在精密仪器加工行业中导轨滚转角误差是影响加工工件质量的重要因素之一,而滚转角误差测量是所有误差分量中最难实现的。目前已有的滚转角测量方法或者测量精度低,或者结构复杂、独立,不易与其它自由度测量相集成为多自由度误差测量系统。本论文研究了一种利用特殊光学元件特性的滚转角误差测量方法。系统采用带有温控的半导体激光器单模光纤组件作为光源,有效地降低了激光器本身的光线漂移,为滚转角误差测量提供了高精度和高稳定性的基准光线。采用特殊加工的棱镜作为敏感单元,通过此棱镜出射光线直线度测量,间接实现滚转角误差测量。系统结构简单,实时性强,测量头没有电缆连接,能满足长距离移动测量的要求。更为重要的是,此测量方法可以较容易地实现与其它自由度误差测量相集成,构成多自由度同时测量系统。本论文完成了系统光路、电路设计和软件编写,实现了五自由度误差测量系统的集成,并进行了实验验证和误差分析。结果表明,系统具有很好的重复性和稳定性。通过与电子水平仪的对比实验,验证了本文所提出的滚转角测量方法的可行性,其测量精度为3arcsec,并就特殊棱镜的加工误差所引入的滚转角测量误差进行了分析。