数控机床作为现代工业的基石被广泛应用于各个生产制造领域。高性能装备制造业需求的提升对机械加工品质提出更高要求。多轴数控机床是复杂型面零件的重要加工手段,其加工精度直接影响零件尺寸精度与力学性能。机床受多种误差源影响导致加工精度下降,其中回转轴几何误差是加工不精确的主要原因之一。为提升机床加工精度,回转轴几何误差的测量、辨识及补偿意义重大。为满足误差分离及辨识等要求,常规设备因设备结构制约、测量维度受限或敏感方向约束等不足,存在测量流程繁琐化及模型算法复杂化等问题。结合折反射成像技术的机器视觉技术因经济性、集成性及三维非接触测量的优势,因此在机床回转轴误差检测中极具潜力。因此,本文结合单目立体视觉技术,提出基础回转轴几何误差高精度测量系统与方法。具体研究内容如下:(1)通过分析机床结构获取误差检测需求,提出了单目立体视觉回转轴几何误差测量方法。首先,通过对数控机床进行运动学分析,研究了回转轴几何误差的空间作用机理,并通过对比确立了回转轴几何误差运动学模型。其次,基于反射成像定律建立了单目立体视觉成像模型,描述了单目立体视觉系统中空间点与对应像素点间的映射关系。最后,确立了回转轴几何误差的单目立体视觉总体测量方案,并阐述了硬件系统各部分功能与整体辨识流程。(2)针对视觉测量中成本与测量维度不能兼顾、视场与测量精度存在制约的问题,设计并搭建了机床回转轴几何误差的单目立体视觉测量系统。基于柔性可调的单目立体采集系统,提出了单目立体光路仿真分析方法,分析了系统结构参数间的关系。面向回转轴全域运动位置精确表征需求,基于误差放大思想设计了高匀、高精、高信噪比特征靶标。此外,对于系统参数快速调节需求,通过模拟仿真推导了单目立体精度分析模型,实现了系统关键指标的定量评估与优化选取。(3)为利用像素坐标精确辨识机床回转轴几何误差,研究了基于单目立体视觉的相机标定、目标特征提取、基准转换及误差分离辨识方法。首先,提出了虑及图像尺度与测量景深的单目立体高精度标定方法。其次,研究了目标特征精准提取方法,实现了序列图像高效处理。最后,提出了基于多点定位原理的误差分离辨识算法及视觉至机床坐标系基准转换方法。基于上述技术,开展了测量试验与精度验证试验,结果表明:单目立体视觉测量平均线性误差及转角误差分别为0.71μm/mm、0.26μm/mm、0.56μm/mm及0.013°、0.014°、0.028°;同时系统不确定度达7.84μm,小于平均测量空间误差的1/3,验证了本文方法的有效性及鲁棒性。