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摘要
高超精密回转轴在高端装备中应用广泛，而回转运动误差会影响这些设备的精度。第一类传统的回转运动误差测量技术往往需要一个高精度标准器件作为参考，由于标准器形状误差的限制，其不可避免地降低了回转运动误差测量精度，而误差分离技术又很繁琐且费时。第二类基于光学方法回转运动误差测量技术则无法获得高测量精度并且难以获得轴向运动误差。分析了超高精度非球面测量仪器中回转运动误差的影响，并概述了现有两类回转运动误差测量方法。最后分析了所提出的基于复合激光靶标的回转运动误差测量方法，该方法可以测量转轴在运动过程中五个自由度误差，具体包括轴向、径向和角度误差。在这种方法中，建造了一个包含激光点光源和激光准直光束的复合激光靶标，并将其安装在转轴上作为参考基准，其用于标记转轴在回转过程中的位置，通过测量复合激光靶标的位置和角度来获得转轴的姿态。差动共焦显微测量技术被用于测量激光点光源的轴向位置，以获得转轴的轴向误差；传统显微光路用于测量激光点光源的径向位置，以获得转轴的径向误差；准直测量光路用于获得激光准直光束的角度，以获得转轴的角度误差。对轴向和径向误差的分辨力分别为4 nm和2 nm，对角度误差的分辨力为0.2μrad。此外，该方法还在空气转轴上进行了测试，并证明了在使用该方法获得转轴运动误差的可行性。综上，该方法通过光学参考装置替代传统标准器件来获得转轴误差，而无需额外的误差分离过程。在超高精度测量设备中，该方法有利于实现回转运动误差的实时监测，有望在超精密加工和测量等领域进行更多实际应用。
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单位北京星航机电装备有限公司; 北京理工大学
