在描述三维物体时，有一系列的基本几何元素。对于每个规则几何形状，在几何测量中用来描述形状误差的特性为：线—直线度；面—平面度；圆—圆度；球—球度；柱—圆柱度。对于直线度测量的应用，比如测量产品的直线度，如直尺、工件，又比如测量物体运动是否为直线运动。本文将介绍直线度测量的相关概念以及一些测量的方法。
直线度测量
1定义及参考规范
直线度被认为是两维的特性参数。也就是说，在平面的两维方向上，偏离直线的误差。直线度轮廓定义为理想平面和与之垂直的直线度平面的交线。局部直线度误差指的是直线度轮廓上的点到基面上直线之间的距离。基线可通过zui小二乘线性回归法或zui小包容区域法来计算。总的直线度误差STRt是偏离基线的zui大值之和，即轮廓线峰谷值。对于产品的直线度表示为STRt，物体运动的直线度表示为Txy,Txz。
图1.1直线度相关示意图
式中，S(x)为沿着X坐标方向的直线度误差。
2 直线度测量的主要方法
（1）直线度基准比较
直线度测量是以直线为参考基准，通过机械方法(直尺、直线等)或光学基准(瞄准线、光束等)来实现测 量。应用实例有直线度测试仪、直线度干涉仪、准直望远镜及激光准直仪。
（2）斜率积分
此方法基于局部斜率测量技术和对高度差求和的表面轮廓重建技术。因此，被测量是角度及距离。对于角度测量，需要独立的参考基准。对于采用光学方法进行角度测量，是以视线为基准的。对于机械式斜率测量通常指的是重力线。倾斜角测量是采用自准直仪，角干涉仪或电子水准仪来实现的。
3基于光束的直线度测量
对于光学对准系统，基准或参考基线定义为精密光学仪器的光轴。在不同配置的望远镜、准直仪和靶标，位置或角度对测量很敏感。
（1）对准式望远镜：它要建立准确的视线。光学系统的根本特性是聚焦过程中要精确保证系统光轴方向不变。从望远镜筒末端到无穷远物距的大范围内，这些仪器可用来确定靶标相对于参考基线的偏离量，可用于炮口、导轨、轴及平面对准等。
图3.1前焦面处有分划板的对准式望远镜
（2）对准式准直仪：用于沿着参考基线的一定距离内投影分划板的像。实际中，与对准望远镜结合使用,使得靶标移到无穷远处。由于在望远镜与准直仪之间是平行光束，系统对光轴的横向位移变化反应不灵敏，因此对靶标的横向位置变化也不灵敏，但对角度变化响应灵敏，因此，则对准直仪的倾斜变化灵敏。这种结构可用于相对于参考基线的方向对准上，应用在炮口、竖井及导轨的对准等方面。
图3.2前焦面处有分划板的对准式望远镜和对准式准直仪
（3）自准直仪：其中的准直仪也可当作观察式望远镜来用。只要在准直仪的前焦面附近安装一分束器即可实现自准直。这种结构可用于平面镜安装时相对于光学基线的方向对准。
图3.3自准直仪，可观察到平面反射镜的倾斜方向
（4）对准式自准直仪：它可以同时测量靶标倾斜方向和横向位移。因此，靶标是平面反射镜和分划板的组合。
图3.4准式自准直仪，它是准直望远镜与自准直仪的组合
（5）激光束对准
在现代对准系统中，光学望远镜的视线基准越来越多地被准直激光束所代替。借助于电子靶标(位置敏感探测器或四象限探测器)的帮助，相对于视线的偏离量能被精确地测出并显示或记录。这种系统可用在移动滑块的直线度测量中或用于轴或孔沿着视线方向的对准中。靶标的灵敏度取决于测量范围及光束直径。典型值是1～10μm的数量级。
图3.5采用准直激光束的直线度测量或对准
需要注意的是由于衍射，激光束的发散角、直径w(z)会随着距离z按下式变化：
式中，w0=w(0),为激光束腰处的直径，λ为光波长。
（6）直线度干涉仪
偏振式干涉仪由双折射棱镜(渥拉斯顿棱镜)组成，棱镜可把输入光束分为偏振方向正交的两弯曲光束。为了再次合成，固定的角反射镜反射光束，并在棱镜中发生干涉。干涉信号通常在分束器后激光器的腔体内接收，棱镜的横向位移将改变两偏振光束之间的光程差，并在干涉相位中引入线性变化。因此，棱镜相当于移动靶标。
图3.6直线度干涉仪
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