为了加快制造行业的升级,我国于2016年在《中国制造2025》计划中将高档数控机床作为一个重要的领域。数控机床的加工精度一方面受其生产制造工艺的制约,另一方面也受到使用过程中部件变形等方面的影响。目前,提升数控机床的加工精度主要有以下两个方面:一种方法是通过改善数控机床的结构设计、加工和装配环节的工艺;另一种方法是通过有效的误差检测和误差补偿技术。从生产制造工艺上来进行数控机床加工精度的提高是最直接、有效的方法,但是考虑到目前的加工和装配工艺很难实现短时间内大幅度提升。因此,亟需一种有效的误差检测和误差补偿技术来提升数控机床的加工精度。本课题针对目前误差检测方法繁琐、检测成本大且效率低的问题,提出了一种低成本、高效率且量程扩展自由的几何误差检测方法,并完成以下工作:1.通过对现有的几何误差检测方法优缺点的分析,提出了一种基于旋转抛物面型和平面面型组合的自由曲面作为测量基准件,实现多参数测量的方法。2.完成了测量系统的光路设计、光电探测器和测量光源的选型。根据测量系统的预设指标完成了基准件面型特征参数、测量系统的量程和分辨率的计算;另外考虑实际应用时单个基准件的量程较小的问题,设计了一种可拓展的大量程测量方案。3.通过对CMOS图像传感器采集到的光斑图像进行能量分布和形状特征的分析,提出了高斯二维曲面拟合算法实现光斑位置提取的方案;并对该算法检测光斑位置的精度和稳定性进行了实验验证。4.对设计的几何量参数检测系统完成标定和测量工作,标定工作主要是针对L型基准件阵列和斜率探测系统的安装误差。测量工作主要验证了系统进行位移测量和角度测量的精度、重复性和稳定性;并根据结果分析影响系统测量精度的因素。