近年来,随着智能制造需求、技术和应用的急剧涌现和快速发展,对传统三维测量方法、技术和仪器提出了新的要求。全站仪是船舶、机车、天线等大型物体制造和装配现场常用的三维坐标测量仪器,测量范围大,单站即可实现测量,但需要在反射棱镜或反射片的配合下,通过人工瞄准实现测量,高空作业不方便,效率低,而且不可避免地会引入人为误差。此外,基于传统测量原理和方法,为保证测量精度,要求全站仪遵循严格的正交轴系架构,致使仪器设计、制造、装配、校准和维护要求高。为解决上述问题,本课题组创新提出了非正交轴系激光视觉全站仪（以下简称:非正交全站仪）的概念,并持续开展了测量原理、方法、技术和应用等方面的深入研究。保证测量精度,提高测量效率始终是非正交全站仪技术研究的核心内容。在非正交全站仪中,视准轴是一可视化的激光光束,既提供了距离测量信息,也为测量指向提供了判据,因此其校准精度直接影响着仪器测量精度。此外,基于视觉测量的视准轴引导技术的引入,也为避免人工瞄准,以实现高效自动测量,消除人工误差,为提高测量精度提供了新思路和解决方案。论文完成的主要研究内容和工作有:1、分析了三维测量技术、视准轴校准和引导技术的国内外研究现状,阐述了非正交全站仪的概念,比较了其相对于传统三维测量仪器的优势。2、在非正交全站仪内参标定和测量坐标系建立分析的基础上,对其数学模型进行了理论推导。3、根据非正交全站仪的数学模型,研究了一种基于L-M非线性优化算法的视准轴校准方法,并对其数学理论进行了阐述。4、基于KCF目标跟踪算法和模板匹配算法,结合二分搜索策略,开展了非正交全站仪视觉引导技术研究。5、采用MATLAB和Solid Works,对非正交全站仪视准轴校准方法进行了仿真验证,基于非正交全站仪样机,完成了视准轴校准和视觉引导方法实验验证。