曲面根据能否用标准数学模型表示分为规则曲面和自由曲面,根据曲面特征又分为已知CAD模型的曲面与未知CAD模型的曲面。曲面的测量是曲面的精度检验和反求的基础,三坐标测量机测量精度高,测量目的性明确,测量方法灵活,能满足对形状误差和位置误差等众多加工参数测量的要求,在曲面测量中应用最为广泛。本论文以减小三坐标测量误差,提高曲面测量效率及精度为出发点,主要对三坐标测量曲面中的关键问题:工件坐标系的建立、测量路径规划、测点分布、测头半径补偿、测量误差评定、自动测量等进行研究与探讨。论文分析了曲面测量路径的设计原则,提出了八点曲面测量路径规划策略,总结了测头半径补偿方法、优缺点及适用范围,给出了曲面测量误差评定方法。研究了机器设备与测量方法对曲面测量误差的影响。针对机器误差:主要从几何误差、测头误差、软件误差、变形误差、动态误差这几方面分析了产生曲面测量误差的原因,研究了几何误差、热变形误差、动态误差的数学模型,对机器误差进行了补偿。针对测量方法误差:主要研究了工件坐标系的建立、测量路径规划、测头半径补偿、人员操作水平对测量误差的影响。分析了产生测量误差的原因,给出了减小测量误差的方法。分别对CAD模型已知与未知的曲面测量进行具体研究。针对CAD模型已知的曲面测量,结合叶片测量实验,首先提出并实现了基于三平面法建立粗基准的最小二乘法建立工件坐标系,提高了基准对齐精度。而后提出了在均匀分布的基础上,采用输入测量点的方式,分别通过曲率差值法、直线夹角法实现了测点的自适应分布。针对测量实验,比较了分别沿曲面二维与三维矢量方向进行路径规划与半径补偿的测量误差。最后开发了已知CAD模型的测量仿真软件,对测量流程进行仿真,主要包括最小二乘法对初始坐标系的转换、测点自适应分布、测量路径检验、避障点的设置、DMIS文件的生成、三坐标测量机输出文件的读取、测量误差的评定。针对CAD模型未知的曲面测量,首先在实现多项式法、圆弧外延法的基础上,提出了圆弧切线法预测后续测量点及其矢量,实现了测点的自适应跟踪测量。然后提出了二次测量法,先采用连续扫描测量,再进行点位触发测量,提高了测量精度。最后开发了未知CAD模型的曲面测量仿真程序,实现了后续测量点及其矢量的预测,初始扫描测量数据的半径补偿及矢量求取,DMIS程序的生成。本论文的研究是在结合叶片测量实验的基础上进行的,测量规划和程序通过仿真并经实例得到了验证。