一、引言

在航空航天、光学元件、半导体设备制造中，超精密机床的运动轴直线度直接影响加工面形精度。通过长度计量手段对机床X/Y/Z轴的直线度进行高精度校准，是实现亚微米甚至纳米级加工能力的关键。

二、直线度校准的基本原理

使用激光干涉仪或电子自准直仪，沿运动轴方向测量多个点的角摆偏差（俯仰、偏摆），结合直线度基准（如光学直角尺或高精度导轨），计算实际轨迹与理想直线的偏离量（μm/m级）。

三、核心技术与系统组成

双频激光干涉仪系统
分辨率可达0.1 nm，支持多轴同步测量。

高精度反射镜与转镜组件
用于测量直线度、角摆、垂直度等参数。

环境补偿单元
实时监测温度、气压、湿度，修正空气折射率影响。

误差分离与补偿软件
生成数控系统可用的误差补偿表（Backlash Compensation）。

四、典型应用场景

五轴联动加工中心几何精度验证
满足VDI/VDE 2617或ISO 230-2标准。

光刻机工件台运动精度校准
保证曝光过程中扫描路径的直线性。

超精密车床主轴径向跳动检测
结合直线度数据评估整体运动性能。

机床大修后精度恢复评估
验证导轨修刮或滚珠丝杠更换效果。

五、挑战与未来发展趋势

挑战：

环境振动影响测量稳定性；

长行程测量累积误差大；

动态运动下直线度难以捕捉。

未来方向：

发展光纤传感分布式直线度监测系统；

推进在线嵌入式激光测量模块；

结合AI预测热变形趋势并实时补偿；

建立超精密机床全生命周期几何精度管理平台。