Page 45 - 无损检测2024年第十二期

吴 琪，等：

GH4169 合金微观组织结构的超声评价与扩散生成方法

达到以假乱真的效果。这表明，基于超声评价的扩 能够精确生成与真实金相结构几何特征相匹配的虚
散生成模型在生成与真实材料微观结构相似的微观 拟二维微观组织图像。
组织结构图像方面具有显著的潜力。 综上所述，该模型不仅能利用超声评价的几何
为了进一步验证生成的虚拟微观组织结构图像 数据有效约束生成过程，还能够实现对特定超声检
与超声评价数据之间的一致性，笔者对扩散生成模 测结果的虚拟微观组织图像的精确重构。这种方
型生成的100张虚拟微观组织结构图像进行了定量 法为材料微观结构的研究和表征提供了新的生成工
分析。文章计算出各图像的平均晶粒尺寸d、圆度m 具，在无需实际金相试验的条件下，通过超声评价结
以及长短轴比r等几何特征参数，计算结果如表2所 果即可生成高度逼真的虚拟微观组织图像，为材料
示。采用相对误差衡量数据之间的差异，晶粒尺寸 科学与工程领域的应用提供了有力支持。
相对误差计算公式为
5 消融试验
× （4）
为验证晶粒尺寸d、圆度m以及长短轴比r数据
式中： d g 为生成图像的晶粒尺寸； d r 为真实图像的晶
在控制生成图像中晶粒几何形状中的必要性，笔者
粒尺寸。
设计了消融试验。试验内容包括：① 不使用超声评
其中圆度和长短轴比的相对误差计算方式类似。
价参数控制生成；② 仅使用单个参数控制生成 （晶
计算得到生成图像的几何结构数据与超声检测
粒尺寸、圆度和长短轴比）；③ 两两组合参数控制生
数据的相对误差，晶粒尺寸的相对误差为2. 69%，
成；④ 同时使用三个参数进行控制。通过对比生成
圆度的相对误差为2. 27%，长短轴比的相对误差为
图像与真实数据的误差，评估各参数的影响，从而此
1. 39%。可见，基于超声评价的微观组织生成模型
三类参数在生成过程中的作用。
在输入输出环节的误差较小，能够实现基于指定输
基于不同参数约束的消融试验结果对比如表3
入数据的微观组织图像定制化生成。 所示，可见，不同约束条件下生成的图像与真实几何
进一步对比生成的虚拟微观组织图像与真实金 结构特征数据之间的相对误差存在显著差异。无约
相试验获取的微观组织图像的几何结构数据，结果 束条件下的平均误差最大，为17. 39%；结合晶粒尺
显示：晶粒尺寸的相对误差为4.46%，圆度的相对误 寸、圆度和长短轴比的完整约束条件下的误差最小，
差为3.78%，长短轴比的相对误差为1.39%。这些结 平均值为9. 163%。单独使用某一约束条件时，晶粒
果进一步证明，基于超声评价数据的扩散生成模型 尺寸的约束效果最好，误差平均值为9. 643%。

表3 基于不同参数约束的消融试验结果对比
单参数约束 双参数约束 三参数约束
试验结果 无参数约束
d m r d， m d， r m， r d， m， r
δ d /% 23.17 3.58 19.26 21.88 13.69 17.27 17.27 6.01
δ m /% 11.47 10.07 9.38 10.57 9.68 9.51 10.51 7.82
δ r /% 17.54 15.28 16.33 13.89 14.26 16.07 15.08 13.66
误差均值 17.39 9.643 14.99 15.45 12.54 14.28 14.29 9.16
试验结果表明，单一超声评价结果不足以准确 证了其有效性。与传统的统计学习方法相比，该方

控制生成图像的几何形态。综合晶粒尺寸、圆度和 法在结合超声检测提供的几何约束数据后，能够更
长短轴比3个参数能够有效约束生成过程，得到更 准确地重现合金材料的微观组织结构。试验结果显
接近真实组织结构的虚拟微观组织图像，验证了 示，基于超声评价数据的扩散生成方法在晶粒尺寸、
3类超声评价结果在微观组织图像生成中的必要性 圆度和长短轴比的精度上具有显著优势，生成的虚
和充分性。 拟微观组织结构图像在形貌分布上与真实微观组织
结构图像高度一致。定量分析表明，该方法在较小
6 结论
误差范围内重构了合金的几何结构特征，验证了其
提出了一种结合超声评价和扩散生成模型的二 在生成高精度虚拟微观组织结构图像中的潜力。该
维虚拟微观组织结构图像生成方法，并通过试验验 研究为基于超声评价数据的虚拟材料表征提供了新

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2024 年 第 46 卷 第 12 期
无损检测