回转体工件在工业生产的各种工件中，特别是在国防和高科技领域，占有相当比重，对回转体工件内外表面轮廓测量精度也提出越来越高的要求。针对已有的回转体测量机在实际工作中，内表面测量系统随机误差过大、重复性差的情况，引入了实时误差补偿的方法，设计了一套完整的利用光电自准直仪进行俯仰角误差实时补偿的方案，并绘制了机械加工图，以便将来的进一步的工作。分析了原测量机机械设计方面存在的不足，根据原先的设计，重新设计了一整套内测量系统。包括测头、测头回转体、光栅等性能的选择；滚珠丝杠副和气浮导轨的选型设计；竖直运动非刚性连接系统的设计等。其中，垂直升降系统采用了中心驱动结构代替了吊丝结构；水平运动方向，取消了平衡配重机构，采用了现成的精密定位平台，大大增强了系统的刚度和稳定性。同时建立了内测量系统的误差补偿模型，为将来的工作打下了一定的基础。为防止非接触测头与工件在测量过程中发生碰撞，利用OpenGL建立了回转体测量机的虚拟三维运动仿真模型进行实时监测。同时，提出了虚拟环境下一种基于点面最短有效距离的防碰撞算法，并且将其应用于虚拟回转体测量系统中，作为防止测头与回转体工件碰撞的重要手段。实验证明测试点与工件内表面最小距离控制在误差允许的范围内，而且系统运行时能够在测头与工件碰撞产生前及时发出警报，停止当前的测量机运行，可以有效避免测头与工件之间的碰撞。该算法具有判断简单、响应快速的特点，对于非接触测量中测头的安全防护，具有实际的工作意义。