针对大型自由曲面的测量需求，在传统“基于工业机器人的三维形貌测量系统”的基础上，提出并研究了一种新的大型自由曲面三维测量方法与技术。与原有系统相比较，其创新之处在于：工业机器人仅作为基本运动平台，不再是测量精度链路中的组成环节。单元区域测量方面，视觉传感器不是直接固定在机器人末端关节上，而是固定在具有一定行程的精密电控位移导轨的滑板上，电控位移导轨再与机器人的末端关节相连。这样单元区域的扫描测量由高精度电控位移导轨驱动视觉传感器完成，改变了机器人直接驱动视觉传感器扫描测量的传统模式，避免了由于机器人定位精度差所引起的测量误差，可提供高精度的单元区域测量数据。单元测量数据全局拼接方面，引入了全局空间定位测量系统（Workspace Measuring and Positioning System，缩写wMPS），精确定位区域测量时机器人的末端关节姿态，改变了基于机器人运动学模型进行数据拼接的传统模式，避免了由于机器人参数不准确所带来的拼接误差，可实现高精度的全局数据拼接。论文主要研究内容包括：1、介绍了目前国内外自由曲面三维测量技术研究现状，并在对应用需求和传统“基于工业机器人的三维形貌测量系统”分析的基础上，明确了课题研究目的、意义和论文的主要工作内容。2、以“工业机器人仅作为基本运动平台，不再是测量精度链路中的组成环节”为指导思想，进行了系统整体方案设计，构建了完整的系统架构，并建立了系统测量数学模型。3、根据系统测量数学模型，重点研究了导轨与传感器坐标系之间动态关系的标定算法，并建立了其标定流程。4、引入wMPS定位测量技术，精确定位区域测量时机器人末端关节的姿态，开展了区域测量数据的全局精确拼接技术研究，并建立了拼接流程。5、基于工业机器人、电控位移导轨、线结构光视觉传感器和wMPS等部件和设备搭建了实验系统，并设计了相关实验，进行了实验验证。实验结果验证了系统方案的合理性，相关方法的正确性及有效性。