深孔加工过程复杂，经常出现刀具走偏现象，导致产品轴线产生偏差，其“长度大、孔径小”的特点也使全面直接检测深孔轴线直线度误差成为全国性技术难题。传统检测方法大都具有检测精度低、易受场地限制或使用成本高的缺点，无法满足航空航天、汽车发动机制造等行业对深孔产品的高精要求。为此，本文对深孔轴线直线度误差全面直接检测技术展开了研究。本文先从加工方式、导向套装配、导向套-钻头配合间隙等方面分析了深孔加工轴线出现偏差的机理，说明控制深孔加工过程的复杂性及孔轴线出现偏差的必然性。然后，在常用深孔轴线直线度误差检测模型基础上，根据微分几何知识，通过引入曲线标架，运动地分析了曲线特性，得出一种基于“孔轴线微元向量”的新型深孔直线度误差检测模型及其表达式，论证了深孔轴线实际要素与理想要素之间存在的相交、平行或者异面三种关系，其中，微转动量的引入弥补了传统模型仅考虑实际要素上任意测点对理想要素微平移量的不足之处，使直线度误差检测更为全面。最后，本文研究了基于上述两种模型的不同检测方法，设计了相应检测结构，分别对其检测微平移量或微转动量的原理及算法进行了论证分析，通过将两种结构简化模型进行拆解研究了其结构的振动特性与自适应性，结合Matlab软件直观得出了孔内壁起伏振动变化对检测系统核心部件的位移响应曲线，表明孔内壁起伏变化对两种检测系统影响分别处于-0.1mm~0.1mm和(0~6)×10-5mm范围内，影响均很小且后者比前者检测更稳定可靠。由于采用了平行光源、四象限探测器、激光探头或光栅角度传感器等光电器件，方案可实现全程动态非接触式检测，直接反映深孔轴线直线度误差水平。