随着光学复杂曲面在军民领域的广泛运用,光学系统对光学复杂曲面的要求也在不断提高,并朝着高精度、大口径、结构功能一体化、轻量化、复杂化趋势发展。虽然波面干涉测量方法测量精度高,但测量通用性、灵活性较差,对于某些特殊复杂曲面的测量需要制定特殊的测量方法,包括测量光路的设计、补偿器的制作以及相应的测量修正算法的提出等。大口径坐标测量方法虽然具备较高的测量灵活性,但测量精度低,无法满足高精度光学复杂曲面的要求。新兴的高精度轮廓坐标测量技术,其测量精度与测量通用性可保持在较高水平,但主要的大口径高精度轮廓坐标测量系统几乎被国外垄断,这些坐标测量系统主要通过减小阿贝臂长或结构测量双框架设计的方案实现高精度大口径测量,存在结构复杂,价格成本高昂等不足。为了实现光学复杂曲面的高精度通用性测量,本文采用了与现有方法不同的技术方案,即采用光学玻璃作为导轨材料,利用其光学特性,采用高精度光学测量方法指导加工,形成小阿贝角与高直线运动精度的玻璃气浮静压导轨,同时结合笛卡尔坐标测量机测量通用性高的优点,研制高精度三维轮廓坐标测量平台。本文围绕光学复杂曲面轮廓坐标测量平台的自主研发,提出了几何误差权重分析与计算方法,揭示了单项几何误差对测量结果的影响规律,形成了基于玻璃导轨测量系统的制造工艺、装配手段、测量方法、设计准则、误差辨识与补偿理论、测量结果评价与溯源方法,实现了三维轮廓的高精度测量。全文的主要工作包括:（1）研究了笛卡尔坐标系测量系统几何误差模型,分析了21项几何误差中各单项误差对测量结果的影响规律,得到了固定桥式测量机几何误差权重比值,其中X和Y轴在Z方向的直线度以及X轴的滚动角误差所占权重较大;根据权重大小和整机测量精度目标计算得到各项几何误差设计值。（2）研究了基于计算机控制光学表面成形技术（CCOS,Computer-Controlled Optical Surfacing）与磁流变抛光技术（MRF,Magnetorheological Finishing）的长条形玻璃导轨制造工艺;提出了基于波面干涉仪、转台、标准六面体的长条形导轨形位误差测量方法。基于气体静压理论,设计并优化了适配玻璃导轨的高性能气浮轴承,与玻璃导轨装配后,采用平晶法测量导轨直线度,直线度可达30nm/200mm。（3）研究了基于光学标准件的几何误差高精度辨识方法,由于传统几何误差辨识手段精度低,无法胜任高精度玻璃导轨轮廓测量系统中的几何误差辨识,提出基于光学平晶的的直线度误差辨识补偿方法,直线度误差补偿后,系统二维平面测量精度得到提升。研究了基于光学六面体的垂直度误差辨识,光学六面体属于长方体类工件,利用基准面内角和为2π原理,实现了对正交导轨垂直度误差的高精度辨识。研究了基于光学平晶与自准直仪的导轨角度误差测量方法,实现了导轨角度误差的高精度测量。（4）研究了轮廓仪测量系统的应力变形、温度、振动噪声和传感器误差对测量结果的影响规律。为了测量导轨加载状态下的受力变形情况,提出了一种基于波面干涉仪的高精度测量方法,实验结果表明横卧式导轨具有较好的重复运动精度。为了探究环境温度和局部温度对系统测量结果的影响,研究了导轨在不同温度下的面形变化情况,分析了Z轴电机等局部温度对测量面形的影响。利用位移传感器和加速度计分别测量了轮廓仪三个方向的振动幅值与频率特性,分析了振动所带来的测量误差。基于标准凹球面对共聚焦传感器的测量精度进行了校准,通过校准提高了凹球面的轮廓测量精度。（5）研究了玻璃导轨轮廓仪的测量精度评价方法,建立了轮廓仪的精度溯源链,根据国际与国家标准对轮廓仪的测量结果进行了不确定度评定。玻璃导轨轮廓仪一维和二维测量不确定度可优于25nm（2σ）;测量160mm口径的光学复杂曲面三维轮廓,测量不确定度为69.02nm（2σ）。