从控制系统的角度划分，三坐标测量机可分为手动型、机动型及CNC数控型三种模式。早期的三坐标测量机以手动型和机动型为主，当时的控制系统主要完成空间坐标值的监控与实时采样。随着计算机技术及数控技术的发展，CNC型控制系统变得日益普及，高精度、高速度、智能化成为三坐标测量机控制系统发展的主要趋势。

　　1、手动控制系统

　　手动控制系统主要包括坐标测量系统、测头系统、状态监测系统等。

　　坐标测量系统是将X、Y、Z三个方向的光栅信号经过处理后，送入计数器，CPU读取计数器中的脉冲数，计算出相应的空间位移量。

　　测头系统的作用是当手动移动测头去接触工件，测头发出的信号用作计数器的锁存信号和CPU的中断信号;锁存信号将X、Y、Z三轴的当前光栅数值记录下来，CPU在执行中断服务程序时，读取计数器中的锁存值，这样就完成了一个坐标点的采集。计算机通过这些坐标点数据分析计算出工件的形状误差和位置误差。

　　随着半导体技术与计算机技术的发展，可将光栅信号接口单元、测头控制单元、状态监测单元等集成在一块PCI或ISA总线卡上，直接插入计算机中，使得系统可靠性提高，成本降低，便于维护，易于开发。

　　手动三坐标测量机结构简单、成本低，适合于对精度和效率要求不是太高、而要求低价格的用户。

　　2、机动控制系统

　　与手动型控制系统比较，机动型控制系统增加了电机、驱动器和操纵盒。测头的移动不再需要手动，而是用操纵盒通过电机来驱动。电机运转的速度和方向都通过操纵盒上手杆偏摆的角度和方向来控制。

　　机动型控制系统主要是减轻了操作人员的体力劳动强度，是一种过渡机型，随着CNC系统成本的降低，机动型测量机目前采用得很少。

　　3、CNC控制系统

　　CNC系统的测量过程是由计算机控制的，它不仅可以实现自动测量、自学习测量、扫描测量，也可通过操纵杆进行机动测量。

　　数控系统以控制器为核心，数控型三坐标测量仪除了在X、Y、Z三个方向装有三根光栅尺及电机、传动等装置外，还具有了以控制器和光栅组成的位置环;控制器不断地将计算机给出的理论位置与光栅反馈回来的实测位置进行比较，通过PID参数的控制，随时调整输出的驱动信号，努力使测量机的实际位置与计算机要求的理论位置保持一致。

　　由于实现了自动测量，大大地提高了工作效率，特别适合于生产线和批量零件的检测。由于排除了人为因素，可以保证每次都以同样的速度和法矢方向进行触测，从而使测量精度得到很大的提高。

　　数控控制系统不但具有PID调节功能，还具有速度、加速度前馈控制，并具有三个控制环，即电流环、速度环及位置环。