随着我国工业领域的不断发展,军事及民用领域越来越多地在重要设备和结构中应用薄壁回转体类零件和多层介质结构材料,并通常配合使用。薄壁回转体及多层结构内部存在裂纹、划痕、夹杂、分层等缺陷将严重威胁着设备的使用性能和设备操作人员的生命安全。本文针对薄壁回转体零件及钢-硅橡胶-非金属粘接的多层结构开展超声缺陷检测的理论和实验研究,并针对不同尺寸零件设计了超声自动扫查系统。根据薄壁回转体加工生产过程中的缺陷结构及位置尺寸,分析了不同缺陷检测原理,并进行了实验验证,确定了满足检测要求的探头参数。从回波能量角度分析了多层介质结构缺陷的反射回波信号特征,确定了薄壁回转体零件的入射角度,验证了通过估计斜入射声束回波能量的方法检测缺陷的可行性。通过频域分析方法处理局部特征信号,解决了小于0.2mm厚度硅橡胶的厚度测量问题,提出了根据硅橡胶厚度变化判断是否存在硅橡胶-非金属脱粘缺陷的方法。为满足不同尺寸的薄壁回转体零件缺陷检测,提出了薄壁回转体零件及多层结构自动检测系统方案。基于机械手位置仿真分析,分析了扫查子系统的结构参数。通过分析可行的探头参数、机构位置、水程参数以及当前设备能满足的设备性能要求,设计了两套适合不同尺寸零件缺陷检测的组合探头架,并完成了探头、组合探头架、扫查参数、设备参数的选型和计算。该系统能够完成薄壁回转体及多层结构缺陷自动扫查,提高了缺陷检测效率,对超声自动检测系统研制领域的发展具有深远意义。