本论文针对精密机器系统中运动部件三维位置的动态检测问题,提出采用一种高精度解决方法——激光跟踪测量系统.论文对方法的实现进行了深入的理论分析和研究,数字仿真和实验研究证明了这种基于激光跟踪测量系统的位置检测方法的有效性.论文首先综合介绍了多维精密位置测量在制造领域的重要性及现代化生产对多维位置测量的新要求,并比较分析了现有各种二维和三维位置测量系统的特点及其在动态检测应用中存在的问题.以激光干涉仪为基础设计了球坐标激光跟踪测量系统,建立了理想模型和转镜中心偏移模型;针对以往球坐标激光跟踪系统中参考点只能借助于外部具有更高精度的仪器来校正的缺点,本研究提出平面约束自校正方法,对系统进行了自校正研究,仿真结果表明该方法的有效性.论文研究了系统工作原理,设计了伺服跟踪系统,综合分析伺服转镜跟踪机构的结构形式和驱动方式,确定单转镜独立式机构方案和力矩电机驱动方式,提出了跟踪转镜机构的设计要求,设计并完成单转镜独立式伺服转镜机构,实现对三维目标点的跟踪.分析了激光跟踪测量系统对目标镜的要求,比较了角锥棱镜和猫眼逆反射器的性能.完成了球坐标激光跟踪测量系统的光路设计.通过增加分光镜、平面镜等光学元件,把激光干涉仪改造成激光跟踪干涉仪,充分利用了原有光学器件.论文分析了激光跟踪测量系统的误差源:距离测量误差和角度测量误差.距离测量误差包括激光干涉仪测量误差,机构误差,跟踪误差等.指出角度测量误差是主要的误差源.由误差分析可知编码器的精度对于整个测量系统的精度而言,占主导作用.为了获得更高的精度,研究了电子细分和相位编码技术对增量编码器进行细分.采用相位编码技术,分辨率能提高80倍.在测量系统中引入滤波处理——卡尔曼滤波,提出了改进的卡尔曼滤波算法,以减小随机误差的影响,提高系统测量精度.提出变维滤波器算法,对机动目标或非机动目标进行跟踪.仿真结果表明应用卡尔曼滤波大大提高了测量系统精度.论文进行了测量系统实验装置的建立和应用.对激光跟踪测量系统位置检测方法进行了实验验证和论证.实验结果表明了该位置检测方法的有效性.本论文对球坐标激光跟踪测量系统的测量原理、自校正原理、光路设计原理、误差模型与提高测量精度方法进行了全面的理论分析,为使该系统向实用化、高精度方向发展,打下了基础.