随着生产需求的不断变化,在工业生产的过程中对加工的紧密度和测量的准确度要求越来越高,为了适应这种新的需求变化,世界各国都在研究新的能够根据需求变化而适时调整的测量系统,针对这方面的研究进行的非常迅速。在这种需求变化下,能够多自由度测量的二维工作台能够满足这样的变化,应用前景也比较广,对精密的测量和产品的制造乃至导航等各领域均具备非常重要的作用。为此本文基于迈克尔逊干涉原理,以微角度、微位移测量为目的,在干涉条纹形状与光线夹角的理论关系的基础上,提出了一种以组合三反射镜为目标载体的三自由度测量方法,即三平面镜组合方法。该方法的测量将位移量、旋转量等方面进行了完美的测量。并且专门针对这个系统的需求,建立了相应的理论模型,运用stm32单片机采集相应的数据,MATLAB进行数据分析并根据分析的结果设计了硬件及软件算法,并对这些设计做了大量的实验进行验证。针对这一研究主要做的工作主要包括以下几个方面:第一,为了克服激光沿原光路返回,产生激光回馈效应的影响,本文结合迈克尔逊干涉原理,设计了以三反射镜为目标载体的激光干涉测量系统。这个系统设计的原理主要是以迈克尔逊干涉原理为主要理论基础的,在此基础上对光路等进行了进一步的分析和设计。通过激光的一些专业特性,比如:光束反射定律以及点绕直线旋转、向量绕轴旋转等空间矢量模型,探讨了该测量系统对避免激光回馈效应的可行性与有效性。第二,在对测量系统进行分析时得出工作台角度的变化与光束的散发形状有关,而条纹形状又和干涉光束的夹角有关,所以,要对这方面进行深入的研究,必须先对光束夹角以及条纹宽度、方向之间建立关系模型。再由于信号处理好坏往往决定了测量精度的高低,因此研究了激光干涉系统光强信号的接收与处理方法,为了使得研究更加的科学化和合理化,因此对采用的干涉条纹接收器有一个清晰的认识,并根据建设系统的需要,对四象限光电探测器相位的计算方法进行了重点介绍和分析,并采用专业的matlab数据分析工具针对每一个计算方法进行了仿真验证。第三,探讨了相关干涉测量体系总体的实施方案,实现了干涉信号的采集及动态实时显示的功能,根据系统的专业特性设计了PZT(压电陶瓷)对参考光束进行调试,并设计了以PWM方波作为控制源,稳定了四路输出信号的四路信号的采集电路,通过这两个核心部分的设计,实现了对干涉信号的实时采集。在四象限相差识别处理中应用了椭圆拟合算法,通过所得参数可以得出工作台位移及偏转量,实现测量目的。最后,经实验采样同先进的电子自准直仪做了同步比较,采用专业的分析工具以及成熟的理论知识对测量数据进行了误差的分析,通过对测量角度与自准直仪的测量结果进行线性拟合,验证了论文提出的设计方案的科学性,通过验证可知,本文设计的干涉测量系统满足了实际工业生产的需求。