现代工业技术的飞速发展，要求零件的形状越来越复杂，制造精度越来越高，各种精密复杂的模具、刀具以及复杂曲面零件的需求量越来越大。如何实现任意复杂曲线/曲面零件的精密加工已成为工具、模具制造行业的研究热点，以高柔性和高效率见长的曲线点磨削技术成为复杂曲线/曲面加工的理想工艺方法。磨削过程中的砂轮磨损是影响复杂曲线磨削精度的主要因素之一，加工过程中的误差在线检测与补偿技术对提高磨削质量和性能具有重要意义。　　 本文首先对国内外曲线磨削加工方法及磨削过程的在线检测技术进行了综述和分析，在此基础上，将基于小接触面积和连续轨迹数字控制的数控点磨削技术应用于复杂曲线磨削中。针对复杂曲线磨削的“高柔性”、“高精度”的要求，首次提出了基于工作台偏转的曲线磨削中的法向跟踪方法，实现了对磨削工件运动轨迹的自动法向跟踪控制。同时，将数字图像处理技术应用到曲线数控点磨削的砂轮磨损在线检测中，设计了适用于曲线点磨削的机器视觉测量系统，研究了基于数字图像处理的曲线点磨削在线检测方法中的关键技术，最后将上述研究结论和成果应用于复杂曲线精密数控点磨削中，并进行了大量的试验研究，成功地实现了复杂曲线高柔性、高精度的磨削加工。整个论文研究具有较强的系统性，促进了该项技术的国产化，具有极其广泛的经济效益和社会效益。　　 设计了适用于复杂曲线精密磨削加工的具有法向跟踪功能的曲线点磨削方法。该方法综合考虑了复杂曲线磨削的“高柔性”、“高精度”的要求以及常规“快速点磨削”的优缺点，其实现原理是利用薄型CBN圆弧砂轮，通过工件两轴联动实现了复杂曲线的点磨削，降低了磨削力和磨削温度，并可以实现无磨削液的干磨削，为磨削过程的视觉在线检测提供了有力的保障。在对曲线点磨削运动特点分析的基础上，讨论了曲线点磨削过程中的磨削力和砂轮磨损的特点，提出了基于工件偏转的磨削过程中的砂轮法向跟踪方法，建立了用以描述法向跟踪运动关系的数学模型，推导了法向跟踪角的计算算法，并进一步讨论了磨削过程中砂轮与工件干涉的判别与避免，有效拓宽了磨床对复杂零件的适应范围，提高了磨削精度。　　 针对曲线点磨削的加工特点与磨削过程在线检测的要求，设计了曲线磨削过程中的砂轮磨损在线检测机器视觉测量系统。该检测方法直接利用安装在磨床上的CCD摄像机，实时摄取磨削中砂轮和工件的局部图像，利用亚像素边缘检测方法提取工件轮廓，计算出砂轮的磨损量并通过数控系统进行实时补偿。为了提高测量系统的分辨率，提出了仅对砂轮和工件局部区域进行图像采集的局部图像检测方法，采用环形公差带法将对砂轮轮廓的检测转化到对工件加工轮廓边缘的检测上，解决了局部图像边缘轮廓对比的难题。提出一种基于光滤色技术的视觉检测系统光源方案，成功地将磨削过程中的火花从图像中滤除，解决了火花对实时磨削图像的干扰。　　 图像在采集、转换和传输过程中，常常受到成像设备与外部环境噪声的干扰，产生降质。为此，本文对图像的相关预处理以及边缘检测算法进行了分析。针对曲线磨削中图像的特点，选择了适用的预处理算法。同时，提出了基于Prewitt-Zernike矩的亚像素边缘检测算法，该算法将边缘检测分成了两步：第一步通过经典的像素级的边缘检测算子Prewitt对边缘进行粗定位；第二步利用Zernike矩算法对边缘进行亚像素级的精确定位。该边缘检测算法结合了经典像素级边缘检测算子的计算速度快和亚像素级边缘检测算子的定位精度高的优点。通过与传统边缘检测算法的对比实验，我们可以看出，本文所提出的基于Prewitt-Zernike矩的边缘检测算法在边缘检测精度和运算速度上都优于其它经典算子，达到了亚像素级的检测精度。　　 提出了工件误差在位检测的方法。借助“反求工程”的概念，利用安装在磨床上的CCD摄像机，摄取已磨削工件的局部轮廓并引导磨床工作台按该轮廓走轨迹，利用机床的运动轨迹来反求工件的实际轮廓曲线，赋予机床以“视觉”的功能，实现了复杂曲线加工误差的在位检测。　　 文章最后将研究成果和结论应用于复杂曲线精密磨削中，在自主开发的MD9040数字化曲线磨床上进行了大量的试验研究，包括法向跟踪磨削试验、砂轮磨损及加工误差的实时检测与补偿实验、工件误差在线检测实验等。实验结果表明本文所提出的集成了法向跟踪技术和视觉在线检测技术的曲线点磨削方法实现了对复杂零件的“高精度”、“高柔性”和“高效率”的磨削加工，提高了复杂曲线磨削的效率与磨削质量。