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直线度是表征机械性能参数的一项几何量，直线度误差的检测属精密测量技术领域研究重点之一。论文分析了目前国内外直线度测量的研究现状，对比了各种直线度测量方法的优缺点，针对基于激光外差干涉原理的直线度及位置测量方法，进行仪器化的相关研究。论文描述了基于激光外差干涉原理的直线度及位置的双自由度测量方法和系统的组成，分析了各类光学元件所引入的直线度及其位置的测量误差，建立了相应的数学模型，并进行了仿真分析。仿真结果表明：对于直线度，由激光束椭圆偏振引入的非线性误差最大，其非线性误差的抖动达到了1000nm；而对于位移，激光束角漂、偏振分光镜以及检偏器引入的直线度误差均在50nm左右。对于渥拉斯顿镜和直角反射棱镜发生倾角时，引入的误差为正弦型误差量，直线度的测量误差均为800nm左右，位移的测量误差均为20nm左右。论文采用FPGA模块设计了该直线度及其位置测量方法的信号处理系统，提出了一种干涉信号处理方法：除了原始测量信号，另外产生一路延时45度的测量信号，当原始测量信号与参考信号的相位差接近0度、180度和360度时，将参考信号与延时后的测量信号进行鉴相处理，反之则将参考信号与原始测量信号进行鉴相处理，从而减少测量误差。编写了基于FPGA的Verilog配置语言程序，由FPGA进行测量信号的鉴相处理，负责与上位机的通讯工作；设计了上位机的人机互动界面，将由信号处理系统发送给上位机的参数按照一定的算法进行计算，求出被测直线度及其位移值。为了验证所研制测量系统的可行性，分别进行了10μm、100μm、250μm、500μm和1000μm步距测量实验，将本系统测量所得的位移值与德国Physik Instrumente公司的M-521.DD线性导轨的步距值进行对比，得出两者的位移测量误差。实验测量结果表明测量系统的位置测量误差均值为2μm，均方差为1μm，直线度测量值的误差均值为300nm，均方差为900nm。