激光跟踪干涉系统的测量精度是工业机器人标定精度的主要影响因素，其基点标定精度决定了激光跟踪干涉系统的测量精度。为了确定基点与激光跟踪干涉系统的准确距离，提出了一种激光跟踪干涉系统基点的直线约束标定方法。建立了基于直线约束的数学标定模型，使各标定约束点分布在同一直线上，可直接应用干涉测量方法获取约束点的精确坐标，使用最小二乘法进行数值解析确定基点距离，该方法具有原理简单、误差源少、测量精度高的特性。针对影响标定精度的各项参数进行了数值仿真分析，优化标定参数，减小标定误差；最终搭建了实验装置评估该标定方法的性能，实验结果表明，激光跟踪干涉系统的基点距离平均值为290.076 4 mm，标准差为4.4 μm，满足对工业机器人标定的精度需求；为验证该方法的准确性，对API radian激光跟踪仪的基点距离进行比对测试，与其标称值相差3 μm。

针对现代工业生产中大型装备的生产、制造和装配对于姿态精准测量提出的需求，提出了一种基于加权最小二乘的激光跟踪姿态角测量方法。首先，阐述了姿态测量系统的组成，并对姿态测量系统中使用的坐标系进行定义；其次，建立了姿态测量数学模型，在此基础上利用加权最小二乘法对冗余角度信息进行数据融合，并采用蒙特卡洛法对融合方法进行了仿真分析；最后，搭建了姿态测量实验平台，利用精密二维转台对系统姿态角测量精度进行了评定。实验结果表明：在[−30°, 30°]角度范围内，测量距离为3 m时姿态角测量精度为0.28°，测量距离为8 m时姿态角测量精度为1.76°；与单目视觉法相比，姿态角测量精度在3 m时提升了6.7%，在8 m时提升了18.8%。文中提出的数据融合方法对姿态角测量精度的提升具有较好效果。

为实现特大齿轮激光跟踪测量精度的提升，采用激光跟踪仪与柔性关节坐标测量臂相结合的测量方式，建立了基于激光跟踪多边测量方法的特大齿轮组合式测量网络。采用柔性关节坐标测量臂蛙跳技术确定激光跟踪仪全局坐标系与柔性关节坐标测量臂坐标系之间的坐标转换关系，实现不同站位下测量臂测量数据的空间配准。引入激光跟踪仪多边测量方法，摒弃其角度测量模块，建立激光跟踪多边测量位置参数标定模型，通过测量冗余数据并对其进行L-M优化迭代，以提高激光跟踪仪的全局控制精度。对建立的组合式测量网络进行仿真实验，分析对比测量数据，组合式测量网络的测量误差平均值为0.007 mm，误差标准差为0.004 mm，相同条件下，使用激光跟踪仪直接测量方法的测量误差平均值为0.044 mm。仿真实验分析表明，该方法显著提升了测量精度，满足了特大齿轮现场齿形测量的要求，具有较好的理论与工程应用价值。

针对激光惯性约束聚变（LICF）实验中诊断实验装置快速精确定位的迫切需求，提出了在LICF的实验场景下使用激光跟踪测量系统的快速定位瞄准方法。采用四路激光跟踪测量系统作为瞄准定位设备，构建了测量系统的数学模型，基于最小二乘法开展了系统瞄准定位精度的理论计算。当采用的激光跟踪仪测量误差为5 μm时，理论计算得到的夹角偏差为0.7492″，距离偏差为11.2083 μm；当采用的激光跟踪仪测量误差为10 μm时，夹角偏差为1.12″，距离偏差为18.2167 μm。理论计算结果表明，基于激光跟踪测量系统的瞄准方法，符合LICF中实验装置快速精准的定位需求，为将来在我国激光惯性约束聚变装置上使用激光跟踪测量系统作为瞄准定位设备提供了参考。