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精密测量技术是现代机械行业不可分割的一部分,在精密设计、加工及制造等方面都发挥着十分重要的指导作用,对产品的各项性能以及使用寿命等参数的验证非常重要,所以许多国家都致力于精密测量技术的研究,精密测量设备及技术被各个国家视为优先发展的研究项目。随着自控技术、计算机技术以及激光技术等在精密测量领域里的不断推广使用,精密测量的自动化程度和测量精度不断提高。以坐标式轮廓仪为代表的测量系统精度主要受传感器、导轨、驱动、运动轴间位置关系和环境条件等的影响,研究其影响规律,提高各部分的精度,将有利于提高测量系统的精度。本文提出一种基于共面导轨的三维轮廓测量仪拓扑结构,期望简化三轴坐标式轮廓仪的加工与装调;设计了测量系统并按照系统精度的要求选定了关键部件;深入研究了传动与导轨的性能参数对三维轮廓仪测量精度的影响。论文的研究工作主要有以下几个部分:1、以共面导轨结构为基础,将精密传动技术与开式气浮结构应用于共面导轨三维轮廓仪,对三维轮廓测量仪系统进行了设计。2、开展了开式气浮承载、共面导轨的理论研究,确定了开式气浮承载的结构,并对气浮块的承载与刚度进行了分析,绘制了气膜的承载曲线与刚度曲线,得到气浮块的承载为200-250N,最大刚度为20N/μm;对轮廓测量仪各零部件进行了选型设计。3、围绕几种不同的传动方式进行了相关的研究及设计工作,完成了轮廓仪测量平台的组装,基于直线度误差评定方法,对几种不同传动条件下直线度进行了评定,得到了在磁力传动下X轴直线度为0.31μm/90mm,Y轴直线度为0.61μm/90mm;直线轴承传动X轴的直线度在0.68μm/90mm,Y轴直线度在0.78μm/90mm;钢丝绳传动X轴直线度约在0.7μm/90mm,Y轴直线度约在1.6μm/90mm。4、基于Matlab设计了一套面形测量软件,对磁力传动及直线轴承传动进行了多次重复性测量实验,实验结果表明面形重复性良好,对直线轴承传动平面度进行了测量结果表明轮廓仪的面形测量精度约在1.625μm;并对实验中的误差影响因素进行了相关讨论。