随着制造技术和测量技术的发展,机械制造领域的测量已经从传统的模拟量测量为主发展为坐标测量占主导地位。在航空航天、船舶工业、汽车制造、重型装备等大尺度制造领域,坐标测量技术的广泛应用更是极大地提高了制造的质量和效率。测量辅助装配技术在一些先进的制造厂商中已经全面实施,并将很快推广到整个大尺度制造行业。坐标测量技术成功应用于大尺度制造中,首要关键的问题是构建符合大尺度制造测量需求的测量控制网,激光跟踪仪因其便携性较强、精度较高的特点成为构建大尺度测量控制网的主要仪器。然而,与固定式三坐标测量机不同,其误差模型不易建立,相应的量值溯源体系和应用方法还不够完善。另外,大尺度制造中的测量任务众多,具体任务的测量结果的溯源方法也没有系统的理论和成熟的方法。本文属于坐标计量的研究范畴,以激光跟踪仪为对象,研究其在大尺度制造现场应用过程中的性能评定方法和面向任务的大尺度激光跟踪测量不确定度评定方法。针对大尺度测量任务的方案制定效率低的问题,研究大尺度激光跟踪测量规划方法。论文的研究工作及取得的主要成果如下:1、对比分析了几种空间误差的表达方法和各自的优缺点,确定将散点图用于空间测量点的不确定度的表达。2、提出了在制造现场评定激光跟踪仪性能的测量网络方法和一种新的多台(站)激光跟踪测量数据融合方法,给出了数据融合不确定度的计算方法和提高测量点精度的措施,并进行了试验验证。3、分析了弱刚性工件重力变形对坐标测量的影响,提出了基于有限元分析的变形误差补偿方法,并进行了试验验证。分析了大尺度激光跟踪测量中的其他误差因素,并分别提出了相应的控制方法与建议。4、详细分析了面向任务的激光跟踪测量的不确定度贡献因素,在对现有测量评估方法深入研究的基础上,提出了适用于大尺度测量的基于测量过程仿真的不确定度Monte Carlo评估方法和基于灰色理论和神经网络的不确定度评估方法,并进行了试验验证。5、针对目前存在的众多测量人员对坐标计量不了解和不重视的问题,结合相关案例,阐述了测量不确定度的应用场合和应用方法,说明了其重要的工程意义。6、引入新一代GPS理论和STEP标准,建立了基于“要素”的坐标测量信息规范模型,为大尺度坐标测量提供了规范的测量信息,制定了规范的测量过程,减小了任务的规范不确定度,并为下一步的激光跟踪测量规划奠定基础。7、结合面向任务的测量不确定度评估,提出了基于PUMA和测量仿真的测量规划方法;为了验证不同影响因素的组合对测量结果的影响,提出了基于试验设计的测量规划方法。针对基于三维模型的坐标测量项目众多的特点,借鉴CBR思想,提出了基于元测量方案库的产品测量规划方法。8、针对激光跟踪仪在航空领域飞机柔性装配测量和航天领域导弹几何特性测量中的具体应用问题,在上述技术研究的基础上,开发了基于三维模型的激光跟踪测量评估与规划系统,具有坐标测量规范定义、面向任务测量不确定度评估和基于元方案的测量规划等功能。