发动机制造产业是我国“十二五”规划中的重点发展项目，发动机箱体作为内燃发动机基础件，分布着大量的轴孔，轴孔内径高精度检测方法是提高发动机箱体制造质量的关键。实现孔径在线检测面临诸多困难，重点在于同时满足高精度测量和在线状态的条件，要求在动态生产条件下实现高度自动化测量，传统气动量仪因测量间隙过小无法实现。本文提出一种新型光学式多方向轴孔内径测量方法，采用激光位移传感原理，借鉴气动量仪的布局，根据发动机箱体轴孔的结构特点，匹配测棒长度和测量截面层数，构造新型光学式多方向内径专用量仪，在保证测量精度的同时，扩大测量间隙，为测量自动化提供条件。论文完成的主要工作有：1、分析现有轴孔内径测量方法的特点和适用对象，结合发动机箱体轴孔内径自动化测量需求，阐述新型光学式轴孔内径测量方法，并概括该方法中的关键技术。2、建立光学式轴孔内径测量方法的数学模型，重点研究模型与测量误差的内在关系。提取多测头布局下的结构参数，获取结构参数与测量误差函数关系，依据参数特性设计相应的遗传算子，利用遗传算法分析结构参数对测量误差的影响，完成测量方法的可行性分析。3、研究小型化测头的测量方法及误差影响因素。小型化测头在原理上基于激光三角法，结构上采用传导光源并以PSD作为位置检测器件，通过研究影响测头测量精度以及PSD光斑位置检测精度的内外部因素，为后续测量精度研究奠定基础。4、研究被测表面粗糙度因素与测量精度的关系。构建粗糙表面的几何模型，结合标量散射解析理论和粗糙表面统计模型，建立被测表面粗糙度特性与散射光强的理论模型，通过实验获取被测表面的散射光强和测量误差，验证理论模型是否可作为指导测头实测精度的依据。5、研究测头非平稳测量信号的降噪方法。在总结现有信号滤波方法的特点和应用的基础上，阐述小波变换在处理非平稳信号的优势，通过从小波分解、阈值处理和信号重构等层面进行讨论，构建基于阈值去噪技术的最优组合算法，通过实验验证该算法可显著提高测头测量精度。