在机械制造行业，越来越多的产品，如轴承、齿轮、工字钢等，对表面形貌测量有着更高精度的要求。传统的表面形貌测量仪无法兼顾高精度、大量程的要求。为此，提出一种由探针感测与驱动控制相结合的悬臂式测量方法。悬臂梁在线位移运动时，由于驱动悬臂梁运动的滑块与导轨间存在着间隙等原因，悬臂梁发生微小角度的偏转，在测量过程中产生阿贝偏角的误差。因此，如何设计微小角度与位移同步测量成为了系统核心，并以此为目的，在进行系统光学及软硬件的设计的基础上，通过实验研究与分析，给出了系统的测量精度与误差分析。首先，在建立角度与位移同时测量光路系统的基础上，重点对干涉系统的干涉夹角进行了设计与分析。在设计条纹宽度或干涉夹角满足条纹正常计数的前提下，建立了条纹移动数目与被测阿贝偏角的关系；仿真与实验，选择合适的条纹宽度，保证阿贝偏角对条纹的形状或计数影响最小，从而保证位移的精确测量；在分析光路系统中扩束镜的作用下，推导了探测器接收到信号的相位差与偏转角的关系，得到测量系统里阿贝偏角的测量范围。其次，设计了一种新型光电检测电路，用于干涉条纹的接收。通过建立电路的噪声模型与系统频率响应函数，从信噪比与频率响应两方面对比了传统光电转换电路，表明该方法具有更高的信噪比与响应速度。实验对静态光强信号与高速运动干涉条纹信号进行了接收分析。运用该方法，设计了差分电路，消除背景光强信号的干扰。第三，实现了基于USB与FPGA的系统软硬件设计。将NIOS II软核作为SOPC系统的核心，通过设计专用的IP核，如电机驱动、与条纹计数，完成对外设的访问。在电机驱动设计中，分析了步进电机的控制原理以及如何控制速度，避免发生失步与过冲现象。分析了上位机与SOPC的通讯协议。最后，将本测量系统测得的位移与角度值分别与双频激光干涉仪、自准直仪测量值进行比较，验证测量系统的可靠性。同时，从实验环境、电子元件和硬件电路等方面进行误差分析。