传感（测量）技术是智能制造的基础支撑技术之一,是产品质量保障的重要手段,也是实现制造过程智能化的信息源泉。目前,虽然已有三维测量手段应用于工业领域中,但针对非接触、自动、高精度的测量需求,现有手段与方法仍然存在着一些不足和应用局限性。基于常规尺寸空间或对象的上述测量需求,本论文从传感单元原理方法和传感器构建应用两个层面提出了一系列新的解决思路,深入开展基于激光传感的三维非正交测量关键技术研究。首先,借鉴传统坐标测量仪器（经纬仪、全站仪和激光跟踪仪等）的三轴结构模式,但突破其三轴正交的结构要求,提出了新型的三维非正交激光传感单元基本架构,并对传感单元测量原理和不确定度分析等基础理论进行了研究。其次,结合传感单元的构建,系统研究了核心组件和传感单元的参数标定方法和技术,为实现传感器高精度测量提供基础保障。最后,针对传感器构建和应用中的核心环节和关键问题,开展了精确瞄准原理、遍历测量策略和方法、点面测量方法与实现等关键技术研究,为实现传感器可靠、高效测量提供技术支撑。论文主要研究内容和创新性工作有:1.在对工业领域三维测量技术国内外研究现状梳理,尤其是针对常规尺寸工业领域视觉测量技术和传感器分析的基础上,提出了由两个独立的一维转台和一个准直激光器构成三维非正交激光传感单元架构,并采用两个传感单元和一个引导相机构建三维非正交激光传感器的新思路,以弥补传统视觉传感器由于测量相机景深限制,深度测量范围不足的问题。在此基础上,推导建立了传感单元运动学模型和传感器测量模型,并对测量不确定度和影响因素进行了理论分析。2.结合传感单元的构建,深入研究了谐波转台旋转角度误差标定方法,提出了一种基于傅里叶级数的旋转角度误差表达和补偿模型,并对谐波转台旋转角度的周期性误差和重复性误差进行了验证。准直激光束（激光轴）的空间位姿是传感器测量模型的关键参数,提出并研究了一种基于柔性标定场的高精度激光轴空间位姿标定方法,并通过实验验证了该方法的有效性。3.针对传感器测量应用,为解决测量精度和测量效率相互制约的问题,提出了轴系旋转“线性小角度”的概念,并推导了激光轴旋转线性小角度量化数学模型。在此基础上,结合线性小角度量化影响因素分析,进一步提出了线性小角度的决定式。为进一步提升测量效率,提出了一种激光点遍历-目标点插值的测量方法,并对插值网格建立、遍历初始位置和步长确定、插值参考点获取等内容展开了研究。最后,结合有无特定目标点、目标点稀疏情况和点面测量应用,对三维非正交激光传感器的测量能力进行了分析和实验验证。