随着生产力的飞速发展以及工业技术与工艺水平的进步,金属材料已经广泛应用在了各行各业中,并发挥着至关重要的作用。在金属材料的加工过程中,以及使用周期中,出于多种方面的原因,难免会产生一些缺陷。这些缺陷会对材料的使用寿命、力学性能等产生直接影响,并会逐渐发展、恶化,最终将导致材料失效并发生断裂,还可能造成生命或财产的巨大损失。因此,对于金属材料缺陷无损检测技术的研究具有重要意义。本课题研究了一种以光声信号为主体,结合光学信号和超声信号的金属材料缺陷多模态无损检测方法,主要包括如下几点:首先,介绍了金属材料缺陷的种类和分布特征,指出了缺陷可能出现在材料各个位置的事实;并介绍了光学信号、光声信号和超声信号在缺陷无损检测的原理,通过分析三者在表面、浅表层和内部缺陷检测方面优势互补的关系,阐述了多模态无损检测方法的合理性,进而提出以光声信号为主体,结合光学信号和超声信号的金属材料缺陷多模态无损检测方法。其次,利用有限元方法对金属材料上的光声效应过程进行了仿真分析。建立了金属材料表面杂质缺陷和不同尺寸的浅表面裂纹缺陷的有限元模型,通过分析激光在表面杂质和金属材料上分别激发出的初始声压差异,以及激光在表面激发的反射波和透射波与裂纹深度和倾角的关系,提出并验证了基于激光能量吸收量的表面杂质检测方法和基于光声表面波的金属浅表面裂纹尺寸检测方法。最后,根据多模态无损检测方法对光学信号、光声信号和超声信号的要求,搭建了金属材料缺陷多模态无损检测系统。利用多模态无损检测系统采集了带裂纹仿体的光学、光声和超声信号,通过处理和分析获得了缺陷的完整信息,包括裂纹在表面分布、尺寸和种类、在内部的延伸状况以及深度等,并利用小波图像融合获得了更加精确可靠的检测结果。本课题从仿真和实验两个方面,阐述并验证了基于金属材料缺陷多模态信号的无损检测方法的合理性和可行性,实现了对缺陷的全面、定量检测,为材料缺陷无损检测提供了一个新的方法和思路。