сварных швов: современные методы обработки изображений
До появления ультразвукового контроля единственным способом обнаружить дефекты в сварных швах была радиография. Тогда специалисты смотрели на снимок и пытались понять, есть ли там дефекты, но точную информацию о размере повреждений невозможно было получить.
Позже появился ультразвуковой контроль, который даёт больше подробностей о форме и положении дефектов, однако тут тоже есть недостаток: специалистам приходится интерпретировать звуковые сигналы, а наглядного изображения нет.
Сейчас благодаря современным технологиям обработки изображений и программам типа CAD появилась возможность получать реалистичные трёхмерные модели дефектов. Используются различные приёмы: сначала фильтры очищают снимок от лишнего шума, далее выделяется сама зона повреждения, и наконец, строится детальная карта расположения дефектов.
Специальные программы умеют анализировать существующие рентгеновские снимки и дополнять их новыми функциями: вращать, нарезать слои, строить точные измерения в объёме. Компьютер автоматически находит края повреждений, выделяет их контуры и даже определяет форму дефектов. Всё это сильно улучшает диагностику и делает проверку швов намного точнее и удобнее.
2D-визуализация
Поскольку общая конфигурация дефектов достаточно изучена и имеет регулярные формы, пористость легко распознаётся среди прочих структурных нарушений, таких как включения, несплошности, непровары или трещины.
Матрица дефектов подвергается последовательному ряду геометрических преобразований — сначала осуществляется её масштабирование и ориентировка, затем производится проекция в плоскость стыкового соединения. Далее двухмерное изображение трансформируется в трехмерное представление посредством виртуального поворота и проецирования в пространстве координат x, y, z.
3D-визуализация
Разработка интерфейсов для научной визуализации и 3D-иллюстраций сопряжена с рядом сложностей. Вот этапы, через которые проходят такие изображения:
Шаг 1. Анализ изображения
Когда изображение попадает в компьютер, оно проходит несколько этапов предварительной подготовки:
- Фильтрация: удаление ненужных мелких деталей, шумов и помех.
- Сегментация: разделение изображения на важные части.
- Выделение контуров: определение чётких границ важных участков.
Наиболее популярными способами обработки являются:
- Алгоритмы алгебраической реконструкции (математическое восстановление структуры);
- Аналитические методы (точные расчёты формы и границ);
- Специальные алгоритмы обработки изображений (автоматический подбор цветов и контрастов).
Шаг 2. Выявление границ дефектов
Особое внимание уделяется поиску контуров дефектов на рентгеновских снимках. Что это значит?
- Очерченный контур — это граница дефекта, которую видно по изменению яркости на снимке.
- Контур образуется там, где резко меняется оттенок серого (яркий участок переходит в тёмный).
Процесс выявления контуров делится на две части:
1. Фильтрация: устранение посторонних пятен и полос на изображении.
2. Детектор границ: автоматическое построение точного контура дефекта с помощью специальных формул.
Шаг 3. Сохранение результата
Когда контур найден, программа сохраняет специальную карту, где записаны все детали выявленного дефекта. Эти карты собираются в общую базу данных, откуда потом можно быстро извлечь нужный результат.
Итоговая технология
Можно использовать программу Adobe Photoshop для улучшения качества обработки снимков. Программа фильтрует шумы, выделяет чёткие контуры и создаёт аккуратные изображения дефектов, пригодные для дальнейшего анализа.
3D-преобразования и моделирование:
Метод Робертса:
Это способ задания любой линии в трёхмерном пространстве с помощью четырёх простых значений:
1. Три угла показывают, насколько линия наклонена и развернута в пространстве (это похоже на движение самолёта: углы «рыскания», «тангажа» и «крена»).
2. Четвёртое значение — расстояние вдоль оси X, которое смещает линию вперёд или назад.
Преимущества метода Робертса: он прост и универсален — с его помощью можно однозначно описать любое положение линии в пространстве.
Технология 3D-моделирования:
Сначала создают контур повреждения по рентгеновскому снимку. Яркие пиксели образуют особый узор — «контурную матрицу». Затем картинка адаптируется под нужные размеры и помещается в нужное место чертежа.
Программа берёт шаблон сварного шва из своей библиотеки и добавляет глубину (осевое измерение). Полученную трёхмерную модель детально рассматривают, поворачивая её мышью и рассматривая повреждения с разных ракурсов.
Ультразвуковая проверка деталей стала важным инструментом для проверки качества изделий и повышения их надежности. Часто трудно сразу заметить дефекты внутри материала. Поэтому специалисты используют специальные технологии визуализации.
Современные системы автоматизированного проектирования (CAD) помогают создавать детализированные модели изделий, показывать их внутреннее устройство и наглядно демонстрировать возможные проблемы. Наша задача — усовершенствовать способы отображения результатов ультразвукового исследования, чтобы инженеры могли быстрее находить скрытые дефекты и улучшать качество продукции.
---
ИТ-компания «Фогстрим» обладает экспертизой в разработке веб-систем для обработки 3D-изображений. Возможно, наша экспертиза может быть полезной в сфере неразрушающего контроля.
Опыт в технологиях 3D описан на сайте компании: https://fogstream.ru/3d/