随着先进制造领域的不断发展,对零件的加工质量也相应的提出了更高的要求,表面结构作为表征零件加工质量的重要指标,对其进行准确有效的检测已经成为发展先进制造装备的重要前提。现有的表面结构测量技术虽可满足大多数零件的检测需求,但对于复杂直纹面类零件,如叶片、机翼、叶轮等制造领域中的重要零部件,在测量其表面结构时仍存在测量区域有限、无法定点测量、运动误差影响测量精度等局限性。针对上述问题,本文提出一种可定点检测直纹面表面结构的六自由度定位系统,并围绕其测量过程中探头的六自由度定位问题开展了一系列研究,本文主要内容包括:1.根据表面结构标准检测方法,结合直纹曲面的型面特征及侧铣加工机理,明确直纹曲面的表面结构检测方式;分析常用检测设备在测量直纹曲面过程中存在的探头空间干涉与定位问题,提出一种采用横向扫描探头检测直纹面表面结构的六自由度定位系统;针对探头实际定位姿态在绕X、Y、Z方向上存在角度偏差问题,采用数值求解方法分析各角度偏差对测量结果准确性的影响。2.根据探头六自由度定位需求,依据由直纹曲面参数方程定位待测点的处理方式,通过采用OpenGL三维建模技术并建立参数方程(u,v)坐标与UV纹理坐标的对应关系,提出一种基于模型交互的屏幕光标定位待测点方式,实现直纹面上待测点的直观定位及六项位姿信息的获取;针对其无法定点测量问题,进一步提出一种基于模型交互的数值输入定位待测点方式,通过采用人工输入待测点坐标的形式解决该问题。根据两种待测点定位方法的实现原理,分别对其中的模型文件读取、模型交互显示、三角面片拾取以及射线求交拾取点等算法做出设计。3.针对探头定点测量的实现问题,根据系统的运动控制模式,设计探头定位的运行流程;采用多体系统理论构建系统运动学模型,完成系统逆运动学分析,明确探头定位至待测点所需位移量;分别采用标尺和3D寻边器,完成系统机床坐标系原点与工件原点的设定,构建探头定位基准。4.基于VS2010、OpenGL接口及运动控制卡动态链接库,对控制软件进行开发,实现直纹曲面待测点定位及探头自动定位测量功能;并采用黑盒测试方法,完成软件各项功能的正确性测试。借助控制软件,分别开展定位系统的定点重复测量试验和回原点定点重复测量实验,以检验系统的定点测量精度。