超声无损检测技术作为产品质量控制的重要手段,是近年来使用频率最高、发展最快的一种无损检测方法。随着新材料、新结构、新工艺的应用日益增多,现代工业对超声检测技术提出了新的要求。尤其针对复杂形状和复合材料构件在航空航天领域的广泛应用,如何提高检测时的精度、效率和自动化程度,是近年来超声检测领域研究的前沿课题。本文结合复杂形状和复合材料工件超声检测项目的实际需要和具体实现方案,对超声检测系统中的声学建模、曲面工件定位、复杂曲面工件超声检测探头位姿规划与灵敏度补偿和变厚度碳纤维复合材料工件孔隙率超声检测等问题进行了系统深入的研究。第一章阐述了论文研究的背景和意义,对曲面工件超声检测、超声检测中的声学建模、曲面工件重定位、超声检测探头位姿规划与灵敏度补偿、复合材料孔隙率超声检测等相关技术的国内外研究现状进行了概述,最后介绍了论文的主要研究内容和章节安排。第二章建立了超声检测系统中的声学模型,首先描述了多元高斯声束模型并给出了选择该模型模拟探头声束的理由,然后讨论了探头声束在多层介质中的传播,最后讨论了接收信号与声场分布间的关系,实现了定量化和数字化的声场计算与分析,为后续的研究打下理论基础。第三章对曲面工件重定位方法进行了研究。首先针对十一自由度超声检测机械手建立了运动学模型,并通过声束分析方法建立起探头姿态与接收信号间关系,引导机械手进行曲面自动测量,再经过曲面重构与仿形修正等技术生成检测模板；然后提出了一种利用待测工件上少数点和检测模板进行工件重定位的方法,能够快速获取待测工件在扫查坐标系下的CAD模型；最后进行了仿真和试验研究。第四章对复杂曲面工件超声自动检测过程中的探头位姿规划和灵敏度补偿进行了研究。首先分析了当前的探头位姿规划和灵敏度补偿方法的不足；然后仿真与试验分析了探头姿态对接收信号的影响,指出了探头最佳位姿,并提出了一种基于声束跟踪的探头位姿规划方法；对于灵敏度补偿问题,建立了声束衰减模型,并给出了确定模型中各参数的方法,实现了各检测点处声衰减的预测和灵敏度补偿值的计算；最后设计了对比试验来验证参数优化后的检测效果。第五章对变厚度碳纤维复合材料工件孔隙率超声检测方法进行了研究。首先分析了现有的孔隙率与声衰减关系模型,根据变厚度碳纤维复合材料工件的特点选择了频域模型作为检测模型；然后给出了变厚度碳纤维复合材料工件的声衰减测量方法,并通过破坏性试验方法观测试块中的孔隙,标定检测模型中的参数,实现工件中孔隙率的测量；最后给出了实例验证了该方法的有效性。最后对全文工作进行了总结,并对下一步工作作出展望。