传统的工业加工中,以人工方式焊接大型工件存在精度低、可靠性差、耗时较长等问题。龙门架式焊接机器人工作范围大、定位精度高,适合用于对大型工件的焊接。立体视觉技术可以协助机器人实现对焊缝轨迹的自主定位,有效提升机器人焊接的精度和效率。传统的线激光等视觉测量装置难以满足焊接系统对大型工件的测量需求,且由于龙门架式机器人末端执行机构只具备三个平移自由度,无法通过传统方法实现机器人与视觉测量装置的手眼标定。针对以上问题,本文设计了一种龙门架式焊接机器人立体视觉系统,通过面型三维测量系统高效测量工件的三维数据;从三维数据中定位出焊缝轨迹;结合手眼标定结果将焊缝轨迹转换到机器人运动控制的参考系下,作为机器人控制的反馈数据。本文的主要研究内容如下:1)分析了龙门架式焊接机器人立体视觉系统的组成和功能:系统由三维测量、焊缝定位、手眼标定这三个主要的技术环节组成,分析了三个技术环节的发展现状及不同技术的优势和适用场景,提出了本文的技术路线。2)设计了基于条纹投影的面型三维测量系统:根据面型三维测量的基本原理,设计了格雷码结合相移法的物体表面相位获取方法,实现了对包裹相位非线性误差和展开相位级次跳变的消除;对三维测量系统的数学模型进行了推导,建立了逐像素的相位差-高度映射模型,结合二维相机模型建立了高度-三维坐标映射模型;针对三维测量系统的模型设计了基于平面标定板和精确移动平台的标定方法;实验评估了三维测量系统的精度,平面度误差小于0.03mm和绝对误差小于0.05mm。3)设计了三维数据中的焊缝点定位方法:分析了三维测量系统获取的数据的特点,以结构加强筋为案例,针对具有明显几何结构的焊接对象设计了从三维点云数据中分析立体几何结构的焊缝定位方法;以钢板拼缝为案例,针对几何结构不明显的焊接对象设计了从二维图像中分析焊缝位置,结合三维测量系统的二维-三维的映射关系实现三维空间中焊缝定位的方法。4)设计了龙门架式机器人的手眼标定方法:分析了传统手眼标定方法不适用于龙门架式机器人的原因;根据龙门架式机器人手眼系统的数学模型,设计了适合龙门架式机器人的手眼标定方法,此方法操作简单,适合用于现场标定;设计了从三维测量系统获取的数据中精确定位平面标定板标志点的方法;实验验证了立体视觉系统的精度达到±0.3mm。