高精度轴承球在滚动导轨、丝杠、轴承等产品中有着广泛应用,而轴承球的球度误差是造成轴承球低频振动的主要原因。现有的轴承球专用的球度检测方法主要为三正交测量法,测量效率高,但是测量范围较小,需要多次转动以测量不同的位置,通用的球度测量方法中又普遍引入了基准变动误差。因此本文以高精度轴承球球度测量为主要研究目标,研究适合于轴承球球度测量的测量方法,兼顾测量效率及精度。本文的主要研究内容有:以高精度与高效率为目标提出采用非接触式纬线法进行轴承球球度测量的测量方法。使用稳健高斯滤波对测量数据进行滤波处理,以降低异常信号对滤波结果的影响。推导了最小二乘法等球度评价方法。针对非接触式纬线法,研究了其25项几何误差项对测量结果的影响,通过齐次坐标变换建立了测量模型,获得了对测量结果影响较大的6项主要误差项。基于上述测量方法,进行了高精度轴承球球度仪研制。设计了具有较高直线度的气体静压垂直轴结构,并对气膜、柔性丝母座进行了仿真分析。以高精度、高采集频率、有一定的曲面测量能力为目标,对高精度测量传感器进行选型。为实现轴承球的快速定位,研制了锥形快换夹具,并对机械系统的精度进行了估计,能够满足设计需要。基于IMAC-FXV2运动控制器,设计了电控系统,并进行调试。使用MATLAB与C++混合编程思想进行了上位机程序编制。在调试完成之后,利用电感测微仪对气体静压转台进行回转精度测量。利用光电自准直仪对气体静压垂直轴进行直线度检测。对G5级轴承球进行了单一圆度测量及评定。对12mm轴承球进行了球度测量实验,验证了该球度测量方法的准确性。采用三正交法所得的球度误差为78.050nm,验证该球度测量方法的可行性。