随着现代科技技术的进步,当今制造业有了长足的发展,对高精度乃至超高精度的需求也随之而来。数控加工中心以及三坐标测量机等设备作为制造业的常用设备是保证产品加工精度的重要环节。作为构成这些设备的21项空间几何误差的重要组成部分,直线导轨的几何误差测量无疑是最重要的。单轴直线导轨的几何运动误差由六个部分组成,包括:水平直线度误差、竖直直线度误差、定位误差、俯仰角误差、偏摆角误差以及滚动角误差。实现对这六个自由度几何运动误差的准确测量是保证和提高机床加工精度的重要途径。传统的测量方法或调试过程繁琐,只能一次测量单一的自由度;或系统设计复杂,成本高昂;亦或者是结构简单,但精度达不到要求。因此,研究一套精度高、成本低、使用简便,能同时测量直线导轨多自由度几何运动误差的测量系统具有重要意义。本文基于激光测量技术,通过一定的光路设计,将准直测量和角度测量相结合从而实现对导轨五个自由度误差的同时测量。本研究选取半导体激光器作为激光光源,通过偏振分光镜和1/4波片将单束光分为两束光。第一束透射光到达传感器端后经过分光镜分成两束光,分别用于准直测量和俯仰角、偏摆角测量。第二束光通过反射镜的角度调节,与第一束光保持平行用于准直测量。通过对两个准直四象限探测器测量结果的换算,可以计算得到水平直线度误差、竖直直线度误差以及滚动角误差。最终实现了对直线导轨五自由度几何运动误差的同时测量。此系统具有高集成性、体积小、测量精度高、安装使用简便的特点。本研究完成了测量系统的光路设计、机械结构设计、上位机的软件编写以及系统的搭建和设备调试,对测量系统的精度进行测试。实验表明系统的稳定性和重复性都较好。在800mm的导轨距离上,直线度测量的精度在±100μm的范围达到±2μm,分辨率0.05μm,角度的测量精度在±100″的范围达到±3.0″,分辨率为0.5″。为进一步的提升测量系统的精度,分析了测量系统的误差来源,提出了基于机器学习方法的Ridge回归算法。实验比对表明,相较于传统算法,使用机器学习的方法能够相较于传统的四象限定位算法在精度上提升75.8%,具有重要的应用意义。