超精密加工技术作为制造技术的前沿，是发展极端技术的基础。传统的提高加工精度的方法是采用高精度的机床导轨、轴承等机械构件，目前使用空气惯性动力主轴加工所达到的形状精度仍然不能满足纳米加工的要求，且稳定性较差。20世纪70年代末，美国密执根大学吴贤铭教授提出了通过在线误差检测和动态补偿来提高机床精度的思想，避免了提高系统硬件精度所带来的高成本，为探索获取高精度加工技术提供了新思路，成为现代精密加工技术的发展方向。 回转误差指实际回转轴线相对于理论回转轴线的漂移，一般的表现形式有：径向跳动、轴向跳动和角度摆动等。传统的回转误差测量方法是基于60年代末日本学者大园成大提出的三点法测量原理，其关键技术集中在误差分离技术(EST：error separation techniques)，同时，依据空间限制和获取信息精度的要求在此基础上发展了四点法、二点法、五点法等。测量方法一般是用电容或电感涡流传感器对安装在主轴上的标准球进行单点或多点测量，采集的信息(电感/电容改变量)主要包含主轴径向回转误差、标准球的安装偏心和标准球/棒的形状误差三项。由于在误差分离求解过程中采用了离散傅立叶变换，将同转误差测量精度归结为如何减少谐波加权函数的谐波抑制问题上，因此在原理上存在一定的精度损失。随着误差分离技术的口臻完善，解决传统的测量方法瓶颈问题接近饱和。同时，多传感器测量头不一致性问题、模拟信号不利于计算机后续处理等因素，都制约了传统测量方法的进一步发展。 本文提出一种直接的测量回转误差的方法，是由CCD图像信息传感器、光学系统、信号采集与处理构成的光电非接触式测量系统，可避免传统测量方法中必要的误差分离，且提供的数字信号便于后续计算机处理和在线误差补偿。主要内容有：选取不同特征的实验跟踪标靶、提出相应的数字图像处理方案、误差分析等。采用浮点数得到业像素位置精度的同时，可利用标靶几何轮廓特征获得特定方向角内的运动信息，为进一步研究回转轴运动提供了更为丰富的数据。 本文所述光电检测系统实验在DQR-1型圆度仪空气静压惯性主轴上开展，回转误差测量精度从21.031um提高剑1.6±0.2um，通过进一步优化实验条件，例如交流/直流光源影响、光圈数选择、不同标靶相应的不同图像处理算法等，有望实现0.1um级的测量精度。