本发明涉及一种光学系统定位工件曲面法线方向的方法及装置，由点状激光源和线形激光源双光源系统和双光斑采集放大装置组成；其特征在于：点状激光源的光线和X射线入射线平行，线形激光源的光线方向在点状激光源和X射线光源连线上；光斑采集放大装置由CCD接收器和光学放大镜头组成；双光斑采集放大装置布置在与线形激光源光线垂直的平面内，对称布置；用图像采集计算分析系统对光斑的极值进行分析；用六自由度工作台对工件进行位置调整；实现了对工件曲面表面法线方向上的定位，克服了现有方法无法准确完成测量点法线方向的定位缺点，能够准确快速地对需要工件曲面法线方向定位的工件进行测量。