以对海陆军装备的全体积超声检测为研究背景,由于检测过程中被测工件表面曲率多变,不易寻找曲面的法线方向入射超声波,必须进行工件表面的法线检测工作,寻找到最优的入射位置,以获得良好的回波信号。本研究提出了一种基于视觉点云技术的自由曲面特征检测方法,利用视觉点云技术完成对工件的法线特征检测,提高超声波检测的效率,具有很好的实用价值。具体研究工作如下:首先,介绍自由曲面的法线特征检测系统的组成。从组成基于视觉点云的自由曲面的法线特征检测系统的工作原理入手,在阐述检测系统的工作机理的前提下,研究分析了系统的主要工艺流程;在和实验以及现实需求相互适应的前提下,进行系统的设计,选择了构成该系统的硬件设备和软件开发系统,分别对系统硬件的基本参数以及软件所处的开发环境加以说明。其次,构建曲面法线特征检测系统参数化模型。调研相机成像的过程,构建三维几何模型,借助张正友标定法来标记点云相机;对工业机器人与点云相机进行手眼标定,选择眼在手上系统,研究相机坐标系和机器人基座坐标系二者之间的转换关系,得到相应的转换矩阵。设计实验通过大量实验数据验证手眼系统的定位精度;定位结果的最大偏差值为0.266mm,平均值为0.107mm,结果较为准确,达到了实际使用要求。然后,对点云数据进行预处理工作,针对不同类型的噪声采用了不同的滤波方法,每种滤波方法进行了多组对比实验,设置不同的阈值,对比滤波处理的效果与程序运行时间,得到了最优滤波参数范围,去除了点云数据中与目标曲面无关的噪声。预处理完成后,对得到的点云数据进行网格划分与法线的计算工作,介绍了所采用的网格划分的思路与算法原理,介绍了计算表面法线的原理与方法,设计程序,通过鼠标交互的方式完成法线特征检测工作。最后,完成法线特征检测实验,对曲面法线特征检测系统的结果进行验证。在搭建的实验平台上检测火炮摇架十字贯通结构的外曲面法线特征,经过多次实验,对实验数据进行详尽的分析,理论坐标与点云法线检测的真实坐标之间平均误差的欧式距离为0.375mm,法线平均误差0.361°,得出了系统精度符合使用要求的结论。