随着逆向工程和虚拟制造技术等先进制造理论的不断发展和实际应用，出现了虚拟坐标测量机(VCMM)，VCMM是对坐标测量技术的发展，是三坐标测量机一个新的发展方向。在机械设计与制造中，自由曲面零件是在现代工业中常遇到的零件，对其进行三维几何形状测量是完成产品质量评定或为逆向工程提供数据的关键。 本文对三坐标测量机核心部位的主机进行了结构设计、模型简化，基于图形学理论使用CAD设计软件Solidworks完成了三坐标测量机的三维造型、虚拟装配和干涉检查。通过数据接口将三坐标测量机模型导入仿真软件MSC.visualNastranDesktop中，添加约束副、进行驱动并采用VisualBasic语言对其进行了二次开发建立了虚拟坐标测量机。 以虚拟坐标测量机为测量工具，解决了测头连续接触、测头运动轨迹控制等一些技术问题，对自由曲面截形进行扫描测量，获取测量数据。虚拟坐标测量机的测头采取尖锥形及半球形等形式。尖锥形测头不存在测头半径补偿问题，可完全消除由于半径补偿产生的误差，可快速、准确地获取测量数据。半球形测头的三维模型是理想半球，对自由曲面截形进行虚拟测量时，其接触点全部落在半球端平面的边缘上，使半径补偿从三维转化为二维，采用三点共圆求法线法和曲线拟合法等二维半径补偿方法对测量结果进行了处理，获得了自由曲面截形的测量数据，实现了测量仿真、半径补偿和数据读取等功能。 最后，通过对已知CAD模型的测量，验证了虚拟坐标测量机的测量精度、尖锥形测头测量结果及半球形测头的测量原理和补偿方法，证明了所开发的虚拟坐标测量机对自由曲面截形测量的的可行性与数据的可靠性。