随着精密装备制造业与尖端工业的快速发展,对圆柱形回转体类零部件的加工和装配精度要求更为苛刻,这就对该类零部件表面轮廓的测量精度提出了更高的要求。然而,现有超精密圆柱轮廓测量技术仍存在以下两个问题:1)圆轮廓测量模型不完善,主要表现在:现有圆轮廓测量模型中未考虑传感器测量线偏移误差对测量的影响,且对模型中的偏置参量仍采用简化方法进行估计,存在较大的估计偏差;2)圆柱度测量仪基准间位置误差难以精确识别和分离,主要表现在:现有方法在进行基准间位置误差分离时,严重地破坏了仪器原有的测量状态,且对分离精度无法进行自校准。这两个问题已成为制约超精密圆柱轮廓测量水平提升的技术瓶颈。本课题“双参数圆轮廓测量模型和特征法位置误差分离技术研究”针对上述两个问题开展了理论分析、建模和实验研究工作,力图为提升我国超精密圆柱轮廓测量能力和水平,形成圆柱度国际测量比对能力提供理论基础和技术储备。本文完成的主要创新性工作如下:建立了一种双偏置参数圆轮廓测量模型,该模型中同时包含试件偏心误差和传感器测量线偏移误差两个偏置误差参量,可完整精确地反映各偏置误差参量对圆轮廓测量的影响机理和作用规律;同时提出了一种基于非线性最小二乘拟合原理和单纯形寻优估计的偏置参量求解方法,可实现对试件偏心参量、传感器测量线偏移参量和模型中其它参量的精确估计。提出了一种基于圆柱标准器自身特征参照的基准间位置误差分离方法。该方法在保持仪器原有测量状态不变的前提下,充分利用圆柱标准器自身几何特征的参照作用,通过将圆柱标准器正置和倒置于仪器回转工作台上,并分别回转测量对应截面的圆轮廓,建立起测量截面的几何特征与直线运动基准线对应位置的几何关系,进而反映出回转基准线与直线运动基准线对应位置上的确切几何关系,并解析分离出基准间位置误差。最后,对本课题研究的相关内容进行了实验验证。首先,对建立的双偏置参数圆轮廓测量模型及基于参数优化的偏置误差分离方法进行了验证,实验结果表明,双偏置参数圆轮廓测量模型原理正确,基于非线性最小二乘拟合原理和单纯形寻优估计方法,可实现对偏置误差的有效分离。其次,在作者所在课题组自行研制的超精密圆柱度测量仪上,对提出的基准间位置误差分离方法进行了验证,一方面,采用三个具有不同几何特征的圆柱标准器对仪器的基准间位置误差进行分离,实验结果表明,三个圆柱标准器对同一段基准间位置误差的分离结果具有很好的一致性;另一方面,在对圆柱度测量仪的基准间位置误差进行分离并补偿后,使用该仪器分别对三个圆柱标准器进行正置和倒置测量,实验结果表明,包含温度漂移和机械漂移等在内的全部测量误差对基准间位置误差分离精度的影响小于25nm/100mm,且圆柱标准器正置和倒置时测得的圆柱轮廓形状一致,该方法可将仪器基准间位置精度提高一个数量级。