坐标测量机是一种高精度、高效率的三维测量仪器，用来实现三维空间尺寸的测量，以满足机械加工生产线、数控机床及自动加工生产线提出的更高的检测要求，是现代化工业生产的重要工具之一。测头是坐标测量机的重要组成部分，是实现精密测量的关键部件。目前各国研制的精密测头普遍采用感性元件作为测头的传感器，价格比较昂贵。国内研制的测头多为对国外相关产品的仿制，自主创新程度不高。针对目前测头技术的现状，研制了一种新型的基于光栅传感器的二维扫描测头，主要研究内容如下：综述了精密测头技术的国内外发展现状，分析了常用测头的主要特点，提出了以重叠平行簧片和光栅传感器为核心的二维扫描式测头的设计方案。建立了平行簧片结构的力学模型，定量分析了各种误差因素和变形对测头性能的影响。在此基础上确定了二维扫描测头的机械结构及尺寸，包括随进机构、超行程保护机构等，并进行了理论应力的校核。平行簧片导轨具有较高的精度和灵敏度，两个坐标方向采用重叠式结构，使得空间结构更加的紧凑。采用光栅位移传感器作为位移的感受元件，具有测量速度快、信号处理方便、精度较高的特点。研制了通用型光栅信号处理系统，主要包括放大整形模块、FPGA模块以及DSP模块，完成对光栅信号的处理、计数以及向上位机的数据传输。同时设计了ISA接口、RS232、USB三种接口电路，编写了上位机软件，完成了对测头输出信号的采集。本论文用实验的方法验证了研制测头的可行性。实验结果表明，在500μm测量的范围内测头分辨率为0.125μm，最大重复性误差为1μm，最大线性度误差为1.27μm，测头工作稳定，测量结果重复性好，达到了设计指标要求。