作为一种先进的非接触测量技术，机器视觉测量正在成为国内外众多学者的研究热点。本文针对工业生产线上机械零件三维尺寸的快速检测问题，研究了一种可实现三维尺寸快速在线检测的机器视觉系统。论文首先在深入研究单摄像机成像原理和激光三角测距技术的基础上，提出了适用于机械零件三维尺寸快速在线检测的三维机器视觉尺寸测量系统的原理模型。该模型可根据摄像机单幅二维数字图像计算出机械零件上待测特征的三维坐标数据，并进行相应的各种尺寸检测计算。然后针对所建立的三维机器视觉尺寸测量系统，提出了可线性求解的参数标定模型，实现了系统参数的快速、准确标定。最后结合三维机器视觉尺寸测量系统的特点，对图像边缘提取算法进行了深入研究，编制了实用的图像边缘提取软件。 本文工作为三维机器视觉尺寸检测系统的研制开发奠定了理论和计算基础。