（华中科技大学机械科学与工程学院，武汉 430074）

表面质量对机械零件的工作精度、摩擦磨损、润滑、密封等性能有很大的影响，在生产科研中需要用表面形貌测量仪器准确可靠地测量工件表面，分析表面特性，从而优化结构设计，提高零件的工作性能。

触针式表面形貌测量的动态特性好，测量精度高，对测量环境要求相对较低，在实际工程中应用广泛。传统的触针式表面测量仪采用杠杆式触针结构，触针的实际运动是绕杠杆支点的转动，而非直线运动，因此不可避免地会产生非线性误差，需要进行非线性误差补偿。英国泰勒公司研制的Form Taylor PGI测量仪采用标准球进行拟合补偿非线性误差，但拟合算法对非线性误差补偿的精度影响较大[1–2]。范一保等[3]通过合理安装传感器角度实现了非线性误差二次消除，而传感器的安装存在误差，会对测量结果引入新的误差项，补偿精度有限。

气浮轴承具有无摩擦、运动平稳、回转精度高等特点，在精密运动机构、精密加工主轴等领域广泛应用，能够降低运动摩擦阻力和功耗，实现轴系的高速旋转，提高加工精度和加工效率[4–6]。2009年英国国家物理实验室（NPL）[7–8]研制的可用于三维可溯源测量的空间形貌测量仪，将气浮轴承用于表面形貌测量仪中触针位移的支承，实现垂直方向测量不确定度5nm。2011年德国联邦物理技术研究院（PTB）[9]研制的二维表面形貌测量仪也采用了气浮触针式位移传感器，气浮轴承对触针的支承性能决定了测量精度和测量效率，针对表面测量过程中触针轴要求高精度高速直线运动，需要分析气浮触针位移传感器的支承特性。……