视觉传感器系统是以CCD图像传感器为主要敏感元件构造而成的一个集现代光、机、电技术为一体的系统，涉及机械、光学、电子、计算机视觉、数字图像处理、软件工程等多方面的技术。它作为非接触式测量方法的一种重要手段，已经得到了越来越广泛的研究和应用。现有的视觉传感器因为受摄像机标定过程复杂，精度不高等限制，多用在被测对象差异不大、大批量、重复性强的工作环境中，而在对被测对象个体差异较大的测量场合的应用却很少。本文在对测量用视觉传感器的研究基础上，设计了一种用于机械零件加工过程中，工件大小变化较大的测量场合的视觉传感器。该视觉传感器具有自动变焦聚焦的光学镜头，能够根据被测工件的大小调整镜头焦距，获得合适的图像，提高测量的精度；并且在改变焦距的情况下，可自动获取图像与实际物体之间的关系，省略了复杂的标定过程，提高了测量效率。本文首先介绍视觉测量系统的基本原理，简单地介绍了几种常见的基于视觉传感器的测量方法，有单目视觉法、立体视觉法、三(多)目视觉法等。然后针对现有视觉传感器测量系统存在的测量范围有限，焦距改变后标定过程复杂等问题，提出了一种新型的自动变焦聚焦视觉传感器。详细地介绍了视觉传感器的总体架构、硬件组成设计及选用。采用步进电机通过机械传动机构控制手动变焦距镜头，以此来获得焦距的变化值，实现视觉传感器的自动变焦聚焦。重点阐述了步进电机的控制方式设计及变焦聚焦机制实现。确定了自动变焦聚焦视觉传感器的软件设计方案，给出了视觉传感器工作的总体软件流程和变焦聚焦子程序流程。最后对自动变焦聚焦视觉传感器的标定问题进行了研究，主要是镜头的标校和摄像机的标定。在镜头的标校中，对镜头焦距的确定和传动系统的空回问题进行了分析。在摄像机标定中，首先建立了摄像机的线性成像模型，根据模型确定了摄像机标定的方法；然后考虑镜头畸变，简单介绍了摄像机的非线性成像模型及其摄像机标定；最后根据具体情况给出了本设计所采用的摄像机标定方法。