三坐标测量机是一种综合应用精密机械、电子、光学、控制和计算机等前沿技术的高精度智能化测量设备，是测量物体空间坐标的重要工具，广泛应用于科学研究和先进制造技术中。随着传感器技术和激光技术的不断发展，激光位移传感器出现了，它能实现无接触远距离测量，且速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强。目前，非接触式三坐标测量机广泛使用激光位移传感器来测量距离，这种三坐标测量机可精确测量复杂自由曲面物体的边缘，用传统的接触式三坐标测量机来测量则效果不佳。为精确测量复杂自由曲面物体，本文研究并开发了一套三维激光扫描测量系统，其每一个轴的运动精度都在5μm/mm之内。本文的主要研究内容和方法如下：1、基于激光扫描的三坐标测量机的研究现状、发展与应用介绍了激光测量技术和三坐标测量机的研究现状、发展与应用，探讨了激光测量技术在三坐标测量机上的应用。2、系统平台设计和系统总体结构设计测量系统选择PC作为测量系统的硬件平台，选择Windows XP Professional操作系统作为软件系统平台，数控系统采用“PC机+运动控制卡”的体系结构。对组成系统总体结构的上位机软件、设备驱动和硬件平台进行了分析，用Pro/E软件设计了龙门式机械结构，介绍了测量系统的工作原理和操作过程，推导出了激光照射点三维坐标的计算公式和方法。3、测量系统的硬件设计与分析分析并确定了三维测量系统的硬件组成，硬件系统包括精密定位平台、伺服驱动器、数显转台、激光位移传感器、光栅位移传感器和行程开关。用Pro/E软件设计了一个用于固定激光位移传感器的夹具，为控制激光位移传感器，采用Visual Basic语言在VB6.0开发环境中开发了一个参数设置和数据采集软件。4、控制系统的硬件设计结合运动控制卡的功能和系统工作要求，分析并确定了三维激光扫描测量系统的控制方案，设计了三组弱电信号控制线路和一组伺服驱动器电源控制线路，采用Protel99SE软件完成了电路板的设计，利用电控柜实现了整个测量系统控制线路的集成。5、测量系统的软件开发及系统实验设计了软件执行流程，对软件关键模块和关键库函数进行了分析说明，对测量系统的脉冲当量进行了计算，最后在Visual C++集成开发环境中，采用COM组件通信方式和动态链接库通信方式，开发了一个运动控制与数据采集软件。通过测试Y、Z轴，对测量系统的性能进行了研究。经计算，测量系统的运动精度达到了预期的目标，且测量重复性较好，可以满足测量过程中各种测量条件的要求。目前，本测量系统已应用于对羟基磷灰石涂层制备系统制备的复合材料涂层的测量，可以准确测量出钛合金板上涂层厚度的分布情况。本文研究内容得到了吉林省科技发展计划重点项目“复杂曲面精密制造新技术与新装备”的资助，该项目编号为20090334。