摘要：为解决飞行器复合材料构件的非接触、高精度无损检测问题，提出基于关节型机器人的激光超声检测系统及光声学参量匹配方法。采用有限元方法建立层状复合材料模型，计算分析材料层状各向异性导致激光超声的非对称分布、声束倾斜和畸变特征，结合实验分析得出利用激光超声表征分层的光声学参量匹配方法。在系统设计上，利用1064nm波长的Nd：YAG脉冲激光器激励超声波，利用基于光折变效应的双波混合干涉测量系统探测超声信号，激励和探测激光由光纤传导并投射至被检测工件表面，采用精密六轴关节型机器人作为C型扫描装置，建立系统的实验室原型，实现碳／环氧复合材料试样的C型扫描检测，得到试样中模拟缺陷的分布、形状和尺寸特征，验证了检测系统及参量匹配方法的有效性。研究结果表明，研制的机器人辅助激光超声检测系统可以实现碳／环氧复合材料内部直径1mm以上分层的检测与成像，在飞行器复合材料构件的无损检测方面具有应用前景。

关键词：激光超声 无损检测 复合材料 航空制造 

单位：北京信息科技大学光电信息与仪器北京市工程研究中心; 北京100192; 北京航空航天大学机械工程及自动化学院; 北京100083