随着微机电系统（MEMS）技术的迅猛发展,各种微纳米级的微小元器件相继问世,微纳米三坐标测量机对微尺寸器件的高精度测量愈发重要。其中测头系统是坐标测量机最为核心的部分,测头的发展制约着微纳米三坐标测量机的发展。本实验室研制了一种基于蓝光DVD光学读取头的光学非接触三维纳米测头,解决了微型器件表面关键尺寸的微纳米量级测量问题。本测头包含基于光学读取头改进设计用于高度及边缘测量的测量模块和基于CCD相机配合共焦光路,实现测量光斑与样品对准对焦与实时观测测量过程的观测模块。本论文主要完成的工作如下:1.实验系统搭建:基于蓝光DVD光学读取头改装成光学非接触三维纳米测头,结合三维高精度纳米定位平台,搭建出一套微小工件尺寸的高精度测量系统,实现对微型器件关键尺寸的测量。2.系统硬件电路设计:基于MC9S12系列单片机设计外围电路对蓝光DVD读取头进行初始化配置并启动。根据测量需求设计后级信号处理电路,对读取头输出四路信号进行差和运算、消偏置、归一化和滤波处理。3.系统测控软件开发:基于MC9S12系列单片机编程,通过串行通信的方式对光学读取头进行初始化参数配置并启动蓝光模式。基于MFC编写了实验系统的信号采集与处理显示软件、宏微位移定位平台运动控制软件和横向与纵向触发测量软件,实现对待测微小工件表面关键尺寸自动触发测量的功能。4.测头性能验证:基于实验搭建的系统,对光学非接触三维纳米测头的测量性能进行分辨力和重复性测试。测量原理是利用读取头内部像散透镜的像散原理,将测头输出聚焦误差信号（FES）的线性区间设定为触发阈值区间,对区间内数据进行一次线性拟合得到预设触发点（FES=0,即焦点位置）的坐标位置,从而提高触发点的准确性,配合三维高精度纳米定位平台进行高度触发测量;基于反射光强能量原理建模,利用输出的光强求和信号（SS）,设定合理的阈值进行边缘检测。实验结果表明,该测头的纵向测量分辨力优于1 nm,标准差可达21 nm;横向测量分辨力优于3 nm,标准差可达74 nm。实现了光学非接触测量纳米量级的分辨力和良好的重复性。