激光视觉传感器被广泛用于焊缝跟踪,具有精度高、非接触、快速测量等优点。目前大部分视觉传感器只能用于一个平面内的焊缝跟踪,本文设计了一种三线组合结构光视觉传感器,在双线激光跟踪焊缝的基础上增加了一根横线激光,用于检测前方转弯的折角,为机器人跟踪角焊缝时提供所需的信息。本文首先介绍了机器人系统的组成,控制系统是基于PC104总线开发,用图像采集、运动控制、数据采集等板卡实现控制。设计了一个三线组合结构光单目视觉传感器来采集图像信息进行测量,包括相机和激光器的选型和安装,传感器的形状和大小设计。软件部分添加了Open CV计算机视觉库,用MFC设计界面显示采集的图像并进行机器人控制,实现人机交互。其次,介绍了图像处理中各个坐标系的换算。对传感器中摄像头进行标定,得到相机的内外参数和畸变参数,并对镜头进行畸变矫正。采用基于三点透视模型的标定方法对激光器发射的光平面方程进行标定,确保标定的精度,标定的参数可直接用于之后的图像处理。最后,对图像进行图像处理。对图像进行阈值二值化,分割激光线和背景;高斯滤波平滑激光条纹;细化算法提取激光中心线;霍夫变换检测直线算法对直线进行拟合,通过增加直线判别算法,对斜率和相同斜率线段之间的间隔进行判断,判别激光条纹,得到直线方程;通过联立直线方程得到特征点的坐标,实现特征点的识别。将特征点的坐标变换到基坐标系下,通过余弦定理进行角度计算,得到折角信息。通过图像处理和检测算法,对不同角度和距离进行检测,检测误差在±3%以内,验证了传感器及图像处理算法的适用性。