目前国内针对大距离分布小孔系的同轴度误差与尺寸测量设备比较稀缺，现有测量设备不能高效、精确的测量出孔系零件的几何误差大小。本课题来源于大距离分布单向孔系测量系统中对多功能测头关键技术的研究，主要对大距离分布孔系尺寸和同轴度的质量保证技术的需求，解决大距离分布孔系同轴度测量系统在测量过程中遇到关键问题，完善测量理论体系和技术，更好的应用到实际生产的孔系测量中，填补国内目前这一测量领域内的空白。文章首先阐述多功能测头关键技术研究的必要性以及测量原理与解决方案，并提出了一种新型系统坐标系的建立方法，其是基于高精度双轴倾角传感器，是一种简便、精确的方法。然后阐述测量原理为：通过直流伺服电机带动转动机构实现测爪的伸出与复位，从而实现对孔隙内径的测量，然后通过前端的PSD传感器测得圆心坐标，并上传到上位机，在绝对坐标系下进行数据处理得到同轴度误差。并详细介绍自定心综合测头的基本结构，以及测头中优化的零部件进行设计说明与分析，并针对不同零部件和装配部件制定了详细的工艺来保证其加工与装配精度，最后对改进的测爪结构误差以及双轴倾角传感器的精度、安装误差对系统误差影响进行分析。最终研发一种根据被测零件实际形状尺寸，可以实现可互换式、多量程的自定心综合测头，实现对孔系零件的高精度、高效、智能化测量。