三维测量作为精密测量的一个重要分支,被广泛地应用于科研、工业、军事等众多领域。随着光电器件的快速发展,基于PSD的光电式三维测量方法的研究越来越多,目前对基于PSD的三维测量系统的研究大部分都为非接触测量,和接触式测量相比,其测量精度还比较低,而且易受外界光的干扰,稳定性较差。本文结合接触式扫描测头的高精度的特点,研究了一种接触式三维扫描测量方法,利用探针上部的反射镜将光束反射到PSD传感器上实现三维测量。本文首先介绍了三维扫描测头的组成以及测量原理,并根据三维扫描测头的测量原理分析了测头不同方向变化时,反射镜的变化以及引起相应的系统光路的变化,并在此基础上分别建立了测量系统三个方向的数学模型。然后完成了三维扫描测头结构设计和数据采集系统设计。采用半导体激光器作为系统光源,高精度二维枕型PSD传感器实现位置检测。完成了PSD的信号调理电路设计,包括I/V转换电路和放大电路。利用PCI6221数据采集卡完成数据的采集,采用光电法消除背景光和暗电流的影响,然后在LabVIEW平台上完成系统软件设计,包括数据采集模块、PSD传感器光点位置运算、数据处理、显示以及保存等。最后搭建了三维扫描测头实验平台。先完成了PSD传感器的标定。根据对系统参数标定算法的分析,采用Levenberg-Marquart算法完成了系统X方向参数的标定,根据非线性最小二乘法完成了系统Y方向和Z方向参数的标定,并对实验数据进行分析,验证了该三维扫描测头系统结构和数学模型的可行性,并根据实验测量结果对系统误差进行分析。