随着现代制造对焊接的生产率和质量要求越来越高,焊接过程实现由自动化向智能化的发展已成为必然趋势。机器视觉作为最有效的智能化实现手段,国内外已经有了许多利用机器视觉获取焊接环境信息,实现焊接过程智能控制的研究。但是研究中大多采用单条纹激光视觉传感,系统采集一副图像只能获取焊缝的一个截面信息,测量的精度与速度难以兼顾,目前自主的识别、理解复杂焊接环境及工况状态还是实现智能化的一个瓶颈。针对单条纹线激光逐条扫描的缺点,本文搭建了激光光栅视觉测量系统,尝试以多线同时扫描的方式提取坡口及焊缝表面轮廓的数字化信息。主要开展的工作如下:(1)搭建了一套激光光栅视觉测量系统。系统以25条平行线光栅激光器作为主动光源,并在一定角度下投射光栅条纹至待测坡口表面,随着行走小车与工件的相对移动,光栅条纹连续扫描,CCD摄像机定时曝光,实现条纹图像的连续采集。(2)探索了系统视觉测量的技术条件。通过实验分析了成像系统内部激光器投射角度以及摄像机工作距离,对系统测量视场范围以及测量结果准确度的影响,使系统可以获取满足坡口及焊缝待测区域范围的清晰光栅条纹图像。工作距离和投射角度是系统工作前必须确定的两个技术参数。(3)光栅条纹图像与焊缝轮廓的相关性分析。实验分析了不同焊缝类型下的光栅条纹图像,结果表明光栅条纹能够作为表征坡口及焊缝轮廓的信息源,系统测量坡口及焊缝表面轮廓是可行性。(4)提出了一种针对光栅条纹的图像处理及坐标化方法。采用开窗处理、动态阈值、面积滤波、膨胀处理相结合实现了条纹的有效分割,并运用灰度重心法提取条纹中心线及其像素坐标;通过对系统的标定,实现了单帧条纹图像上离散点三维坐标的获取。(5)探索了条纹连续扫描时系统的工作方式。测量速度V与摄像机曝光间隔时间t决定了待测区域内条纹分布的疏密程度,通过建立测量速度V与摄像机曝光间隔时间t的关系,实现了连续扫描时离散点云的获取。测量速度也是测量系统必须提前确定的技术参数。(6)建立了坡口及焊缝表面数字轮廓的三维重构与特征参数提取算法。通过几种不同三维插值算法的对比,表明运用双线性插值算法构建的坡口及焊缝表面三维数字轮廓效果最好。并通过斜率法与最小二乘法相结合提取了焊缝截面上的特征点三维坐标,依据特征点坐标建立了焊缝宽度、间隙、深度、截面积的提取算法。验证结果表明:由视觉获取的数字轮廓能够代替坡口及焊缝表面的实际几何轮廓,并且测量速度越小,数字轮廓精度越高。