随着微细机械加工技术的不断进步,微电路、微光学元件、微机械以及其它各种微结构不断出现,对表面质量的研究已经渗透到各个领域,表面形貌对各类零件乃至整机性能的重要影响已受到广泛的重视。因此急需研制一种非接触测量的光探针形貌测量系统,它不仅可以解决高精度、含有丰富信息和软质材料制品的形貌测量问题而且也适用于常规机械制品的表面形貌的测量。本文首先从光探针形貌测量的总体方案入手,分析了各个组成部分的功能及特点,确定了物镜轴向扫描系统的驱动元件和聚集执行机构,设计了以柔性铰链为导轨,压电陶瓷驱动的微位移工作台,并把它应用于物镜轴向扫描系统。对微位移工作台的运动副―柔性铰链进行详细地分析,得出了柔性铰链的转动刚度。然后用解析法对工作台进行设计,得出了工作台的简化物理模型和数学模型,并对工作台进行动态分析。介绍了有限元法和有限元软件,用ANSYS9.0对工作台进行静态分析和模态分析,验证了理论分析的正确性。压电陶瓷具有体积小、重量轻、分辨力高、响应速度快等优点,以它为驱动元件的微位移系统是此领域重要的研究内容。本文分析分析了压电陶瓷的驱动机理、极化机制和迟滞机理,并对压电陶瓷特性进行研究。最后建立了微位移系统的控制模型,然后介绍了微位移系统的控制方法,并对微位移系统进行开环、PID反馈控制仿真和实验研究。