航天器,水下航行器等的舱段对接是其生产制造中的关键环节,舱段对接的质量在一定程度上决定了其总体性能的优劣,而实现舱段自动对接则是舱段装配领域的发展目标。舱段的自动对接过程需要高精度以保证生产质量,对接的快速性以提高效率并减少投入成本,非接触自动测量舱段位姿以实现自动化。在舱段的自动对接过程中,待对接舱段的位姿精密测量是舱段调姿的基础。随着机器视觉领域技术的不断发展,利用工业相机搭建的单目,双目甚至多目视觉系统越来越广泛被应用于机器人装配,元器件缺陷检测等工业环境中。在航天器舱段销孔对接等应用场景,视觉测量技术可以体现出其非接触、快速以及高精度的优势。在某研究所“舱段位姿快速测量”项目的科研背景下,本文旨在对工业相机测量技术在舱段自动对接过程中的应用进行研究与试验,主要研究内容分为以下几个方面:(1)舱段自动对接过程中的舱段相对转角测量总体方案的研究与设计。分析舱段自动对接过程中的舱段位姿测量目标,根据实际工业现场对舱段自动装配及位姿测量的需求,设计并完成相机测量技术在舱段自动对接过程中应用的单目视觉系统测量方案和双目视觉系统测量方案。(2)单目视觉系统在舱段自动对接过程中的应用研究。搭建单目视觉系统硬件结构,研究并设计单目视觉系统测量算法。制定舱段相对转角的测量流程,为提取销孔中心的图像坐标,提出了适用于舱段对接场景的单目标定和图像处理方法,利用机械辅助和基于遗传算法的配准方法实现了两部单目相机的坐标系配准。完成单目视觉系统在舱段位姿测量模拟样机的应用研究,对舱段相对转角的测量精度满足实际对接0.1°的测量需求。(3)双目视觉系统在舱段自动对接过程中的应用研究。研究并设计双目视觉系统测量算法。制定舱段相对转角的测量流程,针对舱段自动对接场景,通过Halcon平台对双目相机进行了立体标定和矫正,根据销孔图像亮度低、噪声多的特点及双目视觉系统所处环境的光照特征,提出合适的立体匹配及图像处理算法,从而提取销孔中心的三维坐标,通过机械辅助和基于遗传算法的配准方法实现了两部双目相机的三维坐标系配准。完成双目视觉系统在舱段位姿测量模拟样机的应用研究,对舱段相对转角的测量精度达到0.1°以内,从视场范围,精度,应用场合和技术难点对比双目及单目测量的优缺点和应用范围。(4)工业相机测量在实际舱段装配平台的应用。针对工业现场的环境复杂,机构振动及零件干涉等难点,改进硬件结构和算法,同时优化相机标定,图像处理和坐标系配准的流程。针对舱段相对转角的实际测量精度达到0.1°以内,满足实际装配中非接触,高精度,快速化及无靶标等需求,为实现舱段自动化装配奠定了研究基础。