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三坐標測量儀由主機、軟件系統、電氣（控制）系統和測頭系統組成，以下內容主要就三坐標測量儀控制系統進行介紹，
控制系統是測量儀的控制中樞，主要功能：
操縱盒或計算機指令通過系統控制單元，按照設置好的速度、加速度，驅動三軸直流伺服電機轉動，并通過光柵和電機的反饋電路對運行速度和電機的轉速進行控制，使三軸同步平穩的按指定軌跡運動。運動軌跡有飛行測量、點定位兩種方式，飛行方式測量效率高，運動時停頓少。點定位方式適合指定截面或指定位置的測量。可以通過語句進行設置。在進入計算機指令指定的觸測的探測距離時，控制單元會控制測量儀由位置運動速度轉換到探測速度，使測頭慢速接近被測零件。
當通過操縱盒或計算機指令控制運動的測量儀測頭傳感器與被測零件接觸時，測頭傳感器（簡稱“測頭”）就會發出被觸發的信號。信號傳送到控制單元后，立即令測量儀停止運動（測頭保護功能），同時鎖存此刻的三軸光柵讀數。這就是測量儀測量的一個點的坐標。
控制系統內部設有故障診斷功能，對測量儀正常工作及安全有影響的部位進行檢測，當發現這些有異常現象時，系統就會采取保護措施（停機，斷驅動電源），同時發出信息通知操作人員。
配備有掃描功能的測量儀，由于掃描測頭采集的數據量非常大，必須有專用的掃描數據處理單元進行處理，并控制測量儀按照零件表面形狀，保持掃描接觸的方式運動。
雖然控制系統本身就是一臺計算機，但是沒有與外界交互動介面，其內部的數據都要通過與上位計算機的通訊進行輸入和設置。控制信息和測點的數據都通過信息傳輸、交流。交流方式主要是RS232 接口或網卡。
