数控机床作为国家装备制造业的工作母机,其水平和生产能力反映了国家的技术、经济综合能力。“中国制造”2025中提出要加快高档数控机床等前沿技术和装备的研发,以提升可靠性、精度保持性为重点,开发高档数控系统。实现对机床几何误差高效、高精度的检测并对其进行补偿是亟待解决的问题。三轴机床的21项几何误差中,包含直线度误差、定位误差、垂直度误差及角度误差,针对目前机床几何误差检测过程繁琐、设备体积较大等问题,课题组提出了一种基于组合面型基准件的机床误差检测方法,本文主要针对角度误差测量进行分析,研究内容如下:1、针对激光干涉仪等传统方法测量镜组调整费时、设备昂贵等问题,提出了一种基于平面与旋转抛物面组合的L型基准件对运动轴多个参数同时测量的方法。该方法以角度测量为基础,根据机床几何误差中需要辨识的参数,分别建立了角度误差、位移量及垂直度误差与角度测量的关系模型,为机床几何误差检测奠定了新的理论基础。2、角度测量作为本文的研究目标,根据设计的基准件面型特征,提出并设计了一种小直径测量光束的角度测量系统。根据设计的旋转抛物面与平面组合面型基准件的参数,测量光束的直径在微米级别,所设计的样机的尺寸为27 mm×50 mm×180 mm,实现了角度测量的小型化设计。同时完成了对所设计系统的ZEMAX仿真,验证了该测量原理的正确性。3、针对角度测量系统中成像光斑的特征,提出了一种适用于本课题的光斑中心定位方法。以质心法、高斯拟合法等作参考,完成了不同算法下光斑中心坐标的稳定性与精度实验分析,验证了本文提出的方法的合理性。该方法自身定位精度在0.66μm内,根据接收器像素尺寸2.2μm×2.2μm及透镜焦距f=100 mm,算法自身的角度测量精度为0.7″,可初步应用于测量精度要求不高的场合。4、根据设计的二维角度测量系统,设计并完成了角度测量系统的标定及L型基准件的标定实验,并在此基础上以三维位移台为测量平台完成了运动轴二维角度的测量实验,与高精度激光干涉仪相比,运动轴的俯仰角误差、偏摆角误差均在±2″以内,满足设计要求。