三坐标测量机以其精度高、柔性强等特点在现代化的生产和先进制造、航空航天和国防等领域中起着越来越重要的作用。随着科学技术的进步和国家对国防事业的重视,特别是未来武器装备的发展,如新“机”、“弹”、“星”种的不断发展,其中的一些关键精密零部件的结构越来越复杂、精度越来越高,对三坐标测量机的测量精度的要求也越来越高。本论文正是针对提高三坐标测量机的测量精度开展研究工作。提高测量精度不仅包括减小三坐标测量机的机械结构误差、测头的探测误差,还包括减小由环境条件和使用条件带来的测量不确定度等。本论文提出了以三个坐标方向上分别使用激光干涉仪进行位移检测、并配用三维传感器式精密测头的三坐标测量系统。论文通过对激光三坐标测量系统、三维传感器式测头、实时位置控制系统、误差补偿技术和小环境控制技术的研究,提高三坐标测量机的检测精度。本课题的研究内容主要包括:(1)超精密三维测量系统机械结构技术研究;(2)超精密激光位置检测与测量控制技术研究;(3)高精度三维电感模拟量测头系统研究;(4)三维测量过程与结果的数据处理技术研究;(5)三维测量技术的误差分离与补偿技术研究;(6)小环境控制技术研究。本论文的创新性体现在:1、设计并研制一种符合运动学原理、阿贝原则、动力学装配要求、且刚性好的机械结构;本系统核心的精密气浮导轨采用小孔节流技术,实现了导轨运动精度优于0.05μm /500mm,刚性提高到250N/μm。2、采用He-Ne激光干涉仪作为在线位置检测替代了传统的光栅尺测量技术,并稳定地实现纳米级实时位置检测和闭环控制,其位置检测分辨率达到0.01μm,实时性优于2ms。3、研制了采用精密电感位移检测技术的高精度三维测头,实现保持沿法线方向触测的点位测量和连续扫描测量,并提出了几何元素修正(多次迭代)的方法实现对测头的误差补偿,使测头的空间测量不确定度减小到0.2μm。4、采用一种多CPU分布式实时位置控制算法以及减速折线近似、在线位置修正和平滑处理等技术,有效地提高了位置随动系统的实时性和空间跟踪性能,实现了高精度位置的动态控制和实时测量。