随着大型光学系统在天文观测、空间目标识别等领域的应用越来越广泛，大型光学镜面的加工和检测面临着很大的挑战。传统的面形检测工具，存在测量行程不足，测量环境要求高等缺点，无法满足当前大型光学镜面检测需求。摆臂式轮廓仪具有动态范围广、测量精度高和在位测量的优点，可以直接架在光学加工机床旁，将加工机床转台作为工件转台，进行镜面面形的在位检测，提高镜面加工效率，避免搬运风险。但是加工机床转台运动误差较大，影响面形的测量精度，使面形测量结果不能正确反映镜面的实际面形。本论文的主要任务是利用双测头数据拼接技术，实现工件转台的误差分离，去除工件转台角晃动和轴向窜动引入的测量误差，提高摆臂式轮廓仪在位测量精度。本论文的主要研究工作包括如下几个方面：（1）研究了摆臂式轮廓仪系统结构和工作原理，对摆臂式轮廓仪的误差组成进行了归纳并建立了误差模型，分析了各项误差对测量结果的影响，并给出了相应的误差去除方法。（2）给出了双测头数据拼接技术的原理和数据拼接步骤，分析了双测头数据拼接技术的扫描轨迹设计方法，编写了扫描轨迹生成软件。（3）根据实际实验仪器的精度，给出了不同精度工件转台扫描数据拼接前后面形仿真结果，验证了双测头扫描数据拼接技术的可行性。（4）搭建了双测头摆臂式轮廓仪测量系统。详细介绍了实验装置的各组成部件和数据处理软件，利用高低不同精度的工件转台测量两块Φ300mm平面镜面形，验证双测头数据拼接技术的可行性，实验结果表明双测头数据拼接技术可以有效去除工件转台误差。（5）给出了摆臂式轮廓仪的误差模型和测量不确定度，利用标准平面镜对摆臂式轮廓仪系统误差进行标定，介绍了摆臂式轮廓仪在位测量的工程应用实例。