本发明公开了一种主轴五自由度回转误差的光学测量方法与装置。由安装于被测主轴轴端经过精密车削的法兰、四个点激光发生器、四个CCD相机(简称CCD)及其它附件组成。测量过程中法兰随被测主轴一起转动，四个点激光发生器发射四束激光入射到法兰锥面，激光经锥面反射后投射到四个CCD上。主轴没有回转误差时，每个CCD上得到的光斑位置都处于CCD中心；当主轴存在回转误差时，CCD上光斑的位置将发生变化。通过对CCD上激光位置的捕捉和后续处理，可以实现主轴径向跳动δx，δy、轴向窜动δz以及主轴绕X、Y轴的偏转误差εx，εy的测量。该方法结构简单，设备成本低，可以实现主轴五自由度回转误差非接触在线测量，具有较快的测量速度。