利用摄像机测量方向和激光测距仪测距精度较高的优势，提出了一种基于摄像机和激光测距仪的点位式视觉三维坐标测量系统，给出了系统的组成和测量原理，建立了系统模型，推导出了被测点三维坐标的求解公式，并对系统测量的稳定性进行了实验测试。结果表明，本系统的测量精度较高，且系统模型及其求解都比较简单。

提出了一种新型视觉坐标测量系统———光笔式柔性三坐标视觉测量系统,基于空间坐标变换及共线三点透视成像原理建立了视觉测量系统的非线性测量方程,通过仿真验证了所建立的测量系统模型的正确性,并且分析了影响系统精度的因素。

给出一种基于最小二乘原理的椭圆误差的评价方法.根据平面任意位置椭圆方程的特点,用'变量代换'的手法使得复杂的非线性方程线性化.拟合计算一次完成,无需进行诸如圆、球体等拟合算法中所需的叠代循环运算.文中给出了其数学模型和具体的计算方法.

为了解决单相机坐标测量模型中轴向定位重复性差的问题，研究正交双相机视觉坐标测量系统；系统由一支特制光靶标、两台正交放置的CCD摄像机和一台电脑组成。在单相机测量模型的基础上引入冗余算法，使得两个正交单相机系统相互补偿对方轴向测量误差，从而实现高精度的空间三维坐标测量；实验采用最简的共线三点测头模式搭建测试装置，在测量距离1500mm处各个方向分辨率优于0．2mm，与坐标测量机移动对比测量精度达到±0．15mm。

针对三坐标测量机上安装激光测头时机械调整误差大以及传统补偿算法鲁棒性差的缺点,提出了三坐标测量机非接触扫描测量时PH10回转体上光学测头安装姿势误差的补偿方法,建立了安装姿势误差的数学模型.通过对标准球球心的最小二乘拟合,给出了误差模型待标定参数的无约束最优化目标函数的惩罚函数形式,提出了一种改进的遗传算法,在并行组合模拟退火算法中采用了改进的多点交叉算子和自适应变异算子,同时使用了两次最优保存策略.通过仿真实验证明了算法求解的精确性.

在非均匀双三次B-样条函数的基础上,导出自由曲面任意点的法矢量通用算法,进而提出自由曲面测头半径补偿公式;为了更好的消除自由曲面测量中的定位误差,提出了应用单纯形法,对测量原始点进行坐标平移和旋转变换,从而较好的解决了曲面匹配问题.

为解决关节臂式三坐标测量机测量精度低的致命弊端,在三坐标测量系统中采用Revo测头.经分析系统的结构特点,确定了转动关节与测杆姿态的几何关系并构造测量时的接近矢量,实现测杆姿态的控制.在此基础上,提出一种基于初始姿态的自适应测量算法,根据数据点的坐标,求得测杆姿态最小变化量,结合位置方程求得该姿态下的位置反解.实验表明：该算法可实现测头姿态的精确控制和位置反解的计算,为具有Revo测头高自由度关节臂式三坐标测量系统的发展和运动学问题的深入研究奠定了理论基础.

提出了一种基于机器视觉和CAD三维模型的零件自动定位方案,利用虚拟图像匹配的方法确定零件在工作台上的位置和方向.在CAD三维模型中,针对零件的可能放置方式通过透视成像的方法形成多幅虚拟图像.CCD产生的实际图像与各幅虚拟图像进行匹配.确定零件坐标系与机器坐标系的关系,达到定位目的.最后在三坐标测量机平台上实现了该方法,并给出了定位定向实验误差分析.

针对柔性三坐标测量机测量精度低的弊端,提出了误差修正和参数标定的方法。应用Denavit-Hartenberg（DH）法建立了柔性三坐标测量系统的运动学模型和误差模型,考虑系统结构参数标定问题,提出了一种基于优化最小二乘法的改进遗传算法。首先,在最小二乘法中引入变化因子来衡量收敛速度;其次,当该因子趋于稳定时,将产生的次优解作为遗传算法的初始群体,并对一般遗传算法进行改进;最后,根据改进的遗传算法进行搜索、计算,得到满足要求的最优解,完成系统结构参数的标定。实验表明：该方法具有收敛速度快、鲁棒性好等优点。

为提高滚刀测量的精度和速度，采用四轴联动的三坐标测量机来实现滚刀的测量。重点阐述了滚刀测量起始点的自动定位、滚刀自动分头功能的实现、测头半径补偿以及安装偏心补偿，这些关键技术的运用对滚刀的各项误差测量提供了方便，提高了整个测量的精度，使滚刀的三坐标测量具有传统的机械式滚刀检查仪无法比拟的优越性。