焊缝检测系统是自动化焊接的基础，其功能主要有焊缝图像采集、焊缝三维测量、焊缝识别和跟踪等，系统主要由负责图像采集的焊缝检测传感器和负责图像处理的工控机两部分组成。因此本文主要从传感器优化设计及标定、焊缝识别和跟踪这两方面入手，并结合约束卡尔曼滤波器，对焊缝检测系统进行研究。　　本研究主要内容包括：⑴根据结构光测量原理得到传感器成像模型，并进行误差分析，研究三维测量误差与传感器结构参数的关系，得到传感器结构参数优化准则。根据实际焊接工作情况并结合传感器小型化原则进行传感器各组成器件选型。而后以上述结构参数优化准则为基础，根据摄像机透视模型确定传感器各结构参数。此外，还设计了光平面微调结构确保光平面垂直入射。⑵传感器标定包括摄像机标定和光平面标定。摄像机标定采用张正友标定法，利用专业标定软件对摄像机进行标定，得到摄像机的内外参数。光平面标定采用基于立体标靶的光平面标定方法，利用光平面上不共线的四个点求取光平面方程。设计实验验证传感器标定后系统三维测量精度，结果表明系统三维测量精度较高，满足焊缝检测需求。⑶介绍了焊缝检测系统的软件及三个工作模式，阐述系统软件的操作流程及焊缝检测流程。利用形态学方法进行焊缝识别，得到焊缝特征点，并以此为跟踪参考点进行焊缝跟踪。设计实验验证焊缝识别精度，并在工厂进行现场焊接实验，结果表明焊缝识别精度较高，且现场焊接质量良好，能有效实现焊缝跟踪。⑷在原有焊缝检测系统的基础上结合约束卡尔曼滤波器，利用卡尔曼滤波“预测-更新”的机制和约束方程的修正使焊缝检测具有更高的精度和更强的抗干扰能力。设计实验验证约束卡尔曼滤波器性能，结果表明结合约束卡尔曼滤波器能有效提高焊缝检测的精度和抗干扰能力。