随着我国在经济军事领域上飞速发展,对大型装备（如飞机、大型舰艇以及空间站等）中不规则构件的测量已成为仪器科学领域的热点问题。对不规则构件的测量,最基本的方法为传统测量法,该方法由专业的技术人员操作各种测量仪器实现,难以摆脱人工干预,效率较低,因此需要一种更加智能和自动化的测量方式。近年来,工业机器人搭配高精度的传感器成为了测量不规则构件的新方式,使得测量更加智能高效。这种测量方法依靠机器人的灵活性和可编程性,自动完成被测物的测量。然而由于机器人末端定位并不精确,在大型构件的局部测量数据转换为整体测量数据时误差较大,导致测量结果不准确。本文针对构件表面提出了一种基于“先粗测再精测”思想的多级协同测量技术。一级测量通过三台Kinect深度相机完成:首先对三台Kinect深度相机完成2次手眼标定,将点云变换至世界坐标系下。随后通过点云切片和法向量提取的方法,得到机械臂末端的扫描路径,保证机械臂与被测物无碰撞且被测物始终在线结构光传感器的量程范围内。二级测量通过线结构光传感器完成:线结构光传感器完成手眼标定后,由机械臂带动,沿上述路径扫描。三级测量通过激光跟踪仪完成:利用激光跟踪仪实时获得机械臂末端准确位置。最后通过编写数据同步采集程序,对传感器二维测量数据、机械臂末端位姿数据和激光跟踪仪坐标数据同步接收和处理,得到被测物的三维点云信息,并完成点云重构,得到的结果同原始模型进行对比。本文搭建了基于UR5六自由度机器人、线结构光传感器、Kinect深度相机和激光跟踪仪的测量系统。并在Linux系统下,以C++为编程语言,通过编写轨迹规划程序和数据同步接收程序,结合Move It机器人规划器库、Eigen矩阵库和PCL点云库实现机器人扫描路径点提取、机器人轨迹规划、点云数据的填充及处理,最终完成三维测量实验,借助被测物体的原始模型,与扫描后重构的点云进行配准,误差不超过0.20 mm,表明测量系统具有较高的测量精度。证明了该系统在实际工程中的可靠性。