自由曲面类零件广泛应用于模具、船舶、汽车、航空等工程技术领域，以曲面形状复杂而著称。自由曲面的制造及检测难度远远大于普通曲面，现已成为了现代制造领域的一个研究热点。目前关于自由曲面余量分析及面形精度检测中通用标准或技术尚未形成，在一定程度上影响了自由曲面的推广，而自由曲面匹配技术是曲面加工余量分析、面形检测及误差评定等工作的重要前提，该技术对促进自由曲面制造与检测的发展具有重要理论意义与实际应用价值，同时该技术在逆向工程、模式识别、计算机视觉及摄影测量等领域也有重要应用。因此本文对自由曲面匹配技术的理论方法与工程应用做深入研究。研究自由曲面匹配中的关键技术问题—点到自由曲面最近点计算问题，分别研究了点到离散点云的最近点、点到三角网格多面体最近点及点到参数曲面最近点。以点到离散点云的最近点计算方法为基础，完成点到三角网格多面体的最近点计算，分析点到参数曲面的最近点计算方法，提出一种网格法与迭代法结合的点到B样条曲面最近点计算新方法，该方法通用于点到双三次B样条曲面距离计算。针对自由曲面匹配问题，建立统一的曲面匹配评定准则，围绕曲面无约束匹配与约束匹配两大类问题分别展开探讨，依据曲面几何不变性，首次将曲率索引引入到匹配技术中，实现基于曲率Hausdorff距离的初始匹配和改进迭代最近点算法的匹配优化，完成自由曲面无约束匹配；结合改进的遗传算法解决自由曲面约束匹配问题。分别选取离散点云与离散点云、离散点云与三角网格多面体、离散点云与B样条曲面进行自由曲面匹配算法仿真分析与实验验证。利用自由曲面匹配相关理论与技术对局部重叠多分割曲面点云拼合、曲面表面质量评价、工件自动找正定位等泛领域的特殊实例进行应用验证，确认该理论与技术在以上泛领域具有通用性和可行性，工程实际应用价值较大。依托叶片测量实验平台进行叶片模型匹配实验。以叶片这一典型自由曲面为实验对象，研究叶片测量点云与CAD模型匹配，定量核算叶片曲面各区域偏差，依据多面体法规划加工轨迹，计算轨迹点余量，同时借助MATLAB软件平台完成相应的GUI界面开发。