在工业技术朝着自动化和智能化发展的背景下,工业制造对自动焊接要求越来越高,传统的焊接机器人采用的是示教-再现的方法实现自动焊接。但是在船舶制造中,由于工作位置多变,工作环境复杂,示教再现的方式很难满足船舶制造中的焊接需求。基于此,本文中针对船舶制造中难以采用机器人自动焊接的问题,以船舶制造中水密补板自动焊接为目标,开展工件-机器人无标定环境中三空间焊缝跟踪系统研究。本文从焊缝跟踪系统的需求出发,研究了能实时获取焊缝位置信息的激光视觉传感器,结合相机的成像原理,推导了激光视觉传感器从二维坐标映射到三维坐标的精确测量模型,实现像素坐标二维坐标到三维坐标的转换。研究了激光视觉传感器的标定算法,结合Open CV实现快速标定。最后,研究了机器人的手眼标定,实现了从图像的二维坐标到机器人基坐标系三维坐标的转换。针对焊接过程中产生的飞溅、弧光、预焊点等干扰导致焊缝特征提取困难的问题开展了相关研究。利用焊缝特征在时间和空间中的连续性,使用焊缝特征跟踪代替焊缝特征提取。焊接时只在焊接电源没有开启的第一帧中用形态学的方法提取焊缝特征,在后续帧中使用两个参数更新规则不同的跟踪器跟踪焊缝特征区域,并用卡尔曼滤波器对两组进行数据融合,可以在提高焊缝跟踪系统的鲁棒性的同时减小了跟踪时产生的累计误差,提高焊接精度。为了解决在焊接曲线焊缝时,焊枪的姿态无法自适应的调整,导致焊缝跟踪失败的问题。研究了焊接姿态在线计算的方法,通过在焊接路径点上建立坐标系,让焊枪所在的工具坐标系和建立在焊接路径点上的坐标系重合,实现焊缝跟踪时焊接姿态自适应实时调整,提高焊缝跟踪系统的适应能力。最后根据船舶制造中水密补板的实际焊接环境,设计了焊缝跟踪系统的总体方案。把焊接系统分成焊缝起点和终点获取模块、图像采集与处理模块、任务执行模块三大块,并对其进行了硬件选型和软件设计。最后针对本文中提出的方法设计相关实验。实验结果验证了本文中的方法应用在船舶制造中的可行性。