随着科学研究和先进制造技术的发展，满足各种不同功能需求的多样化表面不断出现，从统计性形貌特征表面发展到结构性表面，从简单几何表面发展到自由曲面，从微米精度发展到纳米精度要求。这些发展对表面形貌测量技术提出了越来越高的新的要求。本文采用白光干涉技术和相移技术相结合的测量方法，研制出一套白光显微干涉表面形貌三维测量系统，适用于台阶、沟槽等结构性表面三维形貌的测量。本文采用白光干涉技术和相移技术相结合的测量方法，研制出一套白光显微干涉表面形貌三维测量系统。此系统采用LED白光作为光源，避免了因卤钨灯等光源发热而影响系统精度；并在系统中采用了光栅位移计量装置，对系统垂直扫描进行即时位移计量，提高系统测量精度。在位移计量装置基础上，提出了基于PZT局部区域线性特征的改进性采样策略。实验结果表明，新的采样策略在保证测量精度的同时，能大幅提高测量效率。同时，基于VC++平台，设计开发了与白光垂直扫描测量系统配套的测量软件。分析了用于三维形貌恢复的四种算法：极值法、重心法、空间频域法和移相法，并对四种算法优劣及其实用性进行了比较，最终选用极值法作为表面形貌恢复算法。最后，对建构的测量系统进行了实验测试，结果表明，系统水平测量范围880μm×700μm，垂直测量范围36μm，水平分辨率0.68μm，垂直分辨率2nm，表面三维形貌重复性测量误差小于和示值误差均小于5％。主要技术指标达到预期要求。