针对目前钢珠类球形部件的直径和圆度测量系统较为复杂、测量仪器成本较高等问题，提出一种基于菲涅耳衍射测量钢珠直径和圆度误差的方法。利用圆点标定板校准圆球菲涅耳衍射的峰值点和投影边缘的关系，根据光强分布曲线测量钢珠直径及圆度误差。实验结果表明，在不考虑钢珠表面的漫反射及散射的情况下，对直径为毫米级别的钢珠进行测量时，其直径和圆度误差的测量不确定度分别在0.0031 mm（置信水平95%）和0.0046 mm（置信水平95%）以内。该测量系统的组成简单，无需额外的光学系统，且成本较低。

针对工业上一些无法正对待测端面安装相机的直径测量场景, 设计了一种由3个激光投线器、1个成像透镜及1个面阵CMOS相机组成的圆柱工件直径测量系统, 放置于地面上倾斜投影并成像。搭建了测量系统, 从图像中获得亚像素端点坐标, 代入标定方程解算世界坐标, 并通过几何模型计算待测直径。实验结果表明, 该系统能在设计待测值附近准确测量工件的端面直径, 测量精度在±0.1 mm以内, 满足工业测量高精度要求。

为了测量微纳光纤直径, 采用了液体浸没强度检测法。首先对微纳光纤-液体圆柱形波导结构进行理论分析, 得到了整根微纳光纤附加损耗与外形参量的对应关系, 搭建了微纳光纤直径测试实验系统, 并对两组直径不同的微纳光纤进行了测试。结果表明,直径为2.7μm时, 直径测试最小分辨率约为3nm, 4根微纳光纤的直径偏移量分别是40nm, 30nm, 80nm和20nm; 直径为4μm时, 直径测试最小分辨率约为12nm, 4根微纳光纤的直径偏移量分别是60nm, 90nm, 10nm和30nm, 有较好的直径一致性, 证明了液体浸没强度检测法的可行性。此研究对微纳光纤进一步走向实用提供了技术支持。

采用垂直拍摄-测量直径法代替传统的侧面拍摄-提取轮廓-函数拟合求导法测量液滴接触角, 省去了函数拟合过程, 提高了测量效率。推导出液滴接触角的理论计算公式, 利用计算机结合图像处理技术提取出液滴投影图像的边缘轮廓, 测量得到边缘的直径, 将其代入所推导出的理论公式求解出液滴接触角。实验获得了与理论计算一致的导电液滴接触角随电压变化的关系曲线, 验证了该方法的可行性。

提出一种球远场干涉理论模型,即两相干平面波以任意夹角照射表面光滑球体, 其反射波在远场发生干涉.推出两反射波在远场的光程差公式, 并用远场干涉准确测量球直径, 给出了测量球直径的公式.用分光仪、CCD照相机、氦氖激光器、光学平台和电脑等组成测量系统, 给出使用原始激光束测量球直径的方法.将远场干涉法测量结果与阿贝比较仪测量结果进行比较, 相对差为0.2%；使用高斯光束所产生的测量误差为5×10－5mm且可略.此测量方法还可对相机镜头畸变实现自校正.结果表明理论和测量方法正确, 用高斯激光束测量球直径可行.

为了提高传统接触式测量方法的测量效率并避免人为误差的影响，同时克服机器视觉中常用的Hough 变换圆检测算法计算量大以及不适用于同心圆检测的情况，提出一种新的视觉测量方法用于实现环形目标直径测量。该方法通过阈值分割与边缘检测得到物体的轮廓图像，进行轮廓Radon 变换，得到包含四条光带的处理结果并反映了所有方向角上环形目标直径的测量数据，利用灰度重心法提取光带中心线，进而根据中心线之间的距离计算出环形目标直径。仿真与实验表明，所提方法测量结果科学可靠，拥有较高的测量精度，能够实现同心与偏心目标直径的自动非接触测量，将具有很好的工程应用价值。

为了实现对钢管管端内外径、不圆度的自动化非接触快速测量, 设计并实现了一种钢管管端内外径测量系统。该系统利用转台带动激光三角法位移传感器绕钢管中轴线转动的方法来测量管端截面整个圆周的外径和内径尺寸, 然后利用圆心拟合算法修正转台中轴线与钢管中轴线不重合带来的误差。通过平移台自动调整测量截面与管端的距离, 大型升降台调节管心对齐高度, 双臂平移台调节可测量管径范围, 自动实现对不同管径钢管的非接触测量。实验结果表明: 系统测量精度小于0.05 mm; 重复性限小于等于5 μm; 每个管端截面测量500个点时, 测量时间小于25 s。 设计的系统具有精度高、操作简便、测量速度快的优点, 满足无缝钢管生产在线检测的要求, 并已经在天津天管元通管材制品有限公司通过离线测试。