本文通过研究国内外现有典型的面内转角测量技术方案,总结出各类测量方案的缺陷和不足,提出一种新的基于机器视觉的面内转角测量的高精度测量方法。采用光学成像镜头、面阵CCD摄相机和带发光点阵的标准点阵平面靶组成一套基于视觉的面内转角测量系统。将标准点阵平面靶牢固的安装在待测转动部件的端面上,面阵CCD摄像机安装在距离标准点阵平面靶一定距离的位置,通过面阵CCD摄像机测量标准点阵平面靶的视觉图像,通过灰度重心法对图像进行处理,得到对应的各个靶点灰度图像的中心坐标。在面内转角测量的初始位置,通过四次曲线拟合的方法对摄像机进行标定,并建立摄像机的误差数学模型；当标准点阵平面靶随待测转动部件转过一定角度后,通过面阵CCD摄像机采集一幅标准点阵平面靶的数字图像,通过灰度重心法得到特征点像面坐标,再通过像面坐标与物面坐标的映射关系得到对应特征点的物面坐标,根据标准点阵平面靶旋转前后平面靶上的各靶点在物平面上的坐标变化,并通过特征点坐标旋转测量方法检测点阵旋转的角度。通过仿真实验和实际测量实验对面内转角进行测量实验,实验结果表明：此测量方法实现了面内转角的非接触的高精度测量,面内转角测量精度达到2角秒,并且可以实现微小角度和大角度的测量。通过对整个面内转角测量系统进行分析,建立了面内转角测量系统的误差数学模型,并对各种系统误差的产生原因进行详细的分析,通过仿真实验和实际测量实验对各种系统误差进行分析和研究,得出各种系统误差与面内转角测量精度的关系,并得到对测量精度影响较大的系统误差,为进一步提高系统测量精度提供依据。