HPI-3D可以检测沿测量轴向反光器RK1反射激光束的位置变化。如图所示，以RL1返回的激光束作为基准，RK1返回激光束相对于基准的位置变化就可以被测出。测量结果既可以用于精密控制也可以用于直线度、垂直度或者平行度测量。

与主要的干涉定位精度测量不同，3D测量获得数据结果精度略低。

如图所示，激光束在经过IK1棱镜时入射角为偏振角，生成两条相互平行并且沿着测量轴向的激光束，1，2。

根据多普勒效应，当光学组件间的距离发生变化时，两束光的频率会发生改变。激光器仅仅对IK1与RK1之间的夹角变化非常敏感。测量结果可以用于修正较小的旋转角度，比如机械运动的俯仰与偏摆。

这是另一种测量直线度，垂直度和平行度的方法。需要使用的光学组件套装由2件镜组组成，分光镜WP2和反射镜WRP2。经过WP2的光束会按特定夹角分成2束，当2束光的光路长度不一致时，就会被激光器测出。

使用精密直线度测量光学镜组，WRP2应该作为固定基准，WP2沿着测量方向运动。每次测量一个方向的直线度。WP2不应距离WRP2过近。