传统的正交坐标测量机以其成熟的技术与强大的功能而享有“测量中心”的称谓，非正交坐标测量系统以其独特的优点同样得到了广泛的应用。本文研究了一种非正交坐标测量系统——六自由度柔性关节式坐标测量机，该仪器具有测量范围大、使用灵活轻便等优点，但限制其实际应用的关键就是其测量精度的问题，本文主要研究工作正是围绕这一点展开的。 首先使用了D-H方法对所设计的柔性坐标测量机的机械结构进行了运动学模型分析，给出了测量机的测量方程式，分析了测量机的测量空间。利用微分运动理论建立了柔性坐标测量机的误差模型。推导出了测量机测头位置系统误差与随机误差的表达式，并探讨了测量机热变形误差。给出了零件公差与测量机测头位置误差之间的定量关系，并以此为基础给出了测量机零件公差优化模型，进行了测量机关键杆长比例优化设计研究。针对测量机关节误差对测头位置误差的传递系数进行了分析研究。并进行了测量机各个关节的误差分配。 建立了柔性坐标测量机的多种结构参数标定模型。包括：基于高精度正交三坐标测量机的单点标定模型，以及基于空间距离的标定模型。在基于空间距离的标定模型中，指出其中只有21项结构参数线性无关，并给出了具体的单点锥窝标定法、空间直线位移标定法、以及基于步距规的标定法。这些标定方法简单实用，且效率高，尤其是步距规标定法，具有极高的实际应用价值。 针对非线性最小二乘法求解21项结构参数时的解的抗干扰性、结构参数可辨识性问题进行了深入的研究与讨论。从使用高斯-牛顿法的求解过程、以及算法收敛性条件的角度，指出在标定柔性坐标测量机21项结构参数时，必须使得初始值的选取充分接近真实值，同时还要尽量减小Jacobin矩阵的条件数，给出了标定时一种实用的采样策略。 进行了与柔性坐标测量机精度相关的实验研究。采用常见的大尺寸量块对测量机的结构参数误差进行了标定，并对柔性坐标测量机的整体精度进行了测试，测试结果表明，在标定前后，测量机的空间距离测量精度从标定前的毫米级提高到±0.1mm，精度提高了近100倍，使得其测量误差中的系统成分得到了修正。 由实验所测的关节回转误差、编码器随机误差等数据，结合推导出的柔性坐标测量机误差模型，计算得到的测量机测量空间距离的极限误差值与实际测试值基本吻合。这不但证明了标定模型与技术得到了较为理想的结果，还证明了本文所提出的柔性坐标测量机误差模型的正确性。 本文的理论建模与实验研究构成了提高柔性坐标测量机整机精度的核心研究内容，由此形成了一套切实可行的核心关键技术，这套技术保证了将柔性坐标测量机的精度提高到能够实际应用的水平，对于柔性坐标测量机的产品化起到了决定性的作用。文中提出的误差模型还指出，要想继续提高测量机的整机精度所必须满足的最低条件，并能依据误差模型从整机能够达到的精度等级反算测量机各个关节所应该满足的最低精度水平，这对于柔性坐标测量机的优化设计与节约成本有实际的指导意义。同时，文中提出的结构参数标定模型简便实用，实验成本低且标定效果极为明显。因此，本文研究得出的误差模型、标定模型已经能够全面应用于柔性坐标测量机的制造与产品化，具有极高的学术与实际应用价值。