刀具几何参数的精确测量是评估刀具性能的关键。针对复杂刀具几何参数难以测量的问题，基于聚焦深度法对其端面几何参数进行三维测量。首先，提出了一种适用于刀具端面序列图像的改进双阈值Tenengrad聚焦评价函数，通过局部像素分析确定了函数最佳计算窗口大小，在清晰度比率、陡峭度、清晰变化率、局部波动量评价指标下与常用聚焦函数进行了对比，验证了所提函数在计算刀具端面序列图像时更具有优势；其次，通过自适应sigmoid函数的图像增强算法实现了高对比度的刀具端面序列图像的获取，提升了三维测量效率，基于RANSCA算法对刀具后刀面点云表面进行平面拟合并提出了端面几何参数向量计算方法；最后，通过所构建的刀具测量系统对标准量块的阶梯深度进行了测量，误差为0.32%，并实现了刀具后刀面的三维形貌还原，进一步对主切削刃内、外刃顶角和直径参数进行测量。实验结果表明：顶角测量误差<0.3°，直径测量误差<3 μm，优于Tenengrad函数对应角度（<1.9°）及直径（<13 μm）测量结果，满足复杂刀具对角度（<0.5°）和直径（<10 μm）的测量精度要求。