重型机床作为大尺寸零件加工设备,主要为国防、航空航天、能源等国家重点领域服务,其精度决定了大型零件的加工精度。由于重型机床几何误差检测时的测量点数多,引起的测量误差大。因此,找到一种高精度、高效率的几何误差检测方法对提高重型机床的加工精度具有重要意义。激光跟踪仪的顺次多边法作为一种能够快速、准确检测大尺寸空间误差的测量方法,广泛应用于重型机床的几何误差检测中。但目前顺次多边法没有考虑重型机床大尺寸的结构特点,实际应用中测量误差较大。为解决上述问题,本文针对顺次多边法的检测算法和站位布局进行了研究,通过改进检测算法和优化站位布局提高重型机床几何误差的检测精度。根据重型机床直线轴和旋转轴的结构特点,通过齐次坐标变换矩阵建立几何误差辨识算法,得到了机床空间误差和几何误差之间的关系,再基于顺次多边法建立了空间误差检测算法。考虑到重型机床大尺寸的工作空间,机床重复性误差和激光跟踪仪测长误差较大,导致求解空间误差过程中产生较大误差。针对上述问题,基于Tikhonov正则化建立了重型机床空间误差检测改进算法,通过Monte Carlo方法对比算法改进前后的平均空间误差和不确定度,验证了改进算法的合理性。考虑到不同站位布局对顺次多边法测量精度有一定影响,基于误差放大因子建立了满足重型机床实际测量条件的直线轴、旋转轴站位优化数学模型。以重型落地铣镗床和立式车铣复合加工中心转台为对象,利用Monte Carlo方法评估无约束条件下的正四面体布局、约束条件下的优化站位布局和优化前的一般站位布局的测量不确定度,评价站位优化布局的准确性。考虑到激光跟踪仪实际架设存在位置误差,利用Monte Carlo方法评估理论优化站位布局和添加位置误差的实际站位布局的测量不确定度,验证了站位优化布局的鲁棒性。针对上述研究工作的成果,设计了顺次多边法精度验证实验及直线轴、旋转轴算法改进和站位优化准确性验证实验。以三坐标测量机测量值为参考,对比单站法和顺次多边法的测量误差,实验表明顺次多边法的测量精度能够满足重型机床测量要求。分别在一般站位布局和优化站位布局下,利用基于改进前后算法的顺次多边法检测重型落地铣镗床直线运动轴和立式车铣复合加工中心转台的几何误差,并与SP几何误差测量仪和激光干涉仪直接测量法检测的单项几何误差对比,验证直线轴、旋转轴算法改进和站位优化的准确性;实验表明算法改进和站位优化均能提高重型机床几何误差的测量精度。