在光学系统中,各式曲面结构的应用非常广泛,常见的有球面、非球面和自由曲面等,其中,自由曲面由于在设计上具备更高的自由度,可以有效地提高光学系统性能,减少所需的光学镜片数量,所以在各类光学仪器中被广泛的运用,其加工和测量也备受重视。但是光学自由曲面一般很难测量。扫描测量适合不同类型的曲面测量,在光学曲面的测量中有巨大优势。相比接触式测量,非接触式测量在测量过程中不会造成工件划伤,适合光学曲面最终加工后的测量。然而,非接触式传感器存在量程和精度难以兼顾的问题,高精度非接触式传感器量程往往较小,难以进行大矢高光学曲面的扫描测量。为了解决上述问题,本文对光学曲面的大量程超精密非接触式扫描测量方法进行了研究,对非接触式传感器量程进行了扩展,开发了一个大量程非接触式扫描测量装置,对跟踪扫描测量的方法进行了研究,并针对该装置进行了性能测试和测量实验。本文的主要工作包括:（1）研究了光学曲面大量程非接触式扫描测量方法,对非接触式传感器量程进行了扩展,开发了一个大量程扫描测量装置,为实现大矢高光学曲面的超精密测量打下了基础。所设计的测量装置通过柔性铰链带动高精度非接触式传感器做直线运动来跟随被测曲面,保证了被测曲面始终保持在非接触式传感器的量程范围内,再通过另外一个位移传感器对柔性铰链的位移进行测量,最终结合非接触式传感器和位移传感器的数据获得曲面信息。（2）研究了跟踪扫描测量方法,实现了测量装置的自适应面形跟踪,对伺服驱动系统的定位误差进行了补偿,以提高测量装置的测量精度,最终成功实现了跟踪扫描测量的控制。（3）进行了测量装置误差分析,通过改进数据处理方式提高了测量精度,进行了扫描测量装置的测量不确定度评定,其扩展测量不确定度为0.248μm。（4）开展了扫描测量实验,分别使用所设计的测量装置和泰勒轮廓仪对矢高超过非接触式传感器量程的二维轮廓进行了扫描测量,将测量结果进行了对比,两者pv值相差0.2μm,证明了所设计测量装置具备大量程非接触式扫描测量能力和亚微米级别的测量精度。进行了三维曲面的扫描测量,证明了所设计测量装置具备三维曲面的大量程扫描测量能力。