随着电弧传感器研究的深入，旋转电弧传感器由于结构紧凑简单；不受弧光、弧热、磁场、飞溅等因素的干扰；焊接点是与检测点统一的，消除了传感器先行的问题；完全实时的电弧传感器；更加良好的动态品质以及更加优越的控制精度等优势加速发展，并在V型焊缝和角焊缝焊接生产中广泛应用。目前仍未有准确的高速旋转电弧传感理论数学模型，建立其准确理论数学模型有利于提高旋转电弧传感偏差提取精度，提高旋转电弧传感跟踪速度，对其进一步推广应用有着重要意义。为了减小机器人对旋转电弧传感信号影响，以高精度双轴机器人为旋转电弧传感器运动控制平台，并设计了一款振动小，结构紧凑的新型旋转电弧传感器，以实现在狭小空间连续性工作和保证焊接过程稳定，构建了旋转电弧传感焊接系统，为下一步研究做准备工作。针对旋转电弧传感焊接系统理论数学模型精度受电弧形态、焊接电源外特性、熔池形态、熔滴过渡类型影响较大且现有模型考虑不足使得模型精度均不高的问题，为了改善旋转电弧传感器数学模型，本文先分析旋转电弧熔滴过渡过程中熔滴受力以及熔滴过渡轨迹并解释其对系统模型的影响，再分析旋转电弧焊接熔池形状并解释其对系统模型的影响，利用双线激光视觉传感器采用图像处理技术、曲面拟合技术对熔池形状进行三维重建，获得熔池上表面形状。然后根据焊接系统等效电路模型、焊丝动态熔化模型和焊丝端部模型得到焊接电流、焊丝干伸长和弧长变化关系建立了更精确的旋转电弧传感焊接系统模型，为焊缝偏差识别提供理论基础。为了验证结构的合理性和保证传感器使用的可靠性，利用PRO/E和MSC.ADAMS软件对新型旋转电弧传感器进行了仿真分析，结果表明旋转电弧传感器结构有效且可靠。基于高精度双轴机器人旋转电弧传感焊接系统、旋转电弧焊理论模型及PID控制策略，建立其系统虚拟样机联合控制仿真模型，采用特征平面法获取焊缝偏差，整定PID参数控制双轴机器人移动平台，进行焊接跟踪仿真。这种仿真策略为焊接自动化水平的提升贡献新思路，同时验证了本文建立的旋转电弧传感器数学模型可为焊缝识别研究提供理论平台。最后通过给定偏差数值前提下进行实际焊接试验，采集并滤波处理焊接电流信号，对比验证了本文建立的旋转电弧传感焊接系统模型的正确性。利用特征平面法识别焊缝偏差分析检测精度，未考虑熔池形状时识别平均误差为0.1002mm，考虑熔池形状时为0.0378mm。其识别精度均满足实际要求，验证了本文三维重建的熔池形状是正确的并符合实际。仿真与试验研究结果均证明了本文研究工作的有效性。