本发明提出了一种内齿轮轴向误差在线测量系统及测量方法,该测量系统包括输送机构、输入机械手、旋转平台机构、检测齿轮、激光打标机和输出机械手、上位移传感器、下位移传感器和控制器;输送机构用于输送待检测的内齿轮,输入机械手用于转移内齿轮,旋转平台机构用于将内齿轮依次旋转至定位工位、检测工位、标记工位和输出工位;旋转平台机构上固定一光电定位装置;检测齿轮与一伺服电机构件连接;该伺服电机构件固定在检测座上;在检测齿轮的一个圆周上分别设置有上位移传感器和下位移传感器;上位移传感器和下位移传感器沿齿宽方向设置;激光打标机用于标记内齿轮的精度等级。本发明实现了对内齿轮轴向误差的自动化流水线检测且检测精度高。