论述了三点法圆度及轴系运动误差测量系统中确定三个测头最佳角位置的方法。通过分析测头读数误差对圆度各次谐波测量精度的影响，提出了确定三个测头最佳角位置的优化策略，基于Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ思想和单纯形模式搜索方法编制了高效，高精度的寻优程序。

随着测量速度的提高,测微仪测头的动态性能已经成为影响测量精度的重要因素.本文通过对测头进行模型简化,就接触式动态扫描测量时测头与工件的脱离问题进行了深入的理论分析.给出了两者临界脱离时工件振动频率与传感器(测头)固有频率的理论关系,同时分析了影响理论脱离点的因素.为改善测头的动态响应性能提供了重要的理论依据.

针对点阵单摄像机轴向重复性差的问题，设计了一种正交双摄像机光学三坐标测量系统。利用冗余算法建立双摄像机的数学测量模型，完成双摄像机轴向测量误差补偿，实现高精度的空间三维坐标测量；实验采用最简的三点共线测头模式在测量距离1500mm处各个方向重复性优于0．1mm，长度测量精度达到0．2mm。

万能工具显微镜上的光学定位器．由于其测量准确、快速而深受计量测试人员的欢迎。但是，随机所附的鼓形测头，却有很大的局限性。比如深长、大肩隔或者刀口及薄板内外尺寸均难以检测。

为了解决单相机坐标测量模型中轴向定位重复性差的问题，研究正交双相机视觉坐标测量系统；系统由一支特制光靶标、两台正交放置的CCD摄像机和一台电脑组成。在单相机测量模型的基础上引入冗余算法，使得两个正交单相机系统相互补偿对方轴向测量误差，从而实现高精度的空间三维坐标测量；实验采用最简的共线三点测头模式搭建测试装置，在测量距离1500mm处各个方向分辨率优于0．2mm，与坐标测量机移动对比测量精度达到±0．15mm。

介绍了坐标测量机高精度测头的研究发展现状;分析了接触方式、光学方式、扫描方式测头的优缺点;研究了日本松下公司研制的高精度测头测量原理;基于原子力微探针的基本原理,设计了一种新型的坐标测量机测头;指出了采用原子力准接触技术是测头向高精度发展的方向之一.

分析了利用三角法测量强反射表面时存在的问题.基于多目视觉测量,根据偏振特性,开发了由三个摄像机组成的测头系统.在建立几何模型的基础上,分析了各项结构参数对系统纵向分辨率的影响,对结构参数进行了优化,为实现自由曲面的高精度在线检测提供了理论依据.本系统与三坐标测量机相结合,能够测量金属强反射表面,具有高精度、高效率的特点.

在对三坐标测量机测端动态有效作用直径影响机理分析的基础上,构建了加法模型和乘法模型,通过对两种模型进行比较分析发现：考虑自变量交互效应的加法模型较好地反映了移动速度、触测速度和逼近距离对测端动态有效作用直径的影响。模型结果表明：移动速度越大,有效作用直径越小;触测速度偏离其最优值越多,有效作用直径就越大;逼近距离越大,有效作用直径越小。