为了解近年来长度测量技术的发展现状,综述了从天文尺度到微观尺度各数量级长度量的测量方法。介绍了包括天体距离、常规尺度长度量以及微观尺度长度量的测量中所涉及的光学测量和电学测量中各测量方法的基本原理。重点介绍了纳米尺度的位移测量方法,并展望了长度量测量仪器更高精度化和微型化的发展趋势。

凸非球面，尤其是大口径快焦比凸非球面的光学检验一直是非球面加工中的难点。针对凸非球面光学元件加工检验困难的问题，研究了一种改进的Hindle方法，解决了经典的Hindle方法需要大口径辅助球面镜和存在中心遮挡等不足。利用该方法对一块@88mnq，焦比F/1．9的玻璃材料凸双曲面镜进行检验加工实验．对系统进行了分析优化，简化了检验光路的结构，克服了此种改进的Hindle方法检验时被检镜需要镀膜的缺陷，简化了加工工艺流程，极大地拓宽了该方法的适用范围。加工完成后经移相式数字干涉仪检测，镜面均方根（RMS）误差为0．020λ，验证了优化后方法的可行性。检验结果和对系统的进一步分析表明：经过优化后，改进的Hindle方法能够对多种凸非球面进行检验，是一种有效的高精度检验方法。

调制度测量轮廓术是一种采用垂直测量方式的三维面形测量方法,可以测量表面有剧烈变化区域的复杂物体.提出了一种基于调制度测量轮廓术测量系统的标定方法,其纵向标定是利用几个相互平行的标定平面建立与CCD像面各像素点对应的测量高度与实际高度之间的映射关系,并利用映射关系确定每一像素点对应的映射关系系数,然后建立映射关系系数查找表,存入测量系统中,完成纵向标定.首先分析了测量系统的误差来源,然后给出了标定方法和标定过程,最后给出了实测结果.结果表明,利用提出的系统标定方法可以有效消除调制度测量轮廓术测量系统误差,显著地提高了系统测量精度.

介绍了一种利用波面干涉仪和精度为0.2″的端齿盘组合测量六面体相邻两面垂直度误差的新方法,建立了基于最小二乘算法的评定垂直度误差分布的数学模型,介绍了测量装置及测量实验步骤。该方法不但测量精度高,而且能够获得两个面之间垂直度误差分布数据,可用于六面体面体形位误差的高精度修形加工。针对精度为2″的标准直角棱镜的测量实验表明该方法测量结果可信,精度优于0.5″。可推广到其他多面体类零件形位误差的高精度测量。

为了实现工业大尺寸几何形状的测量，基于激光测距原理，构建测量系统，提出通过极坐标转化为直角坐标系的方法，在二维平面内拟合测量对象的表面轮廓。首先，从多种反射率材料分析激光测距测距延迟时间。然后，以800mm标准宽座角尺对激光测距仪进行了精度校准，标准差最大1．5mm，最小值0．2mm，适于大尺寸测量范围。利用VisualC＋＋6．0中MSComm控件实现了激光测距仪与计算机之间的数据通信。最后，以800mm标准宽座角尺和凹凸海绵表面为测量对象，利用本方法进行实验，得到了相应表面轮廓，并计算了标准角尺拟合直线的标准差最大为0．7mm。实验结果表明，测距仪毫米级精度可以实现二维平面拟合，体现了手持式激光测距仪在工业大尺寸测量方面的应用前景。

针对标准单晶硅球直径精密测量的需要，本文在介绍标准硅球直径测量系统原理并分析其光路特点的基础上，根据建立的数学模型，对激光束斜入射标准板时产生的椭圆千涉图像进行了分析，并对不同入射角度时干涉环中心点带来的直径测量误差进行了研究。分析结果显示，在给定的实验条件下，当入射角为10^-3rad时，误差已达6．6nm。提出了一种精确调整光束垂直入射平板的方法，实验结果表明，此方法能够使光束入射角的调整优于10^-5tad，满足系统测量的要求。

针对传统光栅干涉仪中测量范围和分辨率难以同时提高的问题，提出利用单根大长度、低线数光栅实现大量程、高分辨率位移测量的方法。首先利用长度400mm，栅距10μm计量光栅的±5级衍射光生成条纹图，实现了条纹的10倍光学细分。然后提出一种基于傅里叶变换时移特性的条纹细分新方法，利用相邻两帧条纹图同一位置处相位的变化实现了高达1000倍的条纹电子细分。在此过程中，针对能量泄漏对傅里叶变换法相位提取精度的影响，提出条纹图整周期裁剪的方法，使条纹细分精度至少可达到1／1000条纹周期。仿真和实验结果表明，系统具有纳米级的分辨率和优于10nm的测量精度。

针对现阶段采用的两点法测量不准，使用自准直仪，通过光学方法测量鱼雷发射管中心线。首先模拟现阶段测量方法获得的鱼雷发射管变形测量结果。再以分段测量得出鱼雷发射器每段的中心轴线。试验证明使用该方法光学测量精度高，理论上可无限逼近真实发射管中心线。

针对机械加工中不透明冷却液的存在妨碍了在线非接触测量这一难题，提出一种利用喷射的水柱来排开冷却液，并在被测物体表面一个小局部形成一稳定的透明测量窗口，使非接触光学测量得以在磨床上进行的技术的主要原理，介绍了实验装置，给出了初步实验结果。

为研究液压系统工作压力下管路中自由气体的气液传质过程,解决油液中气泡质量变化的光学测量问题,推导了高压油液环境下气泡直径测量的恒温及零温度梯度条件,设计了高压气液传质光学测量系统,并对该系统的气泡识别与跟踪的关键算法进行研究。根据毕渥数及牛顿冷却定律推导了测量气泡的极限尺寸,提出以气泡圆度为判定阈值的气泡图元识别算法。最后,利用相邻帧间气泡中心最小向量的方法实现对气泡圆心的跟踪。实验结果表明:该系统实现了14MPa下气液传质的光学测量,气泡半径测量误差小于4%,提供了高压油气传质的试验手段,基本满足液压油路气液两相传质的光学测量要求。