本发明属于光学机械领域，公开了一种光学元器件的全自由度调节装置，包括顶盖，顶盖上设置有三角分布的三个圆球；底座，底座上设有相应三角分布的三个行程槽，每个行程槽内设有一对移动块，每个移动块上设有斜面零件以使同一行程槽内的一对斜面零件形成卡口，每个卡口的位置与圆球的位置一一对应；底座上还设有驱动杆，驱动杆与移动块一一对应以驱动相应的移动块，驱动杆的一端穿过行程槽的槽壁、另一端悬空于行程槽外。本发明还公开了该装置的重复定位方法。本发明的目的是解决现有技术中能同时实现光学器件六自由度精准调节及高重复定位功能的装置体系庞大的技术问题。还提供一种光学元器件的重复定位方法。