本书为作者及其团队40年来在坐标测量领域探索的学术总结。书中对坐标测量系统的原理、特色与关键技术做了介绍。除了根据用户特定需求开发了一些具有相应性能的测量机与测头外，作者团队主要致力于坐标测量系统及其误差传播模型的建立、标定以及补偿的实现，为提高坐标测量系统的精度与性能提供了重要途径。这些相关技术同样可用于机床、机器人等领域。

本书为作者及其团队40年来在坐标测量领域探索的学术总结。书中对坐标测量系统的原理、特色与关键技术做了介绍。除了根据用户特定需求开发了一些具有相应性能的测量机与测头外，作者团队主要致力于坐标测量系统及其误差传播模型的建立、标定以及补偿的实现，为提高坐标测量系统的精度与性能提供了重要途径。这些相关技术同样可用于机床、机器人等领域。

本书可作为测量与运动机械开发与使用人员的参考资料，也可作为高等院校相关专业本科生与研究生的参考用书或选修教材。

高等院校教师

测量是认识世界的主要工具。当今的时代是信息时代，测量是从自然界、生产和科学研究中获取信息的主要手段。门德列耶夫指出，科学是从测量开始的，没有测量就没有科学，至少是没有真正的科学、精确的科学。我们生存在三维空间，一切物质存在于三维空间。尺寸、形状、位置是物体的基本属性，对它们的测量构成了物理学中的基本测量。坐标测量技术将各种几何量测量归结为坐标测量，这是几何量测量的革命，也是其发展方向。

1999年，在中德计量科技合作规划倡导下，出版了代表几何量测量前沿方向的《现代干涉测量技术》和《三坐标测量机》两书。后者由我主编，书很快售罄。不断有人问我书的情况，希望再版。海克斯康测量技术（青岛）有限公司负责人表示，这本著作对坐标测量机的研发和使用都有重要意义，再版后他们会大批购买，除可提高员工技术水平外，还可送给其所有用户，帮助用户更好地理解和使用测量机。2004年，海克斯康根据自身丰富的实践经验，编写了一本有重要价值的《实用坐标测量技术》。尽管如此，他们一直还希望有一本涉及面更宽、理论与技术层次更深、对制造者与用户均有指导意义的著作。

但是编写一本能够反映坐标测量技术发展、满足读者要求的书，绝非一件易事。由于种种原因，一直未能动笔。直接促成本书编写的是一次优秀图书评选会。大家对某专著给予了很高的评价，一致建议授予一等奖。机械工业出版社的领导表示，一些老专家将自己毕生的探索与积累写成专著很有意义，对人才培养、科技和经济的发展都有重要价值。

上述表态给了我很大鼓励，但没有想到会花费近10年时间。原因是多样的：一是有些工作虽然做了，但当时没有留下可供参考的资料，更谈不上系统地总结；二是面对大家的鼓励与期望，总想写得好些，但又力不从心。

我介入坐标测量机的研究，是从1981年到美国国家技术与标准研究院精密工程处做访问学者开始的。开始他们对我并不信任，让我按一份测头的图样抓一下制造工作，做些实验。经过研究，我发现原设计存在较大问题，提出了自己的设计方案。实验表明，我新设计的测头具有优异的性能，取得了他们的信任，并让我与一位美国朋友一起，进行通过误差补偿提高坐标测量机测量精度的研究。我在补偿方案、机器模型建立、误差标定线的选取、标定方法、误差分析等方面提出了一系列有创意的思想，成为实际上的主持人。经过一年多的工作，在世界上首创实现了热与空间几何全误差补偿，将一台测量机的误差由40μm减至2.7μm。由此获得了1983年美国最佳100项科研成果奖，部分研究成果写入了美国国家标准和国际标准。如今，误差补偿技术已经成为坐标测量机普遍乃至必须采用的一项技术。

在完成任务的同时，我还学习了不少知识，并与国际上的一些知名专家建立了友谊。回国以后，继续从事坐标测量的研究。我作为一名学校的老师，既无力也不应在测量机和测头产品开发上与制造商竞争。虽然应一些单位的需求，开发了相应具有特殊要求的非正交坐标测量系统和新型测头，但始终将主要精力集中在基础与关键技术研究上，致力于提高测量机的精度与扩大应用范围，更好地适应科技和生产发展的需要。工欲善其事，必先利其器。为了提高工件的测量精度，首先需要完善对机器的误差分析、数学模型的建立、误差的标定与补偿。我们所研究的技术同样可用于机床、机器人、智能机械等需要精确位置控制的机械中。在尺寸计量学基础上，形成机器计量学的新学科方向。美国北卡罗来纳大学夏洛特分校与天津大学都为研究生开设了相应课程，并互访讲学，合作编写教材。为反映本书主要内容，我们将其定名为坐标测量系统与机器计量学。

在现代的研究中，任何工作都不可能凭一己之力完成。在我们的研究成果中，软件与控制系统均由刘书桂教授主持完成。他自主开发的POSCOM测量数据处理软件，经德国国家物理技术研究院（PTB）检定，达到了最高级A级水平，并成功应用于我们开发的所有坐标测量系统中。本书第6章由他供稿。他在光笔式测量机方面做了大量深入的研究，为本书提供了详细的资料。本书虽然主要由我执笔，但这里凝聚着兄弟单位及我们团队中多位老师和多位研究生的创造性劳动和辛苦付出。由于人数太多，难以一一列名，只能在参考文献中列举了他们的部分学位论文和在刊物上发表的论文。1999年，天津大学出版社出版的《三坐标测量机》一书，为本书提供了重要基础，需要特别向参加该书编写的陆伯印、郭俊杰、王为农、H. Kunzmann和W. Lotze等人致以衷心的感谢。

作为专著，本书应将主要内容集中在我及所在团队做过的工作上，但是为了本书的完整性和系统性，参阅了大量文献。团队的工作也是在众多前人工作的基础上完成的。个人对于自己的研究成果，总会认为有独到之处，才会醉心研究。但是否在某些方面最佳，还要经过长时间的大量考验。我及团队的工作十分有限，为了能够让读者同时了解更多研究动态，参考文献中也给出了部分相关资料。必须承认，自己的工作肯定会有许多不足，加上我已经退休多年，对新情况不够了解。在众多相关人士的鼓励和支持下，我还是愿意将自己的一些认识和体会奉献出来，供大家参考，请不吝赐教。如果本书能对坐标测量技术与类似机械的发展有所借鉴意义，我将无限欣慰。

张国雄