大尺度内尺寸的在机(现场)测量任务通常十分艰巨,其主要原因有以下两点:第一,大型工件搬运困难,若要求在机测量,往往需要现场标定测量仪器,测量效率较低;第二,由于受到测量空间和测量原理的限制,很多测量仪器难以胜任内尺寸的测量工作。因此,工业现场的大尺度内尺寸测量方案往往容易制定,但难以实施。本文提出了一种基于激光射线簇的大尺度内尺寸通用测量方案,根据不同的测量需求,开发了多种在机激光测量头,完成了多项内尺寸测量任务。论文完成的主要工作如下:1、综述了大尺度内尺寸测量的研究现状,分析了在机测量系统的优势和存在的问题,提出了一种基于激光射线簇的大尺度内尺寸在机测量方案,阐述了该测量方案的主要特点和核心技术。2、提出了一种基于单束激光回转射线簇的内尺寸在机测量方法,研发了单束激光测量头;建立了孔心定位、孔心间距、圆孔内径和斜面孔内径测量模型;构建了基于时基角坐标的回转射线簇,建立了二面角、孔内轮廓和内孔直径测量模型;实验验证了上述测量方法的有效性。3、分析了单束激光回转射线簇的局限性,提出了一种基于差动激光回转射线簇的内尺寸在机测量方法,研发了差动激光测量头;建立了基于差动激光测量头的平面间距和内孔直径测量模型,分析了数学建模过程中的初始值设定和数据提取原则;设计了差动激光测量头的调教和标定方法,实验验证了上述测量方法的有效性。4、分析了回转射线簇在大尺寸测量中的局限性,提出了基于静态激光射线簇的内尺寸在机测量方法,研发了静态激光测量头;建立了基于静态激光测量头的连杆关键参数测量模型;分析了静态激光射线簇的标定原则和关键测量要素;实验验证了上述测量方法的有效性。5、分析了激光射线簇摆脱数控机床束缚的可能性,针对多层轴孔内径,设计了基于静态激光测量头的现场测量系统;建立了轴孔内径测量模型,采用了基于JADE的数据处理算法;利用静态激光测量头完成了复杂工况下的现场测量任务。