管道焊接件被广泛地应用于现代工业制造和国家支柱性产业中,自然而然地,组成管道焊接件重要组成部分的相贯管道也被得到大量应用。然而,由于空间相贯管道焊接时焊缝难以定位及焊枪姿态难以规划等问题,依然依靠于手工焊和传统的机器人示教-再现和离线编程等存在诸多弊端的焊接方式。因此,对相贯线焊缝的自动化及智能化焊接的研究,具有较大的科学研究及工程应用价值。本文利用单目线结构光立体视觉传感器与工业机器人相结合的方法,对相贯线焊缝实时跟踪焊接技术进行研究。首先,针对相贯线焊缝定位问题,对机器人Eye-in-Hand立体视觉传感器系统中摄像机标定、手眼标定和线结构光平面标定等方案进行研究。通过对视觉系统的设计及现有标定方法的研究,组合选取出一种以“棋盘格&激光条纹”混合图像为基础的整体视觉系统标定方案,相对减少了标定耗时,且较大程度上避免了操作误差、随机误差以及手眼标定和结构光平面标定之间的累计误差,具有较高精度。其次,针对相贯线焊缝激光条纹图像中焊缝特征点提取问题,对计算机图形学和图像处理算法等进行研究。在无弧光环境下,通过RGB颜色空间识别、二值化、连通域滤波、形态学膨胀和骨架化等传统图像处理算法提取出激光条纹的中心线特征,再利用提出的拟旋转特征点检测算法识别出焊缝特征点图像坐标信息。在弧光环境下,由于激光条纹被弧光及飞溅噪声所遮挡,传统图像处理算法无法提取出激光条纹特征点信息,因此提出自适应扩展卡尔曼滤波与时空上下文目标跟踪相结合的算法对弧光环境下焊缝特征点进行有效提取。然后,针对相贯线焊缝实时跟踪焊接时焊炬的路径规划和焊枪的姿态控制等问题进行研究。通过提出的扩圆弧长算法提取出激光条纹上的姿态控制点,结合提取出的焊缝特征点,再利用提出的三点原则实时建立相贯线焊缝焊接时的焊枪坐标系,建立机器人与相贯工件的联系。在多分段焊接方案下,再通过实时规划控制移动焊枪的步长及其姿态,保证焊枪焊接时的平稳性和精度,完成对焊枪运动路径及其姿态的实时规划,实现“实时扫描处理规划焊接”的焊接方案。最后,针对相贯线焊缝跟踪系统焊接实时性问题,对摄像机-计算机-机器人之间的数据通信传输方案及整个系统架构进行研究。通过利用TCP/IP Socket套接字通信原理,提出“三线程”式架构设计方案,通过线程间CPU周期的微细划分,对焊缝特征点的提取及机器人末端位姿的数据进行并行处理,保证了跟踪焊接时某一时刻机器人末端位姿数据与所采集到的焊缝图像的一致性,确保了机器人Eye-in-Hand立体视觉系统实时定位测量的精确性。除此之外,为了方便整个相贯线焊缝跟踪系统的操作性,开发出了人机交互的图形用户界面。最终,对相贯线焊缝跟踪系统进行了焊接实验,并对实验结果进行了分析验证,表明该相贯线焊缝实时跟踪焊接系统具有较好实时性、平稳性、精确性和适应性。