为了实现大工件的现场测量，本文设计了一种基于光笔式双摄像机三维坐标视觉测量系统的新型光笔，建立了基于双目立体视觉的系统模型，并对摄像机进行了高精度的标定。当球形测头与物体表面接触时，首先两摄像机分别获取光笔上8个发光点的图像，利用质心法提取它们的中心坐标并对两幅图像上的8个发光点进行匹配，然后将它们的中心坐标代入摄像机模型计算出8个发光点在右摄像机下的三维坐标，最后通过建立8个共面发光点所在的平面坐标系与右摄像机坐标系的线性关系求得测头的三维坐标。实验结果表明，本系统具有较高的测量精度，满足大尺寸工件的检测需求。本文的研究内容主要有以下几个方面：1、设计了一种新型光笔，确定光笔上标记点的数量及分布规律：根据标记点数量的多少会影响精度的大小以及是否利于两幅图像上标记点的匹配给出了合理的光笔结构。2、利用非共面的径向排列约束两步标定技术(Radial Alignment Constraint，RAC)：首先建立畸变分离的摄像机成像模型并对镜头畸变进行校正，然后再完成对摄像机其它参数的标定。3、提取发光点中心坐标。利用灰度质心法处理得到的图像，并在处理时设置一阈值排除背景噪声以提高精度。4、利用双目立体匹配原理，结合左右摄像机坐标系之间的几何转换关系，运用最小二乘法确定光笔上标记点的三维坐标。5、建立摄像机坐标系与光笔平面坐标系之间的线性关系来确定测头的空间三维坐标。本文的创新之处在于设计了一种新型的光笔，并提出了基于该光笔发光点的匹配算法，并在求解测头坐标时，采用建立摄像机坐标系与光笔平面坐标系之间的线性关系来求解以提高测量精度和测量速度。