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针对航空领域中的叶片等具有复杂曲面特征的零件的测量难题，本文搭建了非接触式的光学坐标测量系统，可以对复杂曲面进行扫描测量。系统主要由激光位移传感器、测头座、三维运动平台等构成，可以极大地扩展坐标测量技术的应用范围。为了使测头在各个方位上实现测量功能，本文提出了基于非线性最小二乘法的测头出射光束方向标定方法，可以确定出射光束所在直线的单位方向向量和光束起始点的空间坐标，从而将激光测头的一维示值转化为测量点的三维坐标，进而实现被测曲面三维点云的创建。最后，应用本文所搭建的测量系统对一叶片的截面轮廓线进行扫描测量，表明本文所搭建的系统能够满足叶片等批量零件的测量需求。