为了解决现有单目位姿测量和多线阵CCD位姿测量传感器中存在的测量速度、测量精度和测量范围的矛盾,本课题根据正交分光原理,设计了一种基于标志点的单物镜、双线阵CCD的位姿传感器。该位姿传感器依据正交分光原理,使用两路柱面镜分别得到标志点的空间坐标值。该传感器既可以发挥单目视觉大视场测量的优势,又能够发挥线阵CCD高精度和高速的优势,从而实现大范围、高速、高精度的测量。论文的主要内容和关键技术主要有:1.正交分光位姿传感器光路设计。包括光学参数、初始结构、像差校正、公差配合等。首先根据被测物、测量范围和测量精度的要求,确定了传感器的参数及光路总体结构,再根据光路的总体结构分别确立了球面镜系统和柱面镜系统的初始结构,经像差校正后得到正交分光位姿传感器的光学结构;2.建立正交分光位姿传感器畸变模型。包括球面镜、柱面镜组畸变源分析以及传感器系统畸变模型。首先根据传感器的光学结构及光路特点,分析得到相应的镜组畸变误差源,据此分别确立球面镜系统与柱面镜系统的畸变模型,并组合得到系统畸变模型;3.正交分光位姿传感器机械设计。包括公差分配,光学间距的保持,安装和拆卸设计以及相互配合。首先根据系统光学结构分块设计了相应的光学镜筒,分配公差,然后根据镜筒尺寸和精度要求设计了不同的连接形式和装配拆卸结构;4.正交分光位姿传感器成像效果评价。包括传感器成像质量评价,成像范围评价和系统测量精度评价。实验结果表面,传感器满足53°的大视场角和80lp/mm分辨率的大范围高精度成像要求。经畸变校正后,由成像导致的测量误差可降至0.5像素,测量精度可达到±0.1mm,满足设计要求。