随着海洋工程、核工业和航天事业的飞速发展，对焊接技术需求越来越高。在这些极限环境中，由于焊工无法亲临现场，需要采用遥控焊接来完成。而焊接生产中如果提高焊接智能化水平，减少自动化对操作者依赖程度，无疑具有重要意义。本文采用主动视觉传感技术来传感焊接熔池，实现焊接过程智能化，具体研究基于点阵结构光的焊接熔池三维动态恢复，并由此建立起熔池的动态模型。首先，建立了基于点阵结构光的焊接熔池三维视觉传感实验系统，系统主要包括视觉传感系统、焊接运动系统、焊接电源及控制系统等，开发控制软件实现了焊接速度0~10mm/s以及焊接电流20~80A的准确调节。采集GTAW熔池的激光反射点图像，开发了中值滤波、区域阈值法、平均尺寸判断去噪、中心点提取等图像处理算法。对中心点提取图像进行了缺陷分析，并对两种典型缺陷“冗余点”和“缺失点”的去除以及补偿方法进行了研究，最终实现了像屏上反射点坐标的准确提取。采用平面标定法对传感系统进行了标定，实现了由图像像素坐标系到像屏坐标系的转换，并通过像屏坐标系与自定义世界坐标系的位置关系，实现了由像屏坐标系到自定义世界坐标系的转换。根据像屏上反射点坐标与对应入射光线方程结合边界条件通过光学反射定律逆算得到了熔池表面反射点坐标。通过对熔池表面点的三维曲面拟合获得了对应时刻的熔池三维曲面，并由此提取得到熔池的三维信息。通过所提取三维信息中的熔池宽度与实际对应时刻的焊缝宽度之间的对比得到该算法的相对误差为3.23%。根据熔池曲面三维恢复法，进行了不同焊接电流下的实验，分析了焊接电流对熔池三维形貌的影响。通过正反向阶跃实验，分析了系统的响应特征，并由此获得了系统的传递方程。建立了熔池控制模型，并对该模型进行了仿真辨识，为控制器的设计奠定基础。