本文在激光雷达调频相位式测距原理的基础上,针对某型高速轨道客车车头的三维形面测量需求,开展对大尺寸三维形貌测量系统的研究。提出了一种用于大尺寸物体的非接触式三维形貌测量技术和方法。重点对发射∕接收光学系统进行光机结构设计。文中根据发射/接收光学系统设计的共光路结构特点,分别研究发射光学系统、接收光学系统以及共光路系统的光学与机械结构设计。其中重点研究了连接发射∕接收光学系统的偏振分束棱镜的安装方式,确立了半运动学原理的压板固定式安装方案。在发射光学调焦系统部分,分析对比几种调焦机构,确定了双凸轮往复式直线调焦结构设计方案,实现了电机单向转动以保证导向柱平滑方向切换、调焦越程自保护的功能。为保证发射∕接收系统中多透镜组在温变时正常工作,对其安装结构进行消热设计。通过优化设计结果,实现了用于空间定位的弹性隔圈的合理化结构,以减小接触应力,确保光机系统轴向一致性。