在科学研究与工程实践中复杂曲面的应用越来越多，其复杂性与精度要求都在不断提高。先进制造技术为复杂曲面加工提供了相对丰富的手段，而曲面测量方法、技术和手段却相对薄弱和滞后，已经难以满足测量需求。研究表明，被测曲面的内蕴性对测量过程的参数优化、误差分析和形状识别等都具有重要意义。曲面测量内蕴特性是指曲面内蕴性在测量中的作用以及由曲面内蕴性引起的测量误差所表现出的特殊性质。深入认识曲面测量内蕴特性有助于丰富曲面测量理论和提高测量精度。为此，本文围绕曲面测量内蕴特性开展了理论与应用研究，主要工作如下:　　(1)研究曲面内蕴性及其在运动学中的意义，阐述曲面的内在运动不变特征;探索形状误差对曲面内蕴性的影响，建立误差曲面数学模型，分析了各阶误差分量对曲面曲率变化的影响以及在测量中的应用;论述了曲面测量内蕴特性的重要涵义。　　(2)研究发现曲面内蕴性对测量的影响，提出曲面测量各向异性问题。从曲面微分邻域形态分析出发，提出曲面测量各向异性概念，定义各向异性误差，揭示曲面内蕴性对测量结果的影响;分析曲面法曲率、测量仪器综合定位误差及工件安置方位与测量误差的关系;说明曲面测量各向异性在曲面测量技术中的应用，提出测量仪器允许最大定位误差计算方法;以渐开螺旋面的测量为例进行了理论分析和数值验证。　　(3)利用曲面内蕴性，研究曲面识别及其形状误差评定方法。系统分析几何形状识别技术研究现状;根据曲面的内在运动不变特征，研究适用于免形状测量的三维空间几何形状识别方法，获取识别特征，并进行仿真数值验证;在形状识别的基础上，提出了基于识别特征的几何形状误差评定方法以及复杂曲面形状误差计算方法，并结合实例进行分析。　　(4)免形状测量机(FormFree300)测控系统研发。为实现免形状测量并验证相关理论研究，搭建免形状测量机测控系统，设计并研制无线坐标测量机操纵盒;设计开发免形状测控软件，包括测量机精度测试模块、测头校验模块、测点采样模块、运动控制卡通信模块、形状识别模块、误差评定模块与三维显示等部分;分析免形状测量机机械结构的加工安装误差及温度等因素对测量机精度的影响，建立免形状测量机的几何误差模型，研究软硬件几何误差补偿方法。　　(5)实验与验证。开展免形状测量机精度测量实验与典型零件测量实验，验证免形状测量机系统稳定性与相关算法的准确性。利用激光干涉仪测量免形状测量机各轴的线性误差与垂直度误差，使用自准直仪测量角度误差，检测测量机的最大示值误差与探测误差;对典型零件进行免形状测量，并进行重复测量实验与对比实验，实验结果表明免形状测量机以及形状识别与误差评定算法具有较好的稳定性和准确性。