三坐標測量機的測頭系統是由測座、測頭、探針等組成，是數據采集的傳感器系統，三坐標測量機在對工件進行測量時，能夠根據測頭系統探測工件，返回工件表面的點數據，通過三坐標的軟件系統(如AC-DMIS)計算各類幾何形狀、尺寸等。
1.測頭座
測頭座是探測系統中連接三坐標測量機移動軸與測頭的部分，測頭信號通過測座同三坐標測量機控制系統的測頭接口相連。測座有多種，主要分為手動可旋轉測座、固定測座、萬向探測系統三種。
2.測頭
測頭是測量機觸測被測零件的發訊開關，它是坐標測量機的關鍵部件，主體為探測傳感器，一般由獨立的控制系統控制，其主要包括測量力的控制、測量過程控制、測點的感知、與坐標測量系統通訊等。
3.探針
安裝在測頭上，并接觸被測量元件，典型結構為測桿+紅寶石球。不同形狀和規格，確保測頭不受限制的對工件所有特征元素進行測量，整個探針系統包括：接長桿、轉接件、探針(組)等。探針系統可以根據相關的測量要求，通過對這些構件的組合與配置，形成各種結構形式，以完成不同的測量任務。
4.附件
1)加長桿
加長桿探針的輔助測量，具有測量較深位置特征的能力。
2)更換架
由于被測工件的復雜性，在實際測量工作中不可能由一個探針(系統)完成所有的測量任務，更換架可對測量機測座上的測頭/加長桿/探針組合進行快速、可重復的更換，在同一測量系統下對不同的工件進行*自動化的檢測。
3)標準球
由坐標測量系統供應商提供的一個(組)已知直徑的高精度球(球度誤差很小)，用來標定和校準探測系統。這個裝置在平時使用過程中必須注意保護，因為它是測量機精度的依據之一，也是使用很頻繁的一個裝置。
