运用金刚石刀具的超精密车削机床具有极高的定位精度与较多的自由度，可以实现复杂微结构阵列的高精度、超光滑加工，在航空航天、半导体制造领域得到广泛应用。尽管超精密金刚石切削技术的加工精度受到机床定位精度的保障，但实际加工过程往往时间跨度较大，难免由于刀具磨损等不可避免的因素而导致加工误差。因此，针对加工面形高精度测量数据进行相应的误差补偿，对于加工出大面积高精度微结构阵列元件至关重要。尽管目前具备高精度测量能力的面形检测手段种类繁多，但其中大部分工作在离线测量模式，这种模式下的测量易引入工件二次装夹误差，且影响加工效率。本文开发了基于扫描探针测量原理的在位检测系统获取加工面形测量数据;提出了基于高斯曲率特征点加权评估的面形匹配算法，并据此建立了加工面形测量结果与设计面形的误差评定机制。分别针对平面复眼与球面复眼，设计并完成了面向面形加工过程的在线测量实验，定量分析了加工误差的空间分布余量，并探讨了相应的误差补偿测量。论文基于扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope,SPM)设计并开发了面向微结构阵列加工过程的在位测量系统，提出了相应的在位螺旋测量的对中方案;提出了一种高斯曲率特征点的提取方法，并利用所提取的特征点分布信息实现了测量面形与设计面形的快速匹配;针对平面复眼和球面复眼结构，设计完成了在位测量实验，并结合测量结果对超精密机床的加工效果进行了评估。通过在位测量系统研发以及在位测量匹配算法研究，为实现“设计-加工-测量”一体化流程提供参考，推动微结构阵列超精密加工技术的发展。