随着现代高精密制造业的发展,人们对于自由曲面类和圆形零件的加工精度与加工效率提出了更高要求。提高三坐标测量机和数控机床在线检测系统的检测技术对零件的检测精度和检测效率,对于自由曲面类和圆形零件的研发与生产具有的重大意义。在实际生产过程中,人们为了保证检测质量,往往需要在零件上布置大量测点,这大大限制了检测效率。本文通过调整自由曲面采样参数,以相同的测点数量获得更加精准的检测结果。然后,通过对自由曲面检测的路径优化提高检测效率。最后,通过对自由曲面形状误差和圆度误差的评价来确定最优测点数量,降低对测点数量的需求,在保证检测质量的同时提高了检测效率。本文具体研究的内容如下:（1）论述自由曲面误差检测技术和圆度误差评价技术的研究背景、意义,国内外研究现状与未来发展趋势。针对目前自由曲面误差检测技术和圆度误差评价存在的问题,提出自由曲面误差检测的采样参数设计、自由曲面路径优化、自由曲面形状误差和圆度误差的评价最优测点数确定等相关研究内容。（2）研究不同的采样参数对于三坐标测量机上自由曲面轮廓度误差检测的影响,使用三坐标测量机检测的方法得到采样分块面积、采样直径两组采样参数的最优解。首先,提出分块拉丁超立方随机取样的方法,对采样分块面积和测球直径等采样参数进行理论研究。其次,以自由曲面零件作为研究对象,设计实验方案,进行检测验证。最后,对检测数据进行分析,找到最优采样参数方案。（3）为了提高自由曲面的检测效率与检测可靠性,研究在自由曲面上大规模测点的检测路径优化问题。首先,阐述了自由曲面检测路径优化问题的构成并确定目标函数。其次,针对传统智能算法求解大规模测点路径规划时求解效率低与求解质量不高的问题,提出了基于K-means聚类的混合蚁群算法。然后,通过MATLAB软件模拟仿真验证,对比基于K-means聚类的混合蚁群算法与模拟退火、蚁群算法求解得到的最优路径长度与算法运算时间。最后,进行数控机床实例检测,验证算法的有效性。（4）研究自由曲面形状误差和圆度误差的评价,根据评价结果确定最优测点数量。利用灰色理论GM（1,1）模型能精准预测形状误差的动态分布的特点,来达到获得最优测点数量的目的。首先,通过满足形状公差的前四个测点的形状误差信息构建灰色理论GM（1,1）模型初始组,预测下一个测点数组的预测形状误差值。其次,利用标准偏差的稳定性,设计灰色区间范围和零件实际要求误差的阈值,判断检测下一个数组是否为所需最优检测点,得到最优测点数。然后,通过与其他点数数组的测点实际检测值对比和正态性检验最优测点数。最后,通过三坐标测量机检测实验,验证算法的有效性。