由于显微形貌数据能对失效机制的分析判断提供丰富且有价值的信息,因此,随着微纳技术的发展,工件失效表面形貌的测量及表征逐渐向低维度空间推进。在各种微表面形貌测量方法中,白光相移干涉法不仅能实现三维、微纳级精度的快速非接触测量,而且系统结构简单、成本较低;另一方面,在表面形貌的表征方法中,基于功率谱密度的频域方法可以把时域和空域信息转换到频率域,在频率域内不但能突出单个频率或波长的信息、揭示不同波长成份对表面粗糙度均方根的绝对或相对影响,而且计算简单、不循环计数。基于此,本文采用白光相移干涉术实现对磨损痕迹的微纳检测,并通过功率谱表征对数据进行处理分析,探索一种磨损失效分析的新方法。首先,在建立微表面三维形貌检测系统装置的基础上,本文设计了一种闭环PZT微纳定位扫描系统:该系统的硬件部分以80C196KC做为主控制器,用ZNXsensor双极性电容位移传感器检测微位移器的位移量;采用Fuzzy-PID复合控制,不但继承了常规PID的特点,同时又兼有模糊控制的优势。其次,为了提高三维重建的速率,本文探讨了一种快速FFT的分块算法,并进行了数学推导,而且编写了相应的应用程序,此算法通过把原始矩阵进行分块、对角化等处理,以此提高FFT变换的速度。接着,应用微纳定位扫描系统测定磨粒磨损试样(轻微磨损、磨损较重、磨损严重---报废工件)得到干涉图像,利用快速空间频域算法对此干涉图进行处理,重建出磨损试样的三维原貌图。最后,利用2D FFT变换对重建的三维原貌图进行处理,得到磨损试样的表面功率谱、角谱、半径谱图,以此对磨损试样的各种特性进行了表征分析。实验结果表明:本文所设计的闭环微纳定位扫描系统输出电压0～200V连续可调,纹波电压的最大值为1.06mV,控制精度为5nm,系统相对误差0.15%;提出的快速FFT分块算法不但提高了三维重建的速率、而且很好的改善重建图像的质量;通过对磨痕的表面功率谱、角谱、半径谱图的表征,分析了磨损出现的原因,并针对此磨损类型探讨了相应的预防措施。