三坐標測量機采用非接觸光學測頭測量工件，有以下優點：
1、沒有測量力和摩擦，可以用于測量各種柔軟和易變形的物體；
2、因為不接觸被測件，三坐標測量機可以很快的對物體進行掃描測量，測量速度和采樣頻率都較高；
3、光斑可以做的很小，可以探測一般機械測頭難以探測的部位，也不需要進行測端半徑補償；
4、許多光學測頭具有大的量程，這是一般接觸測頭難以達到的；
5、同時探測的信息豐富。
用光學測頭測量物體，并不是測量物體本身的幾何形狀，而是所“看”到物體的光學反差結構。除物體的尺寸特性外，物體的輻射特性對測量結果也有較大影響。如照明情況、表面狀態反射情況、陰影、擋光、對譜線吸收情況等，都會引入附加誤差。所以光學測頭不能簡單地以測量不確定度或zui大允許誤差來表征，而要在非常確定的工作條件下，來討論測量不確定度。 

近年來光學測頭發展非常迅速，現可以將應用到三坐標測量機上的光學測頭分為五類：
1、一維測頭：如三角法測頭、激光聚焦測頭、光纖測頭等；
2、二維測頭：主要是各種視像測頭，如利用CCD攝像機測量平面輪廓；
3、二維加一維測頭：在二維測頭基礎上，再增加對焦功能，使其能實現三維測量；
4、三維測頭：如體視式測頭；
5、接觸式測頭：先用測端拾取工件表面位置信息，再用光學原理進行轉換。