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基于多测头光学扫描法对导轨直线度的在位测量方法，提出一种新的倾角补偿的三测头扫描方法。介绍了测量原理，推导了基于最小二乘法的直线度形状重构方法，重构出的形状可精确反映直线度误差的高频成分，且对测量噪声有良好抑制能力。对算法进行了仿真验证，并由实验验证了提出方法的有效性。实验结果表明，该方法可以精确地还原出台阶状的直线度形状，测量标准偏差在10μm以内。