随着船舶、压力容器、能源工业、海洋工程等这些使用厚壁部件的行业快速发展,对厚壁部件的焊接效率和焊接质量也提出了更高的要求。厚壁部件大多采用多层多道焊,焊接过程中由于存在不可避免的加工误差、装配误差、焊接热变形等因素,使得焊前人工示教和离线编程的方法无法补偿、调整焊接路径和参数的实时变化,导致焊接效率低下、焊接质量难以控制。因此,探索新的检测方法使焊接机器人可以在焊接过程中实时检测焊接工况状态,进行自主规划路径和填充策略,提高其自动化效率显得尤为迫切。针对上述问题本文提出使用网格结构光作为主动光源的视觉测量系统,探索出一种提取焊缝表面轮廓信息的方法,为焊接路径的自主规划和填充策略提供数据。主要开展的工作内容如下:(1)搭建了一套网格结构光视觉测量系统。针对多层多道焊缝表面轮廓测量的需求,搭建了以网格条纹激光器、摄像机、计算器为核心的视觉测量系统。确定了摄像机工作距离H,激光器的工作高度h和投射角度α等技术参数的调节范围。该系统通过调整技术参数,能获取清晰的网格条纹图像,可以实现图像的采集、存储和显示等功能。(2)进行了条纹特征与坡口及焊缝表面轮廓变化的相关性研究。分析了条纹畸变方向、断点、拐点、相邻节点的横向距离、纵向条纹畸变程度与焊缝轮廓变化的关系,结果表明网格条纹视觉图像可作为表征坡口及焊缝轮廓的信息源。(3)探索了一种针对网格条纹的图像处理及求空间二维坐标的方法。讨论了摄像机成像模型,对摄像机进行标定实验,并对图像进行校正。研究了感兴趣区域的提取方法,尝试了几种分割图像方法,最后使用高通滤波加阈值分割分割条纹,探索了网格交点的提取方法,使用Laws纹理分析器和灰度重心法分别提取横纵条纹中心线,并设计了网格交叉提取算法,得到了世界坐标系下网格交点的二维坐标。(4)探索了获取交点三维坐标、三维重建和计算截面特征参数的方法。通过激光器和工件关系的确定,实现了三维坐标的获取,尝试了几种三维重建的方法,发现基于三角剖分的重建方法效果最好,通过斜率法提取了截面上特征点的坐标,计算了截面上每道焊缝宽度以及坡口间隙、宽度和深度等特征参数,并通过人工卡尺测量进行验证。验证结果表明:三维重建获取的轮廓与实际焊缝表面轮廓有较高的吻合度,可以为焊接路径规划和填充策略提供基础数据。