管道运输是运量大、安全、经济的油气产品输送方式，其建设投资为铁路的一半，运输成本更只有三分之一。因此，我国政府已将“加强输油气管道建设，形成管道运输网”的发展战略列入了“十五”发展规划。根据有关方面的规划，未来10年内，我国将建成14条油气输送管道，形成“两纵、两横、四枢纽、五气库”，总长超过万公里的油气管输格局。随着海洋石油和天然气工业的发展，海洋管道工程日益向深海挺进，我国作为一个发展中的沿海大国，国民经济要持续发展，就必须把海洋的开发和保护作为一项长期的战略任务。伴随着人类对海洋的开发，大量的海底管道施工工程对水下焊接技术提出了新的要求。 目前，我国管道焊接施工仍以手工电弧焊为主，半自动焊为辅。在施工过程中，由于人为因素造成的质量不稳定问题比较突出。而全位置自动焊技术在大直径厚壁压力管道焊接中全面应用尚有一定难度，其主要原因是大直径厚壁压力管道的安装环缝组装难以达到均匀一致的高精度，这就要求全位置自动焊设备能根据坡口尺寸和偏差自动调整焊枪位置，从而实现焊缝的自动跟踪。本文就目前全位置自动焊技术存在的问题，设计能够自动调整焊枪位置的全位置自动焊系统，以实现管道焊缝的实时自动跟踪。本文建立的视觉传感实时跟踪系统由图像采集系统、图像处理系统、跟踪控制系统及管道焊接机器人组成。 本文提出了焊缝图像模板识别算法。该算法主要分为可识别纹理提取、建立模板及模板匹配三部分。其中可识别纹理提取部分包括对图像进行二维B-样条小波变换及对小波变换结果的二值化处理，给出了提取可识别纹理所需小波尺度的判据。通过对坡口及焊缝图像的分析，得出对于坡口图像，只需横向小波对其进行小波变换，对小波变换结果各点取绝对值后求平均，以所得平均值为阈值作二值化处理；对于焊缝图像，用横向及纵向小波对其进行小波变换，对两方向小波变换结果对应各点求平方并加和，生成一个新的二维数组，以该二维数组平均值为阈值作二值化处理。建立模板部分包括确定焊缝跟踪的初始条件，分析不同尺度下焊缝及坡口纹理的特点，基于提取可识别纹理的判据来选择相应小波尺度对初始图像进行小波变换，并进行相应的二值化处理，然后根据设定的管道环缝识别的初始条件获取坡口及焊缝部分模板。最后进行模板匹配计算，首先对被测图像进行小波变换，采用的小波尺度与建立模板时采用的小波尺度相同，然后对小波变换结果进行相应的二值化处理，将模板在被测图像的处理结果中平移，计算模板平移到各位置时的互相关系数，最后根据文中提出的模板匹配判据确定被测图像中焊缝中心位置。为了加快模板匹配的速度，利用等效易位关系，对模板及被测图像的小波变换结果进行抽取操作，大大减少了模板匹配计算量。 鉴于DSP在系统集成及数字信号处理上的优点，对基于DSP的图像处理系统进行了研究。开发了适用于DSP的小波变换算法，解决了小波系数的生成、小波系数与二维矩阵卷积等关键技术。另外还开发了建立模板算法及模板匹配算法。 本文采用CCD传感器本体与焊炬固连在一起的视觉跟踪系统。文中对CCD传感器前置型跟踪机构的实时跟踪原理及跟踪控制系统结构进行了分析，编写了基于PLC的实时跟踪控制程序，设计了跟踪控制系统中各参数及信号传输的接口。通过对跟踪模型理论分析，得到了实用的PID数字控制器模型。最后进行了焊接模拟试验，通过对焊接条件下采集焊缝图像的分析，得出在焊接条件下本文提出的模板识别算法是可行的。