目前微型器件的特征尺寸趋于微型化,其中常被用作扫描测头的微球,因为测量系统的需要,其尺寸也越来越小。例如微纳米三坐标测量机(CMM)测量系统所使用的测头,便是直径在数十至数百微米的微球,其球度值被要求控制在数十纳米或者更高精度。目前对于微球球度误差的测量技术仍处于探索阶段,还没有非常成熟的技术。针对球径在数十至数百微米的微球的球度测量问题,本文提出一种基于扫描探针技术的双测头测量方法。基于提出的测量方法本文的研究内容总结如下。(1)介绍已经构建好的机械系统。大长径比钨探针与石英音叉构成谐振测头,双测头与微球分别固定于高精度微动工作台上,使探针尖端对称置于微球赤道圆截面两侧实现测量。(2)完成信号处理电路的设计与搭建。为了得到控制系统中要求的高质量直流电压信号,设计了扫描测头信号的幅值反馈处理电路,并进行电路的调试与制板,将测头输出的微弱正弦电压信号转换成低噪声的直流电压信号。(3)完成了双探针与微球高精度对准检测系统。基于水平向和竖直向的视频显微镜实时观测探针与微球的相对位置,通过图像融合与图像边缘检测技术处理对准图像,在像素级检测出对准误差并进行对准补偿从而实现高精度对准。(4)进行了光纤微球的测量实验。分别对光纤微球在0°、30°、60°、90°、120°、150°状态下的赤道圆截面扫描测量并得到二维轮廓数据,经过数据处理最终得到微球的三维轮廓信息。