本文针对曲面壳体零件上小孔尺寸的测量问题提出了球坐标系的空间角度的测量方法。该测量方法是：两个相互垂直且间距可调的数控回转轴，一轴与工件的回转中心重合，另一轴上固定可移动的瞄准显微镜，当显微镜瞄准被测孔时，两轴的转角由各自的圆光栅测出，两轴之间的角度位置确定曲面壳体零件上小孔的孔位置，同时采用CCD摄像头，利用图象处理技术实现小孔的尺寸测量。论文依据其测量方法研究实现空间角度测量的测量装置(仪器)，主要包括如下内容： 1．依据总体方案设计，确定机械系统的主要组成部分，完成了主要的机械设计工作，采用长圆光栅进行闭环定位控制(测量)，提高系统精度。控制系统的结构分为两级，底层通过嵌入式计算机系统实现对步进电机和光源等相关内容的控制；上层完成测量数据的采集、处理与应用等任务，由微机实现。两级之间的联接采用兼容性好的RS232接口，方便设备的使用和维护。依据目标要求选择CCD摄像机，并分析了小孔的光学瞄准方法，使用新型超亮白色发光二极管光源照明，确定CCD摄像机光学镜头及主要参数，完成了视频显微镜的设计。软件设计包含：图象采集卡控制模块完成对CG200图象采集卡的各种设置、图象采集等功能：图象处理模块完成对Windows下BMP格式文件的一般文件操作和图象处理功能，以图象边缘识别算法实现孔位测量的自动瞄准；曲面孔位测量是项目研究的主要目的，它主要设置零件测量参数及其测量结果显示、测量结果输出等;软件控制接口模块主要解决计算机串口通讯和相关控制字的设定;这些模块相互配合完成对孔位零件的测量。最后，分析了整个系统的测量不确定度。 2.依据单项指标测试方法，对仪器分别进行了立柱坐标(Z)、水平坐标(X)等单项测试，并综合测量了水平角、向心角这两个小孔角度位置参数，根据这些测量值确定测量不确定度，建立溯源“标准件”验证设备的不确定度指标，修正系统误差。 该仪器装置解决了壳体空间孔位的测量问题，“光、机、电、算一体化”，实现了空间极坐标测量功能，有较高的精度和效率;对小孔空间位置高精度快速测量及小尺寸光学测量具有较普遍的意义。关键词:空间角度RS232 CCD摄像机边缘识别不确定度评定