在工业无损检测中,三维超声成像与传统的二维超声成像技术相比能够更加直观和准确的获得被检测材料的缺陷的空间位置、大小及形状,为进一步对缺陷进行修复与诊断提供了可靠依据。在飞机蒙皮的缺陷检测中,三维超声标定是进行缺陷检测不可或缺的步骤,是后续实现空间三维重建的基础。本文针对在飞机蒙皮进行无损检测中的超声相控阵三维空间标定技术中进行了研究,阐述了超声相控阵成像的相关原理及标定基本理论,然后着重对三维超声标定技术展开了讨论和实验并对精度进行了分析对比。本文主要内容及成果包括以下几个方面:(1)基于超声相控阵无损检测的成像原理对三维超声标定技术进行了理论的分析和方法的论证与选取。在熟悉和掌握超声相控阵无损探伤仪检测原理的基础上,研究了目前的各种标定方法及其所用模板,通过对超声标定的操作流程、计算方法、精度的评估等方面进行分析并对标定的各种方法和适用范围进行比较,采取欧拉角作为坐标转换方法,选择NDI光学定位仪辅助定位,由探针尖端点获取目标位置并应用改进的三维LM算法来对模板进行标定。(2)根据对各种标定模板和对应标定方法的研究和比较,设计了一种不需要提前计算模板位置的、基于点的多目标简化模板及其超声标定方法。标定时充分利用光学定位系统和点模板的优势,通过定位探针直接接触每个点目标获取其真实坐标位置而无需额外标定求模板位置,减少了误差的引入,也简化了标定的操作过程和计算公式,所需采集的图像少,模板结构简单,计算效率高精度好。同时还对现有的双层N线模板操作过程进行了改进,利用N线的特点通过单向移动超声无损探伤实现扫描并进行标定,操作方便快捷。(3)针对超声相控阵无损检测图像的超声标定系统对新的多点简化模板和传统N线模板进行了标定实验,比较和分析了标定精度并对实验结果进行了三维重建和误差分析。构建了三维超声相控阵标定系统的整体框架,通过驱动六自由度机械臂夹持超声无损探伤仪扫描获取超声图像,实现了自动化图像采集。采用了缺陷分割技术实现动态的图像跟踪,采用ROI区域提取技术来提取图像的像素坐标实现了图像的动态处理。利用MATLAB平台建立的三维超声标定系统对传统双层N线模板和新的简化多目标点模板进行了实验,分别对两种模板的标定精度进行了分析和对比并进行了三维重建误差分析,实验结果显示对于N线的标定误差小于2mm,重建准确度为1.38mm,满足现在的检测要求。新的多点简化模板得到的重建准确度为0.29mm,各个方向的标定再现性均在0.19mm以下,精度与使用传统模板的标定方法相比得到了大幅的提升,在实际的检测应用中具有较强的优越性。