微小型零件的空间几何测量精度决定了微装配系统的装配质量与效率,当前由于视觉测量具有连续性、灵活性、高精度等优点,为微装配系统首选的测量方式之一,但单目视觉测量维度有限,无法准确地测量出微小型零件的三维空间位姿信息,又由于在复杂的装配环境中,微小型零件常因工况环境的几何干涉无法保证其在视觉成像范围内,因此如何提高测量系统的环境适应性与准确快速测量微小型零件的空间位姿是提高微装配系统的装配质量与效率的关键。本文将响应速度快、抗干扰能力强的二维倾角仪引入到测量系统中去,与正交双目视觉构成组合测量系统,提出了一种基于正交双目视觉与倾角仪组合测量空间相对位姿的方法,以实现跨尺度微小型零件精密测量与自动装配。研究了视觉成像的基本过程及相机标定原理,结合刚体变换理论构建了正交双目视觉测量模型,求解了特征点空间的三维坐标。基于三垂线定理,推导了倾角仪与姿态角的输出关系,建立了组合测量系统各坐标系间的位置转换关系,构建了微小型零件空间位姿组合测量模型。由于倾角仪测量精度高、抗干扰能力强,确保了组合测量系统的环境适应能力与位姿测量精度。列举了成像过程的干扰因素并对图像噪声的来源进行了分类,按噪声对图像的影响构建了噪声模型并选取了相应的滤波方式。针对成像图片可视化细节信息少的问题,推导了灰度变换的几种形式。采用两种坐标提取算法结合图像预处理对标定板圆心进行坐标提取,以此对比两算法的坐标提取精度,并为组合测量系统提供一种稳定可靠的坐标提取算法。搭建了高精度自动微装配实验平台,以光纤阵列与连接头为测量与装配对象,验证了组合测量系统的精度与可靠性。为了确保组合测量模型的准确性,采用2D轮廓仪对光纤阵列与连接头进行分时测量与求解,与六自由调整平台调整值进行比较,验证了空间位姿测量模型的准确性。分析了测量过程中测量误差与不确定度的来源,并选取了相应的不确定度评定方法,根据输入量与输出量之间的映射关系,推导了测量值的灵敏系数,并对测量不确定度分量进行合成。基于组合位姿测量的数学模型,构建了系统的测量合成不确定度模型,并对各不确定度分量进行了分析与求解,验证了组合测量系统测量结果的可靠性。