针对激光聚变靶丸内表面轮廓高精度无损测量的迫切需求, 研制了一套激光聚变靶丸内表面轮廓测量系统。该系统通过最小二乘算法(LSC)计算出靶丸回转偏心量, 并利用偏心调整台对靶丸偏心进行自动快速调整; 然后, 系统软件控制气浮回转轴承驱动靶丸旋转, 利用激光差动共焦传感器(LDCS)轴向响应曲线过零点及光线追迹算法精确计算出靶丸内表面轮廓上每个采样点的几何位置; 最后, 对靶丸内轮廓测量数据进行LSC评定得到其圆度信息。实验证明, 靶丸回转偏心的自动调整时间可达22 s, 当采样点分别为1 024, 2 048及4 096时, 靶丸内轮廓测量时间分别可达10, 20及40 s, 且圆度测量标准差可达19 nm(1 024点)。该系统实现了靶丸回转偏心的自动快速调整及其内轮廓的高精度、无损、快速、自动测量。