数字化测量技术是飞机数字化装配中的一项关键技术,为飞机结构入位、调姿定位、精加工等装配任务的实施提供了有力保障。激光跟踪仪、室内GPS等先进测量设备可以提供高精度的大尺寸三维空间测量,但其价格昂贵,使用不够灵活。相比之下,视觉传感器成本低、可靠性高,结合计算机视觉技术,可以建立具有较强环境适应能力、可动态测量、高精度、高效率的非接触式在线测量系统,为设备控制提供非常丰富的特征和位置信息。因而,本文针对飞机数字化装配中的飞机结构件运输、补铆插钉、球头自适应入位等问题,深入研究了视觉定位关键技术,提出了相应的数字化设备定位控制策略,以提高其定位精度与环境感知力,为飞机装配提供新的技术途径。论文的主要研究内容和创新点如下:介绍了飞机数字化装配的各项关键技术,综述了视觉测量与定位的相关研究现状以及在飞机数字化装配中的应用。系统地讨论了构建视觉定位系统的理论基础。综述了主要的视觉伺服模型,并分析了各种视觉伺服方法的优缺点。针对飞机结构在装配生产线站位间转运接驳难题,集成多传感器姿态测量系统和自动化调姿系统开发了一套精确的自动转运系统。提出了一种融合位置误差和深度偏差迭代预测检测点未测量坐标值方法,采用奇异值分解法实现了飞机结构位姿评价。详细阐述了姿态测量系统的标定方法。基于五次多项式规划数控定位器调姿路径,由调姿系统迭代修正位姿偏差,实现了车载骨架工装底座与装配站位底座的快速对准。自动转运系统满足飞机装配现场对其精度、重复性和效率的要求。针对自动钻铆系统的补铆插钉需求,提出了一种结合视觉信息和测距信息的混合视觉伺服插钉方法,实现了补铆插钉过程中末端执行器位姿精确调整。基于铆钉孔中心位置和测距信息定义了表征铆钉孔在相机坐标系下相对位姿偏差的特征向量,详细推导了对应的雅克比矩阵。对于五自由度运动控制,雅克比矩阵满秩,伺服过程中不存在奇异性和局部极小值,可获得解耦的控制效果。设计了一个自适应滑模控制器为系统的五自由度运动提供连续的控制输入,并通过插钉试验对混合视觉伺服插钉算法的有效性进行了验证。针对飞机结构快速准确入位难题,提出了一种基于无标定视觉伺服的球头自适应入位方法,使得定位器末端球窝能够自适应地逼近固连在飞机结构上的工艺球头,最终形成球铰连接为飞机结构提供支撑。采用“眼在手”的相机配置方式,以圆形标记图像矩作为视觉特征,实现了数控定位器的三自由度平移运动控制。通过卡尔曼滤波在线估计雅克比矩阵,避免了视觉系统复杂标定过程。提出了一种结合比例控制和滑模控制的控制律,有效补偿了系统的不确定性并改善了其伺服性能。最后,概括总结了全文的研究工作,并对有待进一步研究的内容进行了分析和展望。