随着制造技术的不断发展，三维测量技术已经成为整个制造生产过程中一个重要的研究方向，其在工业检测、逆向工程等领域占有举足轻重的地位。焊接作为制造流程中的最终阶段，其焊缝的尺寸参数将直接影响生产产品的最终质量，因此焊缝的三维测量是当今焊接智能化、自动化发展的重要方向之一。利用线结构光主动视觉技术，可以清晰地捕捉到焊缝表面的原始图像信息，通过相关数字图像处理后可以获取焊缝的尺寸参数值。但是，由于焊缝表面材质反光特性不同，以及复杂的轮廓结构都会造成结构光条纹的粗细不均，局部信息丢失、灰度变化强烈、噪声较多等问题，影响三维测量的计算精度，因此设计适合的光学成像系统，并采用有效的图像采集方法与处理算法就至关重要。本论文正是基于此技术难点，设计了一套基于线激光和CCD图像传感器的光学成像系统，以采集特征明显、条纹清晰的焊缝原始图像，并对整个成像系统进行参数标定；分析了线结构光的成像原理和数学模型及CCD相机采集图像时的能量传递过程，引入光条的信度值的概念，以此来评价整幅图像中各个位置的曝光质量，分析光条信度与图像灰度之间的关系；基于此信度评价机制，设计了一种自适应多次曝光方法，每次曝光后保留曝光质量较高，即信度评价较高的位置，并设置下一次曝光时间。多次曝光后，拼接得到曝光质量优良的结构光图像；此外，还设计了一套针对本文被检角焊缝的数字图像处理算法，通过动态中值滤波、二值化处理、形态学修补等方法，精确提取了焊缝表面轮廓，并检索焊缝特征点，计算焊缝的相关尺寸参数；最后，通过实验结果分析了自适应多次曝光方法及其内部参数对整个系统的检测速度和检测精度的影响。