主轴的运动误差是指主轴在运动过程中实际的回转轴线相对于理想回转轴线的偏移。在机床加工、制造业、航空航天、新能源等领域中,对于主轴误差的测量和修正是极其重要的。本文针对主轴运动误差,进行了基于双频激光干涉测量方法的研究,提出了一种双频激光单光源,同时分三条光路的测量方案,测量系统具有稳定性高,抗干扰能力强,精度高的特点。主要工作内容和结论如下:推导了双频激光干涉测量微位移的一般模型,设计了单光源分三光路干涉的测量方案,信号采用相位测量。该方案的原理为,当三条干涉光束通过作为共同靶镜的猫眼中心入射时,沿原光路反射形成共光路干涉,得到猫眼的空间位移,间接反映了主轴运动误差。通过坐标变换成功提取猫眼中心在空间坐标系下的点云坐标,用圆柱拟合的方法得到主轴轴线,在此基础上,推导了主轴运动误差的计算方法,并对作为三条干涉光路共同靶镜的猫眼逆反射器进行仿真设计。搭建了基于双频激光干涉的主轴运动误差测量的实验平台,测量得到了主轴的运动误差。分析了系统热漂移,环境温度变化,激光器性能参数,相位测量精度,光束平漂和角漂,光束方向标定等因素对于测量的影响。根据分析,光束的平漂和角漂,光路方向测量对于测量的不确定度影响较大,在进行短时间误差测量时不确定度为0.12微米。实验结果显示和理论分析一致,对主轴运动误差的测量有一定的指导意义。