钢球是轴承部件的关键零件之一,它的质量对轴承的精密程度、传动性能以及使用寿命具有重要影响。在生产过程中,钢球会出现点子、凹坑、缩孔以及划痕等缺陷,形成质量和安全隐患,为此,出厂前对钢球进行100%的探伤十分必要。超声以其良好的方向性和较强的穿透能力被广泛应用于工件的表面及内部缺陷的检测,开发钢球自动化超声检测系统具有较好的应用前景。通过声束的几何分析理论、结合有限元仿真对超声波进入钢球内部的传播特性开展了研究,提出了基于超声点聚焦探头纵波直入射的钢球内部缺陷检测方法;从仿真和实验两方面进行了钢球上人工平底孔检测的可行性分析,得到了改善缺陷回波信号信噪比的合理参数。其次,采用基于点聚焦探头偏心直入射实现超声横波检测钢球表面缺陷,推导出探头声源轴线与钢球球心之间偏心距的表达公式,实验论证了钢球表面不同类型缺陷探伤的可行性。为了实现钢球自动化超声检测,深入研究了钢球表面螺旋全展开的运动学问题,建立了钢球表面螺旋全展开的数学模型,求解出全展开运动的轨迹线方程,分析了影响轨迹线间隔疏密的因素,设计并实现了全展开的机械结构和控制系统,开发出一套基于钢球表面螺旋运动全展开的超声自动无损检测系统,测试结果表明,该系统能够可靠、高速地完成钢球自动化超声探伤。