直线度测量是形状误差测量中非常重要的一项测试内容,对仪器的精度有着直接的影响,是机械制造、仪器校准和误差补偿中的关键。目前的直线度测量研究中,大多是以激光为载体的测量方式。本文从实际应用出发,采用三坐标测量机的三轴为测量研究对象,设计了一种基于激光光斑圆心位置偏移的适用于三维系统的直线度测量方法。具体研究内容如下:首先,分析了现有的导轨直线度测量方法,提出了基于激光光斑圆心偏移计算的导轨直线度测量装置的设计方案,并搭建和调试三维测量装置。由激光干涉仪发出的一束激光经光路传播后到达安装在被测导轨移动靶标上的平面反射镜,反射后入射到CCD相机,由相机获取光斑图像。多次等距离移动装有平面反射镜的靶标,获得多张光斑图像。其次,结合图像处理技术,对光斑图像进行图像处理,采用高斯曲线拟合法对图像中的光斑进行亚像素级边缘提取,利用Hough圆检测拟合光斑边缘轮廓,通过形心法获得圆心坐标。计算每个测量位置获得的圆心坐标与初始测量位置的圆心坐标之间的距离,并利用像素尺寸标定法计算得到实际值。通过最小二乘法计算得出被测导轨的直线度误差。最后,设计测量点采样间隔实验,以便在测量导轨直线度时确定合适的测量点个数及测量点采样间隔;设计与三坐标测量机的对比实验,将利用本文方案得到的实验结果与三坐标测量机得到的测量数据进行对比,以验证测量方案的正确性;用本文所提设计方案测量三维系统中三个轴的直线度误差,并对实验误差进行分析。实验结果表明,测量误差不大于25μm。本文提出的直线度测量装置结合了光学测量技术和图像处理技术,实现了对三维系统中三轴各自的直线度误差测量,并得到了较为准确的结果。该测量装置结构简单、易于操作,为大、长导轨以及大型三维系统中各轴的直线度误差测量提供了良好借鉴。