关节臂测量机是基于旋转关节和旋转臂并且以角度测量为基准的非正交式三坐标测量系统,具有测量空间大、便携式和使用灵活等优点。传统的关节臂采用的是接触式测量方式,对于一些薄壁、特殊材质和尺寸较小的孔、槽、圆弧等工件难以满足测量要求。本文研究基于关节臂的线结构光扫描关键技术,采用非接触式扫描方法,克服了接触式测量的不足,可以实现实时在线快速检测,有广阔应用前景。本文依托天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室与海克斯康测量技术(青岛)有限公司的校企合作项目,对基于关节臂的线结构光扫描系统的关键技术进行了研究,主要包括系统方案设计及系统建模、光条中心提取算法、线结构光扫描传感器一体化标定和关节臂与线结构光扫描传感器整体标定等。本文的主要工作有如下几个方面:(1)重点研究了线结构光光条中心提取方法,建立了光条中心提取的数学模型,结合系统设计要求,提出了基于灰度重心法的改进算法,通过设计相关实验验证了算法性能的优良性,算法一次提取时间不高于28 ms,精度优于40um。(2)研究了摄像机的内外参数模型,结合产品实际测量需要,采用基于张摄像机标定方法完成摄像机标定,进行了摄像机标定的实验,分析了摄像机分别在不同标定图像数量、焦距、光圈下对摄像机的内参数的影响。(3)重点阐述了线结构光平面标定方法,提出了一种线结构光扫描传感器结构参数一体化现场标定的新方法,建立了线结构光扫描传感器的数学模型,根据张正友摄像机标定思想并结合LM优化算法,开发了标定软件,在此基础上,引入辅助线激光,通过反复多次提取两激光交点来实现线结构光平面准确标定,实验验证了算法的可行性,实现快速精确地对线结构光扫描传感器结构参数的标定,精度优于24um。(4)提出了一种基于遗传算法的关节臂与线结构光视觉传感器连接部关系标定的新方法,推导了连接部标定数学关系,建立了连接部标定遗传优化算法数学模型,设计并完成相关实验,验证该方法可行性,确保目标函数ε(br)误差小于10-3。