针对高精度多自由度位移同时测量问题，利用光斑位置变化方法设计了一种基于单面阵（CCD，Charge—Coupled Device）三维平移测量系统。系统采用两路准直（LED，Light—Emitting Diode）光束作为测量基准，由单面阵CCD探测光斑图像，图像经处理后可获得光斑位置信息，根据光斑位置变化推算出被测物体三维平移变化量。在实验室环境下构建了二维实验系统，模拟测量X向和Z向的平移变化，结果表明，X向平移测量精度优于±1μm，Z向平移测量精度优于±2μm。系统具有非接触、体积小、精度高的特点。