测头是诸如坐标测量机、齿轮测量中心等精密量仪的核心部件，在一定意义上代表了该仪器的技术水平。三维精密线性测头本质上是微型化了的三坐标测量机，是各类测头中技术复杂性最大的一类，实质上代表了一个国家的量仪水平。世界上已产品化的几款三维精密线性测头中，基本采用了三层簧片嵌套式结构。这种结构存在三个方向的运动质量不一致、各个方向动态特性不一致的缺点。针对目前测头技术现状，研制了一种新型三维精密线性测头，主要研究内容如下：（1）在全面考察国内外精密测头技术发展历程的基础上，分析了常用测头的主要结构优缺点，提出了将测量运动分解为一个平面运动和一个沿测针轴向运动的设计方案。这种方式不仅很好地克服了各轴向等效运动质量不相等、动态特性不一致的缺点，而其“共平面”结构减小了阿贝误差对测量精度的影响。（2）分析了以平行簧片机构和双铰链机构为基本组件构建的几种三维精密线性测头的机械结构特点，最终设计了符合阿贝原则的测头结构；分析了三种回零机构的和两种自锁机构的结构特点，确立了换向式回零机构和单片簧式自锁机构；对测头的关键零部件进行结构设计与计算，并进行了各轴向刚度计算与尺寸设计，调整了结构设计和尺寸使各向同性。（3）分析了测头的各项误差源，重点分析计算了原理误差、阿贝综合误差、导向机构误差、测杆的变形误差、以及测球触测工件的变形误差，并分析动态误差以及减小系统误差的措施；对测头测量精度指标进行了分解，分析了测量精度的影响因素，进而进行了精度设计和分配；。（4）对测头各轴向进行了等效运动质量的计算与调整，使各轴向运动质量相等；Pro/E协同Ansys Workbench建立了测头的三维几何模型，对测头进行了整机模态分析、结构谐响应分析的和静态特性分析，对关键部件进行了静态特性分析并与理论计算进行了对比分析。