在现代制造工程中,如何实现准确有效地获取工作台多自由度误差是精密制造领域研究的热点。其中激光测量有着快速、精准、非接触等优点,在多自由度误差测量中得到了广泛的应用,但激光束性能受诸多因素影响限制了系统精度及稳定性进一步地提升。本文针对此不足,利用无衍射光传输过程中保持稳定的优点以及莫尔条纹放大的特性,结合道威棱镜对角度变化(滚转角、俯仰角)敏感的特点,通过理论分析、姿态误差模型推导及图像处理,为精密工作台四自由度误差提供了一个切实可行的测量方法。主要内容有:首先,结合无衍射光的数学模型解释了其光斑尺寸及强度不随传播距离发生变化及自修复特性,比较了几种不同生成无衍射光的方法,从中优选轴锥镜生成测量所需无衍射光并对其光强分布进行了仿真;理论分析了莫尔条纹数与两无衍射光斑中心间距的关系,给出了两光斑中心间距的测量方法,并结合具体实验进行了验证;分析了道威棱镜成像特性,利用矢量分析和矩阵转换建立了道威棱镜对入射光线的转换矩阵,得到了三种角度误差下出射光线方向的变化情况。其次,结合理论基础给出了以道威棱镜与半透半反镜作为误差敏感元件的测量方案,对测量原理和步骤,以及硬件选型进行了说明;根据各误差下两路测量光线方向变化情况,建立了两测量点偏移量与四种误差具体的数学模型,并给出了多自由度混合误差分解方法;根据两测量点光强分布特性选择了合适的定心方法,并分析了利用莫尔条纹数计算测量点2位置的误差来源。再次,通过Matlab对滚转角、偏摆角、俯仰角以及铅锤方向位移四个自由度误差以及工作台不同位移下测量点1、2的位置进行了仿真,得到不同误差值对应两个测量点坐标具体的改变量。最后,搭建了验证实验光路,利用旋转台以及升降台模拟三个方向角度和铅锤方向位移的变化,分别采集步进角度为0.1°,步进升降位移为0.1mm下测量点坐标改变量,进而得到了角度和位移的计算结果。并在此基础上进行了三次重复性试验,与给定值相比,角度误差小于6%,位移误差小于3%,角度重复误差为0.01°,位移重复误差为0.005mm,证明了本测量方法的可行性及稳定性。