随着相关行业大型设备需求的日益增长,传统的人工焊接方式已逐渐无法满足生产需求,本文以盾构机刀盘部件为焊接对象,通过对机器视觉、数字图像处理、焊接路径规划、自动化集成技术等方面进行研究,设计实现了一种基于激光视觉的中厚板部件焊接机器人系统,完成了中厚板深焊缝的自动识别与焊接路径的自主规划,改善了中厚板焊接的自动化水平,提高了生产效率。第一,结合中厚板部件的焊接特点,对系统功能进行分析,并将系统划分为焊接规划模块、集成控制模块、运动执行模块和焊接作业模块四部分,继而确定系统的整体布局与架构,同时,制定系统的工作流程,完成系统整体方案的设计。第二,依据系统的模块划分,分析系统所需硬件设备的功能与特点,完成系统硬件设备的设计或选择,同时,结合系统布局架构,搭建合理的硬件通讯网络,完成系统硬件平台的设计。第三,重点展开了对系统主要软件功能的分析设计。首先,对比不同算法的处理效果,完成图像的滤波、分割以及焊缝中心线的提取,通过对斜率分析法进行改进,使用角度分析法完成焊缝特征点的准确提取;然后,研究机器人的空间坐标变换和相机标定原理,推导出一种无需借助相机内参的标定方法,完成系统的手眼标定;继而,基于中厚板的多层多道路径规划模型和离线编程的思想,提出一种分层焊接的方法,减小了焊接过程中累计误差的影响,完成中厚板的自适应焊接;同时,分析各模块设备之间的数据通讯需求,选择和制定合理的软件通讯协议,完善系统的通讯网络;最后,依据系统的主要功能,设计开发简洁直观的人机交互界面,实现系统的状态监控。第四,根据整体方案和软硬件平台的设计,搭建系统并进行测试。首先对系统视觉模块、焊接规划和焊接效果等关键部分进行分别测试,然后对系统功能进行整体测试,验证了系统的可行性。经测试,系统的整体焊接合格率达96.7%,焊接成型良好,满足中厚板焊接工作的基本要求。系统已初步投入部分盾构机刀盘部件的焊接生产,有望在中厚板焊接领域得到进一步推广。