在旋转轴系中,空心轴是常见的轴类零件,空心轴的内孔和外圆同轴度误差严重影响空心轴的工作性能和使用寿命。现有的同轴度测量方法,测量精度偏低,测量步骤复杂,大多都需要转动被测对象,对大尺寸大质量的空心轴的孔-轴同轴度测量还存在一定难度,亟需开发一款适合大尺寸大质量的空心轴的内孔和外圆同轴度测量装置。本文提出了一种共空间直线基准的空心轴内孔和外圆同轴度测量方案,可以实现对大尺寸大质量的空心轴的孔-轴同轴度等参数进行精密测量。方案如下:首先利用无衍射光基准发生器发射无衍射光束,构建公共的无衍射光直线基准,测量多个内孔截面轮廓圆,求出各个截面轮廓圆圆心相对于公共的无衍射光直线基准的空间位置,拟合出一条内孔直线轴线,将该轴线作为同轴度评定的基准;再测量多个外圆截面轮廓圆,求取各个截面轮廓圆圆心相对于无衍射光直线基准的空间位置,进而求取各个外圆截面轮廓圆圆心相对于拟合内孔直线轴线的空间距离,最后求得外圆和内孔的同轴度。基于该测量方案,本文定义了坐标系,推导了各坐标系之间的变换矩阵,建立了同轴度算法的数学模型,推导了一套完整的数据处理方法。设计了专用的测头,制作出一台内孔和外圆同轴度测量装置的实验样机,开发了同轴度测量数据处理算法,并编写了数据处理软件。此外,本文还制定了同轴度测量装置中位移传感器零位校准的方案,进行了校准实验,并将校准结果写入程序中,提高了测量装置的测量精度。利用该同轴度测量装置进行实验,将实验数据进行处理得到了实验结果。最后,对实验的测量结果进行了分析,并对该同轴度测量装置的合成标准不确定度进行了分析,确定其同轴度结果测量不确定度为10.66um。