在机测量(On-Machine Measurement)广泛应用于精密零件的加工过程中,实现了自动测量与数字化加工的协调。光谱共焦位移传感器因其高精度、易于集成的优势在非接触式在机测量研究中得到了广泛关注。保证在机测量结果的可靠性是实现零件高质量反馈加工的有效途径。然而,由于光谱共焦传感器量程小、工作距离短,光束方向和光斑空间位置难以准确获得,导致无法精确的对测点位置进行坐标控制。另一方面,机床几何误差同时存在于加工和测量过程中,零件的实际轮廓偏差难以准确获得,制约了测量精度的提高。为此,本文面向复杂曲面多轴加工中的光谱共焦在机测量技术,提出了传感器光束方向与空间位置自动标定方法,准确获得了传感器空间测量位姿;研究了机床几何误差对在机测量过程的影响规律,并对敏感误差进行了辨识,为实现光谱共焦精密在机测量奠定了基础。主要研究内容如下:首先,针对传感器测量光束空间矢量方向与安装偏置求解问题,提出了基于标准球与标准平面的传感器空间位姿标定方法。通过对标准球截面线和标准平面进行标定测量,建立了基于球面约束和平面约束的传感器标定模型,采用最小二乘法对超定方程组进行求解,获得了传感器位姿参数,实现测量光束空间矢量方向和回转轴安装偏置的精确标定。然后,基于多体系统(MBS)理论建立了四轴联动机床几何误差模型,研究了机床几何误差与测量轨迹误差之间的关系,并对不同测量轨迹下几何误差对运动轨迹的影响规律进行了分析。为量化各几何误差项对测量过程的影响程度,辨识出影响较大的若干误差项,采用灵敏度系数表征几何误差的影响权重,精确辨识出测量过程中的敏感误差项。最后,针对传感器位姿标定方法及机床几何误差影响分析方法,开展了在机测量验证实验。利用提出的空间位姿标定方法进行标定之后,将不同测量路径下的实验结果进行对比,结果表明:基于误差模型对不同测量路径下获得的实验结果所做分析符合工程实际,采用合理的测量路径之后测量误差明显减小,有效提高了非接触式在机测量精度。该测量系统能够实现曲面的在机测量,测量精度达微米级,满足在机测量要求。