微小球体是众多工程领域极其重要的元器件形态,其表面精度是衡量其质量和可靠性的重要指标之一。高精度的微小球体表面缺陷检测方法的检测效率通常较低,而且对检测环境要求严格,因此,微小球体表面缺陷检测方法的高效率、高精度、高环境适应性成为目前该领域研究的瓶颈问题。为满足我国国防、军事、工业制造等领域对微小球体表面高精度检测的需要,同时针对现有方法存在的主要问题,本文设计了一种暗场成像结合移相干涉的微小球体表面缺陷检测方法,在提高检测系统时效性、抗干扰能力的同时兼备较高的检测精度。其中视觉检测部分采用暗场成像的方法,使缺陷得以最大程度上的突显,并对缺陷的有无及尺寸大小进行初步判断;干涉测量部分采用多相机空间移相的方法,对缺陷进行三维形貌进行深度测量,在保证了干涉图像较高的分辨率的基础上提高了系统的抗干扰能力。针对多相机系统导致的各相机空间位置不一致的问题,本文提出了自准直仪校准结合软件配准的方法,对相机各角度姿态进行标定,以保证由相机采集到的多幅干涉图上的每一像素点,在空间上都是一一对应的关系。同时对偏振片的空间移相值进行了标定补偿,最大程度上减小对干涉图进行数据处理时的误差。针对移相干涉图的数据处理算法进行了研究与仿真,对比分析了逐点解包裹法、基于最大相位梯度的质量图导向法、最小二乘迭代法的解包裹处理速度、抗干扰能力等特点,总结了各算法在不同应用场景下的优势与适用性,最终得出基于最大相位梯度质量的质量图导向法更适用于对本实验干涉图进行解包裹处理的结论。在波面拟合方面,利用仿真软件削掉泽尼克多项式的前四项,证明了泽尼克多项式在消除X、Y方向平移量、倾斜量、离焦量上的有效性。根据系统检测原理,搭建了微球表面缺陷快速检测实验平台,研制了检测系统的软硬件单元,达到了系统分辨率≤10nm的设计要求,并对直径为3mm的航空滚珠进行了实际测量,测得同一缺陷深度为0.940μm,与激光共焦显微镜所测结果0.981μm基本一致,达到了缺陷检测精度≤50nm的设计要求,实现了对微小球体表面缺陷的高精度快速检测。