在工业生产中零件的精度至关重要,坐标测量机是检测零件精度最直接的设备,在传统三坐标测量机上额外配置一个回转台能有效提升回转类零件的检测效率。然而,有一根平动轴在测量中可以固定不动。因此,本论文以结构更精简的圆柱坐标测量机为对象,研究其高精度测量技术,圆柱坐标测量机的精度主要取决于几何误差和测头误差。本论文在对平动轴和回转轴几何误差建模与测量的基础上建立机器的运动学模型,完成几何误差补偿;同时对三维扫描测头建立非线性非正交模型并完成参数标定,达到高精度测量要求。平动轴的几何误差辨识主要由激光干涉仪和相应的光学镜组完成。由于缺少一根平动轴,传统的回转轴几何误差辨识方法基本不能使用。采用回转轴校准装置测量出角度误差,然后利用三维扫描测头可连续触发的特性,在不同角度下以极低的速度探测标准球上多个点。根据电压突变获得对应的瞬时接触点,从而在未标定测头参数的情况下获得点的准确位置,最终利用球面约束最优化得到回转轴的与位置无关几何误差。在几何误差建模的基础上建立机器的运动学模型,回转轴使得圆柱坐标测量机逆运动学求解时出现多解,可根据测针与工件的相对位置关系确定合理解。以泰勒级数展开为理论基础构建三维扫描测头的非线性非正交模型,根据机器逆运动学规划并控制三轴联动扫描标准球上多条轨迹。采取逐阶优化思路并预估高阶参数数量级,优化出三阶模型参数,采用不同变形量重复扫描对比二阶和三阶补偿效果。受到机器本身精度的限制,在本机器上三阶补偿精度无明显提升,最终采用二阶模型和对应的二阶补偿。在完成几何误差补偿和测头标定后,测量量块和标准球验证机器精度为3.0+L/100μm。实际测量一圆柱类零件,测量结果与其精度相符;并提出一种按照角度单位度、分、秒迭代的圆柱最佳拟合算法,轴线方向精度可达1角秒且运算速度快。