高精度的球类零件被广泛应用在精密仪器、航天航空、石油化工等领域,球表面形状误差对各设备的性能有很大影响。因此,如何准确地测量和评定球表面误差对于学术研究和工程实践都具有一定的意义。目前,球表面误差的测量方法主要包括三坐标测量机法、圆度仪测量法等,球度误差的评定方法主要为三正交测量法,一般只能获取部分球度表征信息。相比上述测量方法,双回转轴测量方法具有理论精度高、测量轨迹灵活、无基准变动误差等优点,但在系统误差标定、装置结构形式等方面的研究存在薄弱环节。因此,本文基于双回转轴测量方法开展了相关问题研究,主要研究内容有:首先根据双回转轴测量方法的基本测量原理及特点,分析了该方法存在的系统误差,并提出了系统误差的标定方法,从而建立三维测量模型。然后,分析了不同加工工艺下球体的敏感误差方向,规划了双回转轴的三种运动轨迹,以提高测量效率。在上述方法基础上,进行了测量系统研制与集成工作。首先对主轴、转台两个关键运动部件和高精度非接触式位移传感器进行选型,对调心工作台、各支承等结构进行设计。然后采用ANSYS软件对装置整体动静力学进行仿真分析。接着为了实现各轴的运动控制,基于CK3M运动控制器,设计了电控系统。最后完成了测量系统的集成。为检验测量装置的精度,设计了双回转轴精度检测实验,采用高精度位移传感器分别测量主轴与转台的径向、轴向回转误差。为了验证装置测量结果是否准确可靠,设计了标准球球度误差测量实验,采用不同测量轨迹方案对同一标准球进行测量,测量结果与标准球标称值进行比较。为了更进一步验证装置的可行性,采用三坐标测量方法和双回转轴法两种不同测量方法对车削类工件进行测量,比较两种方法的圆度与球度结果。通过以上三个实验,验证了基于双回转轴的测量方法的可行性与正确性。