原理：三次元量测仪可定义为：一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传送讯号，三个轴之位移量测系统(如光学尺)经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标(x,y,z)及各项功能量测的仪器。其工作原理是利用光栅绕射所制成的量测系统俗称光学尺，其光源经过瞄准透镜而投射到游动刻度尺和主刻度尺，藉其光波产生Moire条纹明暗讯号之原理，由光电管接收其信号，经放大及修正后即可显示出来，其系统及输出信号情形。
操纵：
1、量测前预备：
(a)检查空气轴承压力是否足够
(b)安装工件
2、测头选择及安装：
(a)将适当之测头装于Z轴承接器
(b)检视Z轴是否会自动滑落(否则应调整红色压力平衡调整阀)
( c)锁定各轴之适当位置
3、量测操纵：
(a)开启处理机电源
(b)启开打印机开关
(c)参考操纵手册，选择所需功能之指令
(d)进行量测，并读出量测值
4、完成后留意事项：
(a)Z轴移至原来位置后，锁定
(b)X,Y轴各移至中心，锁定
(c)关电源及压力阀
(d)取下测头
(e)并作适当的保养
三坐标测量仪有不同的操作需求、测量范围和测量精度，这些对选用三坐标测量仪是很重要的。
按三坐标测量仪结构可分为如下几类：
1.移动桥架型
(Moving bridge type)
移动桥架型，为最常用的三坐标测量仪的结构，轴为主轴在垂直方向移动，厢形架导引主轴沿水平梁在方向移动，此水平梁垂直轴且被两支柱支撑于两端，梁与支柱形成“桥架”，桥架沿着两个在水平面上垂直和轴的导槽在轴方向移动。因为梁的两端被支柱支撑，所以可得到最小的挠度，且比悬臂型有较高的精度。
2.床式桥架型
(Bridge bed type)
床式桥架型，轴为主轴在垂直方向移动，厢形架导引主轴沿着垂直轴的梁而移动，而梁沿着两水平导轨在轴方向移动，导轨位于支柱的上表面，而支柱固定在机械本体上。此型与移动桥架型一样，梁的两端被支撑，因此梁的挠度为最少。此型比悬臂型的精度好，因为只有梁在轴方向移动，所以惯性比全部桥架移动时为小，手动操作时比移动桥架型较容易。
3.柱式桥架型
(Gantry type)
柱式桥架型，与床式桥架型式比较时，柱式桥架型其架是直接固定在地板上又称为门型，比床式桥架型有较大且更好的刚性，大部分用在较大型的三坐标测量仪上。各轴都以马达驱动，测量范围很大，操作者可以在桥架内工作。
4.固定桥架型
(Fixed bridge type)
固定桥架型，轴为主轴在垂直方向移动，厢形架导引主轴沿着垂直轴的水平横梁上做方向移动。桥架(支柱)被固定在机器本体上，测量台沿着水平平面的导轨作轴方向的移动，且垂直于和轴。每轴皆由马达来驱动，可确保位置精度，此机型不适合手动操作。
5. L形桥架型
(L-Shaped bridge type)
L形桥架型，这个设计乃是为了使桥架在轴移动时有最小的惯性而作的改变。它与移动桥架型相比较，移动组件的惯性较少，因此操作较容易，但刚性较差。
6.轴移动悬臂型
(Fixed table cantilever arm type)
轴移动悬臂型，轴为主轴在垂直方向移动，厢形架导引主轴沿着垂直轴的水平悬臂梁在轴方向移动，悬臂梁沿着在水平面的导槽在轴方向移动，且垂直于轴和轴。此型为三边开放，容易装拆工件，且工件可以伸出台面即可容纳较大工件，但因悬臂会造成精度不高。此型早期很盛行，现在已不普遍。
7.单支柱移动型
(Moving table cantilever arm type)
单支柱移动型，轴为主轴在垂直方向移动，支柱整体沿着水平面的导槽在轴上移动，且垂直轴，而轴连接于支柱上。测量台沿着水平面的导槽在轴上移动，且垂直轴和轴。此型测量台面、支柱等具很好的刚性，因此变形少，且各轴的线性刻度尺与测量轴较接近，以符合阿贝定理。
8.单支柱测量台移动型
(Single column xy table type)
单支柱测量台移动型，轴为主轴在垂直方向移动，支柱上附有轴导槽，支柱被固定在测量仪本体上。测量时，测量台在水平面上沿着轴和轴方向作移动。
9.水平臂测量台移动型
(Moving table horizontal arm type)
水平臂测量台移动型，厢形架支撑水平臂沿着垂直的支柱在垂直(轴)的方向移动。探头装在水平方向的悬臂上，支柱沿着水平面的导槽在轴方向移动，且垂直轴，测量台沿着水平面的导槽在轴方向移动，且垂直于轴和轴。这是水平悬臂型的改良设计，为了消除水平臂在轴方向，因伸出或缩回所产生的挠度。
10.水平臂测量台固定型
(Fixed table horizontal arm type)
水平臂测量台固定型，其构造与测量台移动型相似。此型测量台固定，、轴均在导槽内移动，测量时支柱在轴的导槽移动，而轴滑动台面在垂直轴方向移动。
11.水平臂移动型
(Moving arm horizotal arm type)
水平臂移动型，轴悬臂在水平方向移动，支撑水平臂的厢形架沿着支柱在轴方向移动，而支柱垂直轴。支柱沿着水平面的导槽在轴方向移动，且垂直轴和轴，故不适合高精度的测量。除非水平臂在伸出或回收时，对因重量而造成的误差有所补偿。目前应用在车辆检验工作。
12.闭环桥架型
(Ring bridge type)
闭环桥架型，由于它的驱动方式在工作台中心，可减少因桥架移动所造成冲击，为所有三坐标测量仪中最稳定的一种。