ToF （Time of Flight）深度相机是获取三维点云数据的重要手段之一，但ToF深度相机受到自身硬件和外部环境的限制，其测量数据存在一定的误差。本文针对ToF深度相机的非系统误差进行研究，通过实验验证了被测目标的颜色、距离和相对运动等因素均会对深度相机获取的数据产生影响，且影响均不相同。本文提出了一种新的测量误差模型对颜色和距离产生的误差进行校正，对于相对运动产生的误差，建立了三维运动模糊函数进行恢复，通过对所建立的校正模型进行数值分析，距离和颜色的残余误差小于4 mm，相对运动所带来的误差小于0.7 mm。本文所做工作改善了ToF深度相机的测量数据的质量，为开展三维点云重建等工作提供了更精准的数据支持。

针对具有精密旋转轴系类的高端制造装备或精密测量仪器，其旋转角度采用传统圆光栅难以消除偏心误差对测量角度精度的影响，提出了一种基于二维混合式位置编码的旋转角度高精度测量方法。该测角系统由一个二维混合式位置编码盘、两个CCD相机和远心镜头组成，二维混合式位置编码盘被固定在精密旋转轴系上以获得其旋转角度。然后，建立了测角模型并从数学上证明了测角精度与安装偏心无关。利用多齿分度台对已提出测角系统精度进行检测，测量角度误差在±1″。最后，利用已提出测量方法对直驱转台的角度定位精度进行测量，角度定位误差在±5″内。与传统圆光栅测角相比，该方法不需要考虑安装偏心误差对测角精度的影响，具有稳定性好、使用简单等特点，可用于角度定位误差的检测。

针对激光外差干涉仪测量过程中测量镜随被测对象旋转而导致的位移测量误差，提出了一种基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量补偿方法。根据测量镜转角和测量光束光斑位置变化对应关系，利用位置敏感探测器（PSD）和位置电压信号卡尔曼滤波方法测得降噪后的光斑位置变化，从而获得更为准确的转角测量结果，最后根据转角与位移的解耦数学模型利用测得的转角进行位移补偿。为验证滤波算法和位移补偿方法的可行性和有效性，搭建激光外差干涉测量实验装置，分别进行光斑位置稳定性测量实验、角度测量验证实验和激光外差干涉位移测量补偿实验。实验结果表明：经卡尔曼滤波降噪后系统装置测得的光斑位置抖动标准差从0.52 μm降至0.18 μm，测量的转角与索雷博六自由度转台的转角偏差在±1.38×10^-4°内，对M-531.DD线性导轨200 mm量程内的位移和转角进行测量，将测得的转角进行位移补偿后，系统的位移测量结果与M-531.DD线性导轨位移的标准差从1.55 μm减小到0.29 μm。

全口径环形抛光是加工大口径平面光学元件的关键技术之一，其瓶颈问题是元件面形的高效高精度控制。通过研究元件面形的影响因素及其控制方法从而提升其确定性控制水平。围绕影响面形误差的运动速度、抛光盘表面形状误差和钝化状态等关键工艺因素，建立基于运动轨迹有效弧长的环形抛光运动学模型，揭示了抛光盘表面开槽槽型对面形误差的影响规律；提出了采用位移传感器以螺旋路径扫描抛光盘表面并通过插值算法生成其形状误差的方法，建立基于小工具的子口径修正方法，实现了抛光盘形状误差的在位定量修正；提出抛光盘表面钝化状态的监测方法，研究了抛光盘表面钝化状态对面形误差的影响规律。结果表明：抛光盘表面开槽采用环形槽时元件表面容易产生环带特征，采用径向槽、方形槽和螺旋槽时元件表面较为匀滑；通过在位定量检测和修正抛光盘形状误差，可显著提升元件的面形精度；随着抛光盘表面的逐渐钝化，元件面形逐渐恶化。在研制的5 m直径大口径环形抛光机床上加工800 mm×400 mm×100 mm平面元件的面形PV值优于λ/6（λ=632.8 nm），提升了元件的面形控制效率和精度。