本发明提供了一种光谱共焦在机测量的光束矢量偏差规划补偿方法，属于精密测量技术领域。将光学位移传感器集成在超精密四轴车床上，搭建光谱共焦在机测量系统，并选定测量参考点，建立初始坐标关系；再分别执行光束方向标定程序和测量原点偏置矢量标定程序；多次执行标定程序与粗调过程直至光束矢量偏差小于机械调整机构的调节分辨率；再依据复杂曲面轮廓计算初始扫描测量轨迹；最后根据最终标定结果规划测量运动，通过补偿直线轴运动，生成光束矢量偏差补偿测量程序。本发明减小了复杂曲面余弦测量误差，并确保测量参考点始终位于测量编程轨迹上，解决了光束方向偏差与测量原点偏置矢量引起的在机测量误差，提高了复杂曲面轮廓的在机测量精度。