数控机床是先进制造过程中的核心设备。在加工过程中,有着大量的检测任务需要完成,包括夹具和零件的装卡、找正、零件编程原点的测定、首件零件的检测、工序间检测和加工完成检测等。因此,开展面向数控机床的在位测量技术的研究具有重要的学术价值和现实意义,将是实现测量与制造无缝链接的重要纽带,受到国内外的广泛关注。影像在位测量技术是要将影像测量仪搬至数控机床,凭借影像测量的优势,实现非接触、高精度和高效率的几何量在位测量,以弥补基于接触式触发测头的在位测量的不足。本文的研究目的是为组建基于影像测头的数控机床影像在位测量系统做前期预演,以自行研制的一套影像测量实验系统作为工作平台,围绕其中的关键问题展开系统深入的研究,主要包括基于图像对焦的三维影像测量、计算机辅助测量规划(CAIP)、基于图像/CAD模型的全屏目标牵引、图像边缘检测和几何量测量等。本文主要的研究工作和创新点如下：1.研制了一套影像测量实验系统,作为本文开展相关研究的实验和验证平台,其主要由三维工作台、影像测头和显微视觉测量软件组成。2.以自动对焦技术中的图像对焦法为对象,研究基于图像对焦的三维影像测量。其中,本文结合步进电机的特性,提出了一种基于不等步距的粗细结合的对焦搜索策略,且通过实验研究了被测工件的表面粗糙度对测量精度所造成的影响,并尝试将误差分离技术应用于对焦测高。3.针对数控机床影像在位测量系统,初步开发了一套面向影像测量的计算机辅助测量规划系统(V-CAIP系统),主要由测量元素提取和识别、采样策略规划、测量路径规划、测量代码生成和测量过程校验五大功能模块组成。4.由于影像测头的视场较小,无法对被测物体的全貌加以观察,故本文以“点哪、走哪、测哪”为指导思想,开发了基于鼠标点击的全屏目标牵引功能,具体划分为图像法和CAD模型法。5.以工件的显微图像为对象,研究基于数学形态学法和径向基函数法相结合的图像边缘检测方法,并针对影像测量,研究面向其的几何量测量方法。