自由曲面类零件已被广泛应用于航空、车辆和卫浴等行业,但由于该类零件缺乏显著特征且存在加工定位难、加工效率低等问题。本文以自由曲面类零件为研究对象,以视觉测量为手段,研究此类零件的机器人快速视觉定位方法,主要包括多线结构光视觉测量关键技术研究、机器人视觉系统标定方法研究和机器人视觉零件定位方法研究,具体内容如下:针对多线结构光视觉测量中测量效率与测量精度相矛盾的问题,提出融合区域数字图像相关匹配的快速三维测量方法。该方法首先采用双边滤波和大津算法对条纹区域进行提取。接着利用重心法提取条纹中心初始点,并以双三次插值法对中心初始点进行局部邻域分辨率提升,在局部邻域内再次利用灰度重心法以提高中心点的提取精度。最后以左图像提取的中心线为基准,利用数字图像相关法在右图像中心线附近搜索立体匹配点,大大缩小了数字图像相关法的搜索范围,提高了测量效率,同时基于高分辨率的区域匹配也提高了立体匹配的精度。对平面和标准块规进行测量实验,结果表明本文算法大幅提高了多线结构光三维测量的效率和精度。手眼标定是机器人视觉的先决条件和关键步骤,标定精度直接影响机器人后续工作精度。针对机械臂运动累积误差引入的手眼标定误差问题,提出基于外部视觉的手眼标定方法。以眼在手上标定系统为基础,增加外部视觉系统和内部标定板构建标定系统,建立无需机器人运动学关系的手眼标定模型。该方法首先利用外部视觉系统建立机器人末端法兰盘坐标系与内部标定板坐标系之间的转换关系;然后通过新型手眼标定模型建立眼与内部标定板之间的转换关系。最后以上述标定结果作为初值,利用迭代优化方法对手眼标定矩阵进行进一步优化,获得精确的手眼标定结果。由于标定过程无需机器人法兰盘相对位姿,因而消除了机器人关节臂运动累积误差对手眼标定结果的影响。与传统手眼标定方法进行实验对比,结果表明本文提出的手眼标定方法能显著降低手眼标定误差。视觉定位是机器人抓取、切割、抛光等后续工作的前提。在基于CAD模型的视觉定位中,通过单视角视觉测量数据与CAD模型配准,可获得零件理想位姿与测量位姿之间的关系,结合手眼关系与法兰盘位姿即可计算出任意位姿零件在机器人基坐标系下的加工轨迹。然而,对于较大型零件或特征不明显的曲面类零件存在定位误差大的问题,为此本文提出多视角测量定位方法。首先利用机器人视觉对待测零件进行多视角测量,并以机器人相对位姿关系对多个测量数据进行拼接。然后结合SAC-IA粗配准算法和ICP精配准算法估计测量点云与CAD模型点云间的转换关系。最后通过转换关系、手眼标定结果和机器人运动关系对零件进行定位。进一步分析了多视角测量中机器人关节运动学累积误差对数据拼接精度的影响,并采用基于外部视觉的多视角数据拼接算法,提高了拼接精度和定位精度。以人体模特注塑零件的头部、手臂产品等作为实验对象,实验结果证明了本文方法的可行性。以汽车挡泥板为对象,结合机器人示教方法和点云配准算法对计算获得的加工轨迹进行优化,实验结果证明本文算法可准确地完成零件的定位。