随着社会的进步和科技发展水平的提高,尤其是现在的航空航天、精密制造和量值传递等领域对工件的精度以及测量效率的要求不断提高,人们对测量技术提出了更高的要求。如何快速准确地从复杂形状的工件中获得高精度的坐标数据是科研工作者的长期追求。使用单一传感器的测量系统在测量精度和工作效率等方面已经无法满足需求,多传感器集成测量系统为实现高效率、高精度、完整性的测量提供了新思路,同时也对后续的数据处理、数据融合等提出了新要求。本文研究了一种集成了影像传感器、接触式传感器和光谱共焦位移传感器的多测头测量系统。主要工作包括:1.完成了对复合式高精度测量系统的各个测头的标定。利用五点测球法完成了接触式测头的内参标定。基于远心镜头的标定方法,设计了小视场的圆阵列标定板,实现对影像测头结构参数的标定。利用角度量块实现了对共焦传感器光轴的垂直度误差的测量,并提出了改进的角度量块法,有效地解决了原始角度量块法对实验步骤和环境等要求苛刻的问题。2.针对多测头集成测量系统中多测头坐标统一所利用的几何特征交点,分析了采样策略对确定各几何特征方程参数的影响,并以解析表达式的形式详细说明了特征交点误差的来源及各因素对其稳定性的影响,为利用几何特征交点实现多测头的高精度坐标统一提供了理论基础。3.利用常用几何特征的交点实现了多测头的坐标统一,根据统一结果的优缺点,设计了一种几何体组合标准器,并建立了通过测量该标准器实现多测头坐标统一的方法。详细地分析了基于特征交点的标准器在多测头坐标统一上存在的问题,为新坐标统一方法提供了必要的理论基础。4.鉴于基于几何特征交点统一方法的不足,提出了一种实现多测头高精度坐标统一的多步测量法,该方法通过不同类型的传感器测量不同的特征实现了异类传感器的坐标统一,有效地避免了不同传感器测量同一特征时所产生的系统误差;同时利用该方法对标准球在坐标统一中存在的系统误差进行了标定。探究了该方法在检定测量机xy轴垂直度误差的可行性,实现了垂直度误差的初步检定。