随着高精度制造和检测技术的发展，要求对加工工件能够更快速更精准的测量。传统的测量方式有两种，以传统的游标卡尺、样板等工具为代表的人工手动测量和以三坐标测量机为测量工具的离线测量，这些测量方式逐渐表现出缺陷和不足。人工手动测量使工人劳动强度加大，精度不高且容易出现随机性误差，处理数据低效。离线式测量，需要来回搬运装卡工件，浪费工时且增加了误差环节。在机测量技术弥补了上述传统式测量的缺陷和不足，从根本上提高了数控机床的加工效率和加工精度。本文主要从项目需求出发，采取在数控机床上直接安装测头及信号接收装置的形式，与计算机相配合，实现在机测量功能。文章介绍了在机测量的相关技术研究现状，然后针对在机测量的测头误差补偿、测量点采样以及测量路径规划等部分进行了研究，并提出解决方案。首先，介绍了在机测量的系统搭建以及影响测量精度的首要因素——测头半径补偿，并研究针对自由曲面测量的半径补偿方式，进而开发出新的精度高、操作和运算复杂度低的测头半径补偿算法——偏置面加小平面测头误差补偿算法。然后，针对测点采样方式会直接影响测量精度和效率的问题，在手动法、均值法、弦高差法等采样方式的基础上提出基于特征点的采样方式，对复杂曲面的测点采样具有更好的选择性和灵活性。最后针对复杂曲面的路径规划问题，提出复杂曲面的型面划分，并通过合理添加避障点实现分块测量，生成无碰撞测量路径。根据上述理论，通过VC++和UG/Open开发出各在机测量模块，并集成于在机测量系统软件中。通过对在机测量实验和三坐标测量机实验测量结果进行对比，验证上述相关理论的可行性与测量精度。应用加入上述理论的在机测量系统，从根本上提高了数控加工效率和精度，在一定程度上为企业节约了生产成本，提高了产品合格率。