大型工件是航空航天、能源电力、船舶工程等大型装备制造业的基础构件，提升大型工件制造精度、效率和可靠性等参数是这些行业不懈追求的目标。而这，不仅取决于纯加工技术，还取决于检测技术，尤其是在加工过程中的检测。大型工件要求高精度，很大程度上决定于工件上具有配合要求的内部结构。本文针对此类结构，分析了现有检测技术应用于大型工件在机测量的不足，之后将激光位移检测技术与数控机床结合，提出了若干具有高精度、非接触、在机、易于自动化的位置和尺寸测量方法，以及部分机床误差的测量方法。针对位置测量。提出了机床回转轴定心的设想；以该设想为出发点，研制了以激光三角法位移传感器为核心的单传感器回转测头；利用该测头在旋转时的极限值变动量，建立了针对标准圆和椭圆的逼近式定位模型，实现了孔心定位；在逼近式定位模型的基础上，设计了孔心距测量法和实验装置，从而验证了逼近式孔心定位模型的正确性。针对尺寸测量。其一，以单传感器回转测头为实体，提出了单激光回转极值搜索法，该方法以传感器旋转时的极限值特征，搜索任意表面至回转轴上固定点的间距极限点；利用单激光回转极值搜索法和比较测量法建立了圆孔直径、内平行平面间距的测量模型，同时对所建立模型进行实验验证。其二，研制了一种类似内径千分尺的双激光位移传感器定值比较测头；分析该测头中逆向双激光束的共线性允差，设计了相应的共线性测量和校调方法；利用标准物组合，方便快捷地实现了该测头的初始值标定；通过该测头在不同运动形式下的极值特征，提出了一类使测量光轴与内平行平面的法向、圆孔的径向重合的轨迹规划方法，结合比较测量法，实验验证了内平行平面间距、圆孔直径的测量方法。针对部分机床误差。首先利用单传感器回转测头的上下颠倒模式以及逼近式孔心定位法，实现了机床主轴回转轴线与同向导轨间的平行度动态测量；其次，提出了基于二次消偏的径向跳动激光测试方法，能够动态测量机床主轴径向跳动。本文的研究成果具有一定的实用推广价值,有望作为新的检测手段完成对大型工件的部分在机测量任务，以及对机床的部分测量任务，并且提高这些任务的测量效率和测量精度。