在精密机械加工行业中导轨直线度和角度误差是影响加工工件质量的重要因素,传统的干涉方法检测过程烦琐而漫长,研制一种能同时测量导轨多自由度误差的仪器具有较大的应用前景。本论文为即将开展的6自由度同时测量研究搭建了基础平台,即研制了4自由度同时测量仪器。仪器采用半导体激光器单模光纤组件为光源,有效地减少了激光器本身的光线漂移,为直线度和角度的测量提供了高精度和高稳定性的测量基准光线。采用角锥棱镜作为敏感单元并后向反射光束,减小了仪器结构体积。采用四象限探测器和位置敏感探测器作为光电检测器件,通过单片机采集和处理数据,实现了机床导轨四自由度(X、Y方向直线度、偏摆角、俯仰角)的同时测量。仪器具有结构简单、操作方便、测量精度高、实时性强的优点,同时测量头不带电缆,能满足长距离移动测量的要求,并且仪器的成本大大低于国外产品。本论文完成了器件参数的选择,仪器的光路、电路设计和软件的编写以及仪器的组装调试,并进行了大量的实验以及误差分析。实验结果表明,直线度测量精度在±800μm的范围内达到了1μm,角度测量精度在±600"的范围内达到了3"。