数控机床在工作过程中存在各项几何运动误差限制了数控机床的加工精度,进一步提高数控机床加工精度的前提是对其几何运动误差实现高精度检测并进行补偿。数控机床轴间垂直度误差是机床加工精度的重要影响参数,两轴在运动过程中的垂直度反映出数控机床加工轴之间的位置状态变化,决定了机床的性能,因此提出一种高精度快速测量垂直度的测量方法并研制相应的测量仪器是机床加工行业亟待解决的问题。为了解决上述所提出的问题,本论文对国内外相关研究进行了分析,在此基础上结合本课题组已有的基于单模光纤耦合双频激光的六自由度误差同时测量系统,研究设计了五轴数控机床轴间七项垂直度测量的方案。并利用该系统测量了直线轴间三项垂直度误差。该方案主要是通过在同一基准下分别对直线轴和转轴的六自由度误差测量,拟合得到直线轴运动轨迹拟合轴以及旋转轴轴平均线,通过拟合两轴线的夹角,间接计算得到直线轴与直线轴、直线轴与转轴的垂直度误差;并通过笛卡尔坐标系建立完整的数学误差模型,利用光线追迹的方法追踪测量光线从出射到探测器接收光斑的整个过程的光线轨迹,分析了在垂直度测量过程中系统和各项光学元件安装以及加工误差对垂直度测量的影响,并利用ZEMAX软件对误差模型进行仿真模拟,验证所建立误差补偿模型的有效性。同时还利用ISO标准测量方法与本系统做对比实验,进一步验证实验方案以及误差补偿模型的可行性。图41幅,表1个,参考文献55篇。