自準直儀可以用比較法測量角度；也可以測量直線度、平面度、垂直度和平行度等形狀和位置誤差，同時也是圓分度儀器檢定必不可少的檢定設備。
一. 工具機和儀器工作檯運動直線度的測量
自準直儀經常被用來測量精密工具機和儀器工作檯運動的直線度（圖1）。通常運動直線度要求以角秒為單位評定。為了區別按線值評定的零件表面直線度（見下節），常把工作檯運動直線度稱為「角偏擺」。
將自準直儀架在被測工作檯外端，將反射鏡置於工作檯面上，使工作檯運動，在全程範圍內，以自準直儀反射像在視場內的最大位移量作為運動直線度的測量結果。
測量前應正確安裝反射鏡和自準直儀，特別是對於大長度導軌，隨意安裝往往會影響測量精度，甚至在反射鏡移動到遠端時，反射像昏暗，無法讀數。正確的安裝方法是：
1）粗略地將反射鏡和自準直儀安裝在預定的部位；外觀上使二者大致同軸；移動工作檯至離準直儀最近端，調整反射鏡或自準直儀位置，使自準直儀出射光斑打在反射鏡中央。為了便於鑑別光斑。觀察時可用一小塊硫酸紙蓋住反射鏡面。
2) 移動工作檯至離準直儀最遠端，原地調整自準直儀水平和仰俯角度，使自準直儀出射光斑也打在反射鏡中央。再次回到離準直儀最近端，檢查光斑位置，直至遠、近端光斑位置均在反射鏡中央。這時的自準直儀光軸與被測運動方向已調成平行，自準直儀不再作任何調整。
3）移動工作檯至離準直儀最近端，原地調整反射鏡的水平和仰俯角度，使自準直儀反射像出現在視場中央。安裝完畢。
注意：測量前應檢查自準直儀與被測儀器底座是否為剛性連接。
二. 工具機和儀器導軌表面直線度的測量
在精密零件加工過程中，自準直儀經常被用來測量工具機和儀器導軌表面的直線度（圖2）。
測量前，應按前述觀察光斑的方法校正自準直儀出射光束與被測導軌方向平行。
測量時，自準直儀架在導軌的一端，將反射鏡放在導軌表面，分段測量各位置表面的斜率變化，用近似積分算法得到導軌上各點高度yi。
然後通過坐標平移和旋轉，得到直線度，這種方法被稱為「節距法」。
節距法測量應該相鄰節距的首尾銜接。可製作一塊「橋板」，將反射鏡固定在橋板之上，以橋板兩端的支點距離即「橋板跨距」作為節距跨度dx。對於導軌垂直導向面的直線度，橋板的側面的兩個凸臺與被測導軌垂直導向面接觸，兩凸臺的距離作為節距跨度dx。
評定直線度必須建立基準直線。最常用的方法是以被測截面兩端點連線作為基準直線，被稱為「兩端點連線法」。
兩端連線法的數據處理過程如下：
1) 用自準直儀按圖2測量截面上1~n段上反射鏡的傾角：α1,α2，……,αi，……,αn。單位為：秒。
2) 計算平均值：
3) 各點傾角減去平均值：
4) 計算累加和：
式中yi為截面上1~n點的直線度誤差，單位為μm；dx為橋板跨距，單位為mm。
國家標準GB1985《形狀和位置公差》規定直線度可以按「兩端點連線法」評定，也可以採用「最小包容區域法」評定。對於後者：包容實際輪廓線且距離為最小的兩平行直線之間的距離為直線度。按該定義評定直線度的人工計算較為繁瑣，不過使用計算機編程計算並不困難。
對於光學表面的平直度，可以利用它本身的表面反射進行非接觸測量。如圖3所示：五稜鏡將光電自準直儀發出的光束折轉90°，射到被測表面上，再經反射返回。五稜鏡裝在滑架上。滑架運動，使光束掃過被測表面，光電自準直儀記錄表面上各位置斜率變化，按「兩端點連線法」或「最小包容區域法」計算直線度。
由於五稜鏡的幾何性質，滑架非直線運動造成的五稜鏡轉動，不會使入射到被測面的90°光線偏轉，從而不會引起測量誤差。由於是非接觸測量，因此無變形，也不損傷表面，具有較高的測量精度，特別適合測量長條形金屬研磨平面和玻璃平面。
三. 平面度的測量
平面度測量（圖4），是將平面劃分為若干行和列及對角線，用自準直儀測量每條線所在截面的直線度，利用各截面公共點聯繫各組直線度數據，計算出整體平面度。由於敘述這種計算法的篇幅較大，且有專著論述，本文不再贅述。
對平板等平面的平面度進行測量，以便確定其平面度是否合格。而在某些場合我們還想進一步了解平面度誤差的分布情況：何處凸起，何處凹陷，以便對凸起部分進行研磨或鏟刮；或在平面上尋找平面度最佳區域，以便進行高精度的測量工作。這就要求除以數值形式給出平面度，還希望將面的實際形狀用圖形表示出來。
用計算機軟體對測得數據進行插值計算，繪製三維形貌圖（圖5）能對實際面形作更為直觀和形象的描述[7]。等高線圖（圖6）可用於指導平面修整工作，等高線可被視為修整加工的區域線；也可指導尋找平面度最佳區域。
四. 平行度、垂直度的測量
圖7是測量兩同側平面的平行度，使用一塊反光鏡貼在基準面和被測面上，讀取兩個面的夾角。所用反光鏡兩個面應相互平行，其中一個面為反光面。
圖8是測量兩相對平面的平行度，使用一塊反光鏡貼在基準面和被測面上，讀取兩個面的夾角。必須藉助一塊五稜鏡將光束轉90°，測量右側面時，五稜鏡和反光鏡應擺在圖中虛線位置。不要擔心五稜鏡擺放不正會帶來測量誤差，五稜鏡的幾何性質決定了它即使捎有偏斜，通過的光線仍能準確地折轉90°。
圖9是測量兩平面的垂直度，使用一塊帶反光面的直角鐵貼在基準面和被測面上，讀取兩個面的夾角。測量垂直面時必須藉助一塊五稜鏡將光束轉90°。
五. 檢定角度測量儀器和分度裝置
用自準直儀和多面稜體配合使用，可以對角度測量儀器和分度裝置的示值進行檢定。
多面稜體是以底面為基面的直稜柱體（圖10），各面均與基面垂直，且被加工成鏡面，各面法線的夾角，被稱為「工作角」。使用時，多面稜體與被撿儀器同軸安裝，用自準直儀依次照準多面稜體的每一個鏡面，以各工作角為基準，檢定儀器的角度示值。多面稜體的規格較多，除面數為：4、6、8、9、12、24、36、72外，還有13、17、23等質數面多面稜體，由於360°不能被其整除，工作角名義值包含了度、分、秒，用其檢定角度儀器的示值時，能把測微器的誤差或細分誤差也包括在檢定結果之中，因此可以更能全面地評價儀器的準確度。
圖11是以多面稜體為基準，用自準直儀檢定光學分度頭的示值誤差。
多面稜體的檢定需要以多齒（端齒、鼠齒）分度臺為基準，檢定同樣離不開自準直儀（圖12）。
多齒分度臺由上下兩塊齒數相等的端齒盤組成。齒的根部具有深槽，使齒富有彈性，即使齒的分度存在誤差，上下齒盤也能很好地吻合。根據「封閉原則」齒盤分度誤差的總和為零，上下齒盤嚙合後分度誤差得到了很好的平均。因此多齒分度臺比多面稜體的分度精度更高，分度誤差可控制在0.1˝之內。
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