máy đo kích thước 3d đầu tiên được phát triển bởi Công ty Ferranti của Scotland vào những năm 1950 [ 1 ] do nhu cầu trực tiếp đo các thành phần chính xác trong các sản phẩm quân sự của họ, mặc dù máy này chỉ có 2 trục. Các mô hình 3 trục đầu tiên bắt đầu xuất hiện vào những năm 1960 (do DEA của Ý và LK của Vương quốc Anh sản xuất), và điều khiển máy tính ra mắt vào đầu những năm 1970, nhưng CMM hoạt động đầu tiên đã được Browne & Sharpe phát triển và đưa ra bán tại Melbourne, Anh. Leitz Đức sau đó đã sản xuất một cấu trúc máy cố định với bàn di chuyển.
Trong các máy móc hiện đại, phần kiến trúc thượng tầng kiểu cổng trục có hai chân và thường được gọi là cầu. Chân này di chuyển tự do dọc theo bàn đá granit với một chân (thường được gọi là chân bên trong) theo một thanh dẫn hướng gắn vào một bên của bàn đá granit. Chân đối diện (thường là chân bên ngoài) chỉ đơn giản là nằm trên bàn đá granit theo đường viền bề mặt thẳng đứng. Vòng bi khí là phương pháp được lựa chọn để đảm bảo di chuyển không ma sát. Trong những vòng bi này, khí nén được ép qua một loạt các lỗ rất nhỏ trên bề mặt ổ trục phẳng để tạo ra một đệm khí trơn tru nhưng được kiểm soát mà CMM có thể di chuyển theo cách gần như không có ma sát, có thể được bù trừ thông qua phần mềm. Chuyển động của cầu hoặc cổng trục dọc theo bàn đá granit tạo thành một trục của mặt phẳng XY. Cầu của cổng trục chứa một giá đỡ di chuyển giữa các chân bên trong và bên ngoài và tạo thành trục ngang còn lại. Trục chuyển động thứ ba (trục Z) được cung cấp bằng cách bổ sung một ống trụ hoặc trục chính thẳng đứng di chuyển lên xuống qua tâm của giá đỡ. Đầu dò cảm ứng tạo thành thiết bị cảm biến ở đầu ống trụ. Chuyển động của các trục X, Y và Z mô tả đầy đủ phạm vi đo. Có thể sử dụng các bàn xoay tùy chọn để tăng khả năng tiếp cận của đầu dò đo với các phôi phức tạp. Bàn xoay như một trục truyền động thứ tư không tăng cường các kích thước đo, vẫn là 3D, nhưng nó cung cấp một mức độ linh hoạt nhất định. Một số đầu dò cảm ứng tự chúng là các thiết bị quay được cấp nguồn với đầu dò có thể xoay theo chiều dọc hơn 180° và xoay toàn bộ 360°.
máy đo kích thước 3 chiều hiện cũng có sẵn ở nhiều dạng khác nhau. Bao gồm các cánh tay CMM sử dụng các phép đo góc được thực hiện tại các khớp của cánh tay để tính toán vị trí của đầu bút stylus và có thể được trang bị các đầu dò để quét laser và hình ảnh quang học. Các CMM cánh tay như vậy thường được sử dụng khi tính di động của chúng là một lợi thế so với các CMM cố định truyền thống: bằng cách lưu trữ các vị trí đã đo, phần mềm lập trình cũng cho phép di chuyển chính cánh tay đo và khối lượng đo của nó xung quanh bộ phận cần đo trong quá trình đo lường. Vì cánh tay CMM mô phỏng tính linh hoạt của cánh tay con người, chúng cũng thường có thể tiếp cận bên trong các bộ phận phức tạp mà không thể thăm dò bằng máy ba trục tiêu chuẩn.