由于螺纹具有不同角度形状的复杂螺旋沟槽,难以准确测量其几何形貌和参数信息,要想掌握螺纹表面三维信息,就要开发螺纹的三维测量设备,也有利于改善我国高端螺纹依赖进口的现状。本文主要针对三维螺纹测量机用接触式测头的设计机理进行建模分析,对其结构进行优化,针对可仿真部分进行静态与动态的有限元分析,最后搭建装置进行实验加以验证测头的特性。所展开的工作主要有以下几个方面:（1）分析了三维螺纹测量机的测量原理,优化了接触式测头的结构类型尤其是测针部分,确认了测头特性的研究方法,介绍了有限元法以及通用力学仿真软件ANSYS以便于测头的特性研究。（2）在传统接触式测针的基础上针对探测孔和螺纹特征,提出了“T型”圆珠笔状测针,并对测头的内部结构进行了优化。利用ANSYS平台可进行仿真的静态特性有线性度、刚度,通过模态分析确定固有频率为193.91Hz,以及通过谐响应分析确定工作频率范围。（3）搭建试验台测头配合螺纹测量机使用,进行了静态特性测量,回程误差为0.29μm,重复性误差为0.24μm;用敲击法得出测头的固有频率为180Hz。（4）通过分析测针扫描控制原理,建立了测针碰撞被测件的动态运行模型,提出了测量运动的影响因素为R轴运行速度vR与平行簧片的刚度k,进行理论分析并加以验证。以三维螺纹测量机为实验背景,提出了测头的动态特性影响因素有预压量l、Z轴的运行速度v、采样间距T。通过极差分析最优的测量搭配为预压量60μm、Z轴扫描速度为0.5 mm/s、采样间距10ms,其中采样间距的影响最大,对其适当优化过滤无效数据点,计算得到测量结果波动部分可以使拟合平均残差平方和误差减小91.0%,线性误差减小了67.4%,进而提高了三维螺纹测量机的测量精度。