本发明涉及一种复杂工况下球铰链磨损的测量系统及其测量方法。测量系统包括球头旋转装置、轴向力施加装置、球窝摆动装置和测量系统。轴向力施加装置能够实现球头在旋转的同时承受轴向力并沿轴向移动一定的微小位移；球窝摆动装置可以对球窝两个维度上的摆动运动进行独立控制，提供多种组合工况参数的选择。球铰链的磨损量与间隙测量中第一电涡流传感器正对球头连接轴的轴向方向，第二电涡流传感器和第三电涡流传感器布置在球头连接轴的径向方向且两者互相垂直。本发明能够实现球铰链的原位间隙测量，以及在三维摆动运动时磨损量和间隙量的实时测量，从而为研究实际复杂工况下的球铰链摩擦磨损性能提供解决方案，保证球铰链的可靠性。