直线度是表征各类高端装备中运动平台或精密导轨性能的重要几何参数,直线度的高精度测量是保证高端装备整体性能的先决条件。本文从国家对高端装备制造的需求出发,对新型直线度及位移同时测量技术展开研究,提出了一种渥拉斯顿棱镜移动式激光单频干涉直线度及位移同时测量方法,设计了一种结合渥拉斯顿棱镜与半透半反镜的移动测量镜,避免了由被测对象旋转角度变化引起的直线度测量误差,利用激光单频干涉测量技术,减小了测量过程中的周期性非线性误差,实现了直线度及位移的高精度测量。论文主要研究工作和创新点如下:1.以直线度及位移同时测量的实现方法为出发点,在激光单频干涉测量技术的基础上,提出了渥拉斯顿棱镜移动式直线度及位移同时测量方法,引入正弦加三角波复合调制解调方法来获取三束测量光束的相位信息,减小了相位检测过程中的非线性误差,在不增加任何测量光束的情况下实现直线度及位移的高精度同时测量。2.建立了渥拉斯顿棱镜旋转角度变化所引起的直线度测量误差分析模型,理论研究了渥拉斯顿棱镜的偏摆角、滚转角以及俯仰角变化对直线度误差测量的影响情况,推导得出了直线度测量误差表达式,并根据表达式提出了直线度测量误差的消除方法。3.基于正弦加三角波复合调制解调方法,设计了渥拉斯顿棱镜移动式激光单频干涉直线度及位移同时测量信号处理系统,基于Quartus II开发环境实现了信号处理系统的硬件设计,基于LabVIEW 2015开发平台实现了信号处理系统的上位机控制软件设计。完成对直线度误差及位移三路测量信号的采集、分析以及处理。4.搭建了渥拉斯顿棱镜移动式激光单频干涉直线度及位移同时测量实验装置,分别进行了可行性验证实验、渥拉斯顿棱镜旋转角度误差模型验证实验、应用性验证实验。可行性验证实验验证了直线度误差以及位移测量方法的有效性,0.1μm和0.01μm步进垂直直线度误差测量实验中,实验结果的标准偏差分别为11.47nm和2.23nm;0.1μm和0.01μm步进线性位移测量实验中,实验结果的标准偏差分别为0.57nm和0.78nm。渥拉斯顿棱镜旋转角度误差模型验证实验验证了渥拉斯顿棱镜旋转角度误差模型的正确性,在0-216μrad范围内,偏摆角以及滚转角变化所引起的直线度测量误差位于±0.032μm范围之间;当渥拉斯顿棱镜安装架位于合适位置时,俯仰角变化所引起的直线度测量误差位于±0.048μm范围之间。应用性验证实验中,直线度误差以及位移测量数据均同英国Renishaw公司的XL80激光干涉仪测量数据进行了比对,标准偏差分别为0.299μm和0.048μm。