目前,三维扫描测头和工业机器人已被集成应用于汽车、航空、航天等领域中复杂曲面类零件和产品的在线检测,但由于依赖机器人本身的定位精度,难以实现高精度测量。为此,本文研究了一种基于立体视觉跟踪三维扫描测头位姿的方法,达到高精度测量的目的。本文搭建了测头位姿跟踪实验系统,并在模拟三维扫描测头上粘贴编码标志点,标定好的工业相机连续同步采集运动状态下包含扫描测头的红外图像,通过识别匹配图像中的标志点和基于立体视觉的三维重建算法,重建出测头上标志点的三维坐标,进而实现三维扫描测头的位姿跟踪。本文主要研究内容如下:(1)设计搭建扫描测头跟踪实验系统。在模拟三维扫描测头上粘贴高反光标志点,并采用红外光源,相机镜头装配红外滤光片,滤除图像中大部分的背景噪声。(2)工业相机的内外参数标定。采用张正友标定法标定工业相机的内外参数和畸变系数,进而求解出投影矩阵。(3)图像中标志点识别和中心定位。因为圆形标志点经投影变换后是椭圆,所以对于采集的红外图像,经二值化和形态学腐蚀膨胀预处理后,利用椭圆拟合算法提取图像中的椭圆并定位椭圆圆心。(4)设计一种标志点编码方案。为快速准确的实现标志点匹配,设计了一种基于交比不变性的点分布型编码方案。相比传统标志点匹配方法,该方案的匹配精度更高。(5)三维扫描测头重建与结果分析。依据立体视觉方法实现运动状态下三维扫描测头的重建,并将重建结果和DPA系统的测量结果进行了比较。结果表明,标志点定位在距离长度上的平均偏差为0.293mm,在角度上的平均偏差为0.136°。