本文针对窄间隙坡口自动化MIG焊接过程中,焊缝特征信息不明显、图像处理时间长、系统精度和稳定性需要进一步提高的难题,开展窄间隙焊缝跟踪平台设计、坡口视觉图像处理和偏差计算、焊缝跟踪系统控制策略研究、系统软硬件集成以及实验验证等技术研究,突破了窄间隙坡口焊缝跟踪焊缝识别传感器设计、弧光、飞溅、烟尘等干扰条件下接缝图像处理算法精度和实时性等关键难点,研制了窄间隙坡口焊缝跟踪系统,设计了“模板匹配式”图像偏差提取方法,开发了跟踪系统软件;在此基础上,进行了I型坡口、V型坡口对接直线接缝和I型坡口对接曲线接缝MIG焊接的实时跟踪试验,试验结果满足窄间隙坡口自动化焊接跟踪精度要求。采用激光视觉传感方法,分析了窄间隙坡口焊接过程坡口视觉成像特点,对视觉传感装置进行优化改进,选用650nm波长的线激光、改进的远心镜头以及配套的CMOS高速相机等组成的激光视觉传感装置,针对性的解决了窄间隙坡口对接焊缝焊接过程中视线受阻挡,视觉成像不清晰,影响图像处理效果等问题,提高了系统的工程适用性。在研究了常用的接缝图像处理技术的基础上设计了三种适合的图像处理流程方案,并对每种方案图像处理时间以及图像处理效果进行了对比,选择了最优方案并作为下一步算法优化的基础。考虑接缝图像处理实时性和精确性的效果,本文对中值滤波、Canny边缘检测算子等前期图像处理算法进行了优化;对于后期提取偏差的图像处理流程进行改进创新,设计了“模板匹配式”偏差提取方案,并结合多线程的并行处理,拆分复杂计算任务、组合计算结果,最终整个流程运行耗时控制在60ms以内,满足实时控制的要求。同时为了提高系统稳定性,设计了系统模糊-PID控制模型。最后采用高碳钢构件对I型、V型坡口对接焊缝进行直线轨迹与曲线轨迹的实时焊缝跟踪试验。试验表明,对于I型直线接缝,焊速在0.6～0.9m/min范围内,小于1mm间隙坡口跟踪最大误差在0.16mm以内;对于V型直线接缝,焊速在0.8～0.9m/min范围内,坡口间隙在3～5mm的跟踪最大误差基本在0.45mm以内;对于I型曲线接缝,坡口跟踪最大误差在0.17mm以内,满足窄间隙跟踪控制精度要求。