本文设计并研制一台用于回转体零件内外表面测量的三坐标测量机。这种新型测量机不仅能够在线测量回转体工件的尺寸、形位误差和实现螺纹作用中径的检测,而且同时适应今后该类零件的规格变化,并兼有普通三坐标测量机的功能。本测量机能够实现的功能有:对回转体零件的内外表面尺寸进行自动测量,整个测量过程自动进行,测量机能存储测量数据、进行各种数据分析,测量机具有安全保护系统、防止意外事故发生。本测量机已经解决的关键技术有:螺纹作用中径的自动检测,工件内外表面的同时测量,防碰撞保护问题,内测、外测部件和转台三个坐标系的统一和标定技术,误差补偿与精度保证等。测量机系统考虑到使用过程中的安全性,设计了多重限位保护机构和内测头防碰撞机构,确保任一安全环节出故障后都有其它安全措施进行补救;本文还详细研究了测量机的调整和校验方法,精度测试方法误差补偿方法。进行了大量的试验验证了测量机的性能。分析了误差产生的原因,对测量机进行误差补偿,使测量机的精度达到设计要求,并且在车间环境内的实际测量需求。本论文的创新点主要体现在以下方面。1.推出了一种在圆柱坐标系中对回转体零件的进行高精度、高效测量的特殊结构测量机,采用了多测量架、多测头测量方案以提高测量效率,成功地解决了多个接触测头工作中的干涉问题。2.研究成功一种测量螺纹作用中径的测头和方法。采用全牙测端,测头可以浮动、测端能够按被测螺纹自位。研究成功一种让测头自动与被测螺纹对准、进入啮合的方法。利用工件的转动和螺纹测头沿工件轴线移动,模拟螺纹量规的拧入,直接测得螺纹作用中径,能够给出作用中径数值与螺纹轴线方向。3.提出了一种热变形误差补偿的新方法,提出了在对工件进行双向测量时,测头的中心位置不随被测工件尺寸变化的原理,成功地实现了在车间条件下测量机的误差补偿。它比通常采用的通过在测量机上安装大量测温元件、建立热变形要简单得多,效果更好。测量机满足在零件一次装卡的条件下对包括螺纹作用中径在内的内、外轮廓的全部几何参数进行检测和评定,具有快速、安全、检测精度高,符合测量和使用一致性原则等优点,为能够在车间使用的高精度、高效率的回转体测量机。