针对传统测量手段存在二次装夹误差且效率低下的缺陷,本文以开发虚拟式的数控机床在线测量系统为目的,通过在数控机床上配备测头装置,开发相配套的虚拟式在线检测仪来实现工件几何尺寸的在线测量。系统将虚拟仪器技术用于数控机床的在线测量,开发了集各种几何量测量功能于一体的虚拟仪器,可减少在线测量的中间操作环节,提高在线测量的精确性与可靠性。在确定测量对象的基础上,本文首先对圆度、直线度和平面度的评定算法进行了研究。综合对比各评定方法的实用性和可行性,圆度误差和平面度误差采用最小二乘法进行评定,直线度误差用最小区域法和最小二乘法综合评定,并逐步推导了各评定方法的计算公式。对数控机床的在线测量系统的组成、工作原理以及测头系统进行了简要介绍,进行了在线测量系统的总体设计。根据在线测量系统的功能要求分析了检测仪软件的功能,划分了软件的功能模块,确定了软件构架,明确了检测仪软件的设计目标。在算法研究和系统总体设计的基础上,选取了系统所需的三维触发式测头,在数控机床上搭建了系统平台,开发了虚拟式在线检测仪。在线检测仪通过对图形交互、宏程序生成、通信、数据处理和测量过程仿真等功能模块的设计,实现了对圆心直径、宽度长度、标准平面位置、高度深度、孔心距、直线度、平面度、圆度等形位误差的在线测量和结果评定。针对影响在线测量系统检测精度的各种误差,着重分析了测头系统的误差。根据测头误差产生的机理,通过对测头不同触发区间触发力的分析,得出不同触发区间预行程量的计算公式。提出了通过标定测头的有效直径、长度压缩量和偏心量来补偿测头各种不同误差的方法,同时对评定算法带来的误差也提出了补偿措施。本文最后对所开发的虚拟式在线测量系统进行了实验测试,并检测了系统的重复定位精度,几何尺寸测量精度和形位误差测量精度。实验表明所开发的系统实现了预定的功能并能达到较高的测量精度。本文开发的系统是虚拟仪器结合在线测量技术在几何量测量中的一次成功尝试。现场试验证明,虚拟式数控机床在线测量系统能使在线检测的过程智能、高效,且能达到较高的测量精度。配以相应的测量宏程序和评定算法能非常容易地实现功能扩展。