随着先进制造技术的快速发展,坐标测量机的需求越来越大,基于正交坐标系的传统三坐标测量机在越来越多的应用场合受到限制,比如室外测量、现场测量、狭小空间测量、大尺寸测量等方面。而基于非正交坐标系统的关节臂式坐标测量机由于其重量轻、体积小、操作方便、便于携带、测量范围大、价格适宜等特点,应用需求日益增长。但与传统三坐标测量机相比,关节臂式坐标测量机的测量精度相对偏低,限制了其推广应用。本文基于当前关节臂式坐标测量机的发展现状,针对影响其测量精度的关键因素,在结构设计、关节转角误差、结构参数误差、结构变形误差等方面开展了研究,提出了相应的误差减小、消除措施或补偿方法,最后通过实验进行了验证。论文首先介绍了关节臂式坐标测量机的主体机械结构和重力平衡机构设计。基于D-H方法建立了关节臂式坐标测量机的运动学模型,针对其运动学模型分析了关节臂式坐标测量机的误差源,并对误差来源和误差类型进行了分析和分类。对关节臂式坐标测量机的关节转角误差进行研究,分析了其对测量机测量精度的影响,比较了各关节转角误差对测量机精度的影响程度,并给出了关节臂式坐标测量机的角度测量要求。对圆光栅角度编码器的安装偏心和安装倾斜误差进行了详细的分析与推导,得出了相应的数学模型。基于此,讨论了消除偏心误差的结构安装方法与软件补偿算法。研究了关节臂式坐标测量机的结构参数误差对测量机测量精度的影响,分析了结构参数的辨识原理和辨识方法。对关节臂式坐标测量机的机械结构变形进行了有限元分析和强度计算;针对其受力弯曲变形,探讨了弯曲结构变形的误差补偿方法。对关节臂式坐标测量机由于使用环境温度变化、使用人员操作接触传热等因素造成的受热变形对测量机测量精度的影响进行了分析,建立了温度——热变形误差模型,研究了误差补偿方法,并构建了关节臂式坐标测量机的温度采集系统。利用三坐标测量机、光电自准直仪等高精度测量设备对关节臂式坐标测量机的关节转角误差进行实验测试。分析了实验过程中的设备安装误差,给出了误差补偿方法。采用最小二乘拟合方法对圆光栅角度编码器的偏心误差模型进行误差补偿,补偿后的关节转角的测量精度大大提高。对关节臂式坐标测量机的结构参数辨识方法进行了实验验证,结果表明,结构参数辨识后测量机的平均测量误差得到了较大的提高。最后对论文的研究工作进行了总结,并指出了值得今后继续开展研究的方面。