由于航空发动机空心叶片、长轴空心管等关键空心类零部件的内腔几何特征质量影响其服役性能、寿命，对其几何质量进行有效检测和控制是实现空心类零件高质量、高性能制造的关键。目前的几何三维测量技术，大多局限于“可见即可测”，难以实现对不可见内腔几何特征的测量，而超声测量与常规三坐标测量技术结合后具有实现内腔几何特征三维测量的潜力。因此本项目围绕内腔三维几何测量的相关问题，开展了机械臂超声检测系统的相关研究。

课题研究内容分为探头设计、参数标定、路径规划三个部分。探头设计部分，需要考虑如何设计干式超声在机测厚探头的结构，在保证探头使用寿命和降低制作难度的情况下，实现高信噪比的干式超声测厚信号采集与在机换装；研究在机超声测厚以及相关参数标定的具体方法。参数标定部分，需要选取适合于机械臂实际情况的建模方法；研究如何高效获得准确的参数辨识结果，同时结合辨识结果对测量几何参数进行误差补偿。路径规划部分，需要考虑机械臂的干涉和碰撞问题，并使机械臂能平滑通过每个采样点，实现探头与测量表面几乎处处垂直。

本项目提出了面向内腔几何三维测量的机械臂超声检测方法并研制了一套测量装备。其中设计了一种无耦合剂超声测厚探头并集成于机械臂，对机械臂超声检测系统进行了运动学参数标定和运动误差补偿，并提出了基于该测量系统的内腔无干涉测量路径规划方法。项目完成了集成机械臂运动控制与高精度超声测厚功能的软硬件系统搭建，并以长轴空心管内圆周为对象进行了试验验证，实现了对5~20mm厚度空心管内圆周的三维测量精度达±0.2mm。