本发明提供一种基于标准球的坐标测量机的光学测头的系统标定方法，步骤如下：a).将已知半径R的标准球放在坐标测量机的工作平台上；b).将测头安装在坐标测量机的移动末端，接着控制坐标测量机以合适的运动轨迹移动测头，在其测量范围之内，完成对工作平台上的标准球的点扫描，所述点扫描大致均匀覆盖整个标准球面，得到N组数据，N大于等于200，每一组数据包括测头的测点数值、坐标测量机的三坐标位置读数以及回转体的旋转角度；c).在上一步操作的基础上，选取N组数据中的一部分数据，经过坐标转换后带入球面约束方程，利用改进的非线性最小二乘法求解该超定非线性方程组即可求得待标定参数，完成系统标定。