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集装箱、铁路客车车厢、轻轨客车车厢等大型结构件，采用波纹板与平板装配的方式，增加其整体结构刚度，改善力学性能。因此，这种装配的方式在多种大型箱型结构中得到了广泛的应用。波纹板与平板装配时，先采用点焊将待焊装配缝（以下简称AGW）进行定位，再采用熔化极活性气体保护电弧焊（以下简称MAG焊）对AGW进行连续施焊。然而，波纹板通常采用多块拼接而成，由于其加工、拼接及波纹板与平板之间的装配误差等因素，使得实际AGW与理论AGW的三维轨迹、缝宽存在一定的差异。因此，需要对实际的AGW三维轨迹（以下简称TDT_AGW）、AGW缝宽（以下简称W_AGW）进行在线监测跟踪，并自适应调整焊枪的轨迹及焊接工艺参数（焊接电流、焊接电压、焊接速度等），以保证焊接质量。在此背景下，本文从大构件折线角焊缝（以下简称LSRLFS）的结构特征及焊接要求着手，研究一种可以在高速MAG焊中对LSRLFS进行精密视觉监测跟踪（以下简称VSMT）的装置及方法。本文以高速MAG焊中的集装箱折线角焊缝为研究对象，基于LSRLFS结构层面及VSMT层面对LSRLFS的前置-直视双VSMT系统进行研究：采用前置VSMT装置在高速MAG焊中对TDT_AGW及W_AGW进行监测跟踪，规划出焊枪轨迹及焊接工艺参数；采用直视VSMT装置对熔池及前区相连焊缝（以下简称WP_PAGW）进行监测，得出了超前、焊接变形、磁片吹、运动机构误差等因素作用下的焊枪相对熔池前区相连焊缝(以下简称PAGW)中心线的偏离量、PAGW宽度，并传递给运动控制器及焊接工艺参数调整器进行自适应调整，在高速MAG焊的VSMT过程中进一步的提高监测精度。文章主要研究内容包括：1.大构件折线角焊缝前置-直视双视觉监测系统集装箱、铁路客车车厢等LSRLFS存在焊前加工和装配误差、焊接过程中存在热变形、磁偏吹、运动机构误差，导致焊接过程中焊丝端点偏离PAGW中心线、焊接工艺参数与PAGW宽不匹配，针对这一问题，提出一种可在高速MAG焊中对LSRLFS的精密视觉监测跟踪的装置和方法，采用前置VSMT、直视VSMT两套视觉系统：前置VSMT系统获取线状激光投射在焊枪前方一定距离处的待焊波纹板和平板上的激光线投影(以下简称LLP)，经图像处理、分析得出TDT_AGW及W_AGW，用于焊枪路径的引导和焊接工艺参数规划；直视VSMT中采用双靶面成像系统（以下简称DTIS）获取WP_PAGW图像，经图像处理、分析得出熔池相对PAGW中心线的偏移量、PAGW宽度，用于引导焊枪轨迹实时纠偏及焊接工艺参数实时调整。模拟仿真表明此装置和方法可以在LSRLFS环境中有效地工作，以实现焊缝轨迹及缝宽的在线监测，引导焊枪自适应地跟踪装配缝和以适宜工艺参数施焊。2.大构件折线角焊缝前置视觉监测机制结合集装箱波纹板角焊缝的自动化焊接，详细地讨论了高速MAG焊中基于单条LLP辅助的LSRLFS的前置VSMT系统的构建、相机及激光器的空间位置及角度等参数的优化、相机的标定；重点研究了前置VSMT系统工作原理，结合实验对激光器、相机I相对待焊工件的空间位置及角度等参数、相机I参数的标定参数、激光线投影特征点（以下简称FP_LLP）的图像定位坐标，建立了TDT_AGW及W_AGW数学模型；此外，针对LLP图像特征，提出了一种自适应阈值分割模型，能在不损失LLP在AGW处的端点特征的条件下，将干扰与LLP图像分开，并采用优化后的形态学算法剔除干扰。在此基础上，采用连通域标记的算法对LLP进行标记，智能的区分LLP在AGW处是否相交，再结合极值算法，智能的提取AGW处的交点P或端点M、N的图像定位坐标。3.大构件折线角焊缝直视视觉监测机制距离当前焊区存在一定距离的前置式VSMT系统获取的图像干扰较少、能够被稳定、快速地处理、分析，可在高速MAG焊中及时的实现TDT_AGW及W_AGW的监测跟踪，但无法解决超前、焊接变形、运动机构误差等因素引起的焊丝端点偏离PAGW中心线、焊接工艺参数与PAGW宽不匹配等问题，难以满足高精密的监测需求。采用直视VSMT系统监测WP_PAGW，对焊丝端点偏离PAGW中心线、预规划的焊接参数与PAGW宽的不精确匹配进行修正，实现精密的焊接。详细探讨了MAG焊中WP_PAGW成像方法，提出了一种基于DTIS的WP_PAGW成像装置，并采用理论结合实验的方式确定了滤波、减光、辅助光源、曝光等参数，保证了成像质量；重点研究了DTIS中图像配准数学模型，结合实验确定了图像配准数学模型的参数。在此基础上，结合DTIS的配准数学模型、融合后的WP_PAGW图像特征，建立了焊丝端点相对PAGW中心线偏离量、PAGW宽的数学模型；此外，提出了基于特征的图像融合（以下简称IFF）的方法，并基于二维数组运算建立了图像融合模型，为焊丝端点相对PGAW中心线图像偏离量及PGAW图像宽度提供了基础。在此基础上，针对熔池的图像特征，提出了熔池区ROI提取算法，建立了熔池中心的数学模型，实现了熔池中心图像定位坐标地智能提取；针对PGAW的图像特征，提出了基于视觉注意模型的ROI提取算法、基于canny算子的边缘跟踪算法，实现了弧光干扰下的PGAW边缘的准确、稳定的提取。研究结果表明：距离熔池有一定距离的前置VSMT系统稳定、快速采集的干扰小、感兴趣特征易提取图像，该图像经过处理、分析并结合相应的数学模型，可以得出TDT_AGW及W_AGW，用于引导焊枪运行并规划焊接工艺参数； DTIS直接对WP_PAGW进行监测，得到焊丝端点相对PAGW中心线的偏离、PAGW宽度，为焊枪轨迹的纠偏及焊接参数的自适应调整提供了参考。前置-直视双VSMT系统的融合，为高速MAG焊中LSRLFS的精密监测跟踪提供了一种可靠的方法。