本文研究了一种新型的基于结构光反射法的熔池表面形貌三维检测方法。该方法将由小功率激光器发射出的平行结构光条纹投射到熔池表面,经熔池镜面反射到一成像屏上,用摄像机观察成像屏上的激光反射条纹,条纹的变化反映熔池表面形貌的变化。该方法主要采用了两种措施来抑制弧光扰:弧光强度随着距离的增加呈几何级数的衰减,而激光由于相干性、方向性好,其强度的衰减微弱,将成像屏置于一合理位置,可以有效抑制弧光;采用滤光技术减小弧光的干扰。根据该检测方法,设计了一套三维结构光视觉传感系统。该传感系统主要由功率为24mW波长685nm的九线结构光激光器、成像屏、中心波长685nm半宽10nm的滤光片、摄像机、DH-VRT-CG210图象处理卡、计算机等组成。该传感系统具有结构简单,实现容易,成本低等特点。利用该传感系统进行GTAW熔池表面形貌三维传感实验,获得了清晰的激光反射条纹图像。根据文中传感系统特点以及需要标定的参数,将传感系统标定分成两部分:摄像机标定和结构光标定。通过张正友标定法对摄像机的内外部参数进行标定。提出了一种结构光标定算法,利用摄像机标定结果以及其它测量手段对传感系统结构参数进行了标定。开发了激光反射条纹图像预处理程序。使用了图象平滑、二值化、边缘提取、中心线提取等方法去除了图像噪声,提取出了相关特征信息,用于后续熔池表面形貌三维恢复。提出了一种熔池表面形貌三维恢复算法。根据实际熔池的特点,获得了条纹间的匹配关系,并对像条纹和激光条纹进行离散,获得成像屏上所接收的点与熔池表面反射点间的对应关系。利用光学反射定律,以斜率作为迭代变量不断调整熔池表面深度,最终得到熔池表面形貌的工程解。