复杂光学曲面具有特殊的几何形状,在实现特殊光学性能、简化光学系统整体构造、提升成像质量等方面表现突出。目前,单点金刚石超精密车削技术是加工复杂非球面和复杂光学曲面的常用方法。然而,由于其复杂的几何形状,使得通过一次加工就达到所要求的面形精度和表面粗糙度较为困难。在实际加工中,往往需要将加工后的零件取下进行检测,并通过重新装夹进行补偿加工这样的反复过程,才能得到最后所需要的精度。在逐渐发展起来的众多光学复杂曲面面形测量技术中,大多需要将工件取下进行离线测量,这不可避免地会引入重复装卡定位误差,导致面形精度难以进一步提高。相反,原位测量可以对加工完后的零件直接进行面形检测,而不需要将其取下,避免了重新装卡带来的问题。因此,开发以超精密车床为平台的原位测量系统,实现光学零件的原位测量,是十分必要的。论文的主要工作包括:1.为了满足气浮导轨的高性能要求,基于有限差分法提出了具有小孔节流的空气静力润滑模型(ALM)。通过流量误差反馈和网格参数优化的组合,求解了数值模型,优化了孔口直径、数量和位置等轴承结构,获得了气浮导轨的静态特性。最后,对气浮导轨的静态性能进行了测试,理论结果与实验数据吻合较好。2.论文对原位测量系统的误差来源进行了分析。从误差补偿的角度出发,得到了误差的相关性质、产生规律和对测量精度的影响,并准确掌握误差之间的相互作用机理。通过对各项几何运动误差的建模,得到了各项误差之间的传递规律。进行了垂直度误差对曲面测量影响的仿真,得到了实现亚微米量级测量精度所需要的垂直度要求。3.建立了具有笛卡尔坐标测量原理的原位测量系统,实现了基于超精密车床的原位测量。同时,对典型工件进行原位测量实验,验证了所搭建的原位测量系统的准确性。同时,对影响原位测量系统精度的主要误差来源开展了测量。通过直线度拼接重构,测量得到导轨全行程的直线度大小为0.8μm/300mm。通过稳定性和重复性实验,测量了原位测量系统的重复性精度为0.22λ。