本发明公开了一种壁厚在机自动检测系统及其运行方法，包括壁厚测量装置、耦合剂喷射及高压气清洁控制模块、数控机床和工作站。机床主轴带动测量装置至零件壁厚待测点上方，机床PLC控制电箱对继电器供电，使蠕动泵运行并向待测点表面喷射耦合剂，主轴驱动超声探头与零件充分接触耦合，测厚仪实时通过蓝牙将壁厚数据发送至工作站。测量结束后主轴带动超声探头远离待测点，同时PLC控制电箱对常闭电磁阀供电，使高压气去除超声探头表面的耦合剂。工作站计算得到待测点的准确壁厚值。本系统实现零件壁厚在机的全流程自动测量及数据处理，提高壁厚测量效率。