机床主轴的回转误差是影响机床加工精度的重要因素之一,它直接影响到加工零件的形状精度、表面质量及粗糙度。因此对主轴的回转误差进行测量是十分必要的。本文在充分研究了传统测量方法的原理及误差分离方法的基础上,提出一种基于显微视觉的主轴回转误差测量方法。该方法不需要使用标准球,可以对主轴回转误差进行直接测量,避免传统测量方法中必不可少的标准球安装偏心和形状误差的分离,测量结果将更加真实、准确。本文综述了主轴回转误差的来源和评定方法,介绍了显微视觉的测量原理,分析了基于显微视觉的回转误差测量系统的测量原理、系统硬件组成及软件开发环境。本文重点研究了回转误差测量中靶标轨迹图像的处理及特征提取算法,其中包括图像滤波、自适应阈值分割、连通区域提取、刻线条纹的细化、亚像素直线定位算法以及特征点详细提取过程。本文还在分析摄像机成像模型和显微视觉系统特点的基础上,采用两步法对显微视觉测量系统进行标定,给出了用测微尺网格对摄像机镜头畸变系数进行标定的数学模型和具体操作方法。最后,本文对视觉测量系统的标定方法和回转误差测量进行了实验验证,给出了标定结果和回转误差测量结果。