砂轮表面三维形貌的准确测量对工件表面质量的有效预测和控制极为重要。在目前砂轮离线测量中,需要砂轮从磨床上拆卸后重新定位测量,不仅可能改变原有的基准面和基准点,影响测量位置和测量精度,而且拆卸过程也增加了从在位到离线定位工作。为了获得在位砂轮表面形貌参数,从而获得更为准确地砂轮全寿命表面形貌变化过程,需研制在位检测系统。然而为了实现这一功能,一方面需要检测系统具备多自由度精确运动功能,以适应系列尺寸砂轮的表面检测,另一方面还需要该系统在光学系统的光轴方向实现亚微米级的精确定位。这些要求都为在位检测设备的研制提出新的挑战。本论文针对测量砂轮表面形貌的白光垂直扫描测量系统和景深层析测量系统集成测量平台,旨在设计测量精密位移工作台,从功能需求和精度需求上分析研究在位精密位移工作台整体方案的布局,重点分析位移导向设计及关键部件的选型分析,以及工作台主体结构的有限元分析和优化,最后进行实验测试验证。主要研究工作包括:(1)从工作台的检测应用背景分析,提出所设计工作台的功能需求及工作台技术指标。研究在位精密位移工作台整体方案的设计以及测量系统控制策略的实现。完成工作台位移结构的导向设计,针对关键部件导轨、丝杆、步进电机、压电陶瓷微定位平台以及光栅计量反馈部件进行选型分析,通过装配尺寸链计算推导主要装配部位相关零件加工尺寸公差,并指导加工。(2)对运动机构关键运动自由度进行有限元参数化优化设计。完成精密位移工作台主体结构Z向立柱的有限元分析,分析立柱承受负载所允许最大变形位移量容许值,对立柱结构改进和优化,提升了立柱的结构性能,优化后的最大变形位移量为5.62μm,且固有频率基频与优化前相比提升了20.5%,立柱结构的可靠性得到保证。同时完成精密位移工作台的关键连接件结构静力学分析,判断结构的合理性和可行性。(3)加工制作了在位精密位移工作台物理样机并进行测试验证,包括工作台位移定位精度测试评定、位移直线度测试评定,经实验测定,实现X方向定位精度达到4.50μm,Y方向定位精度达到6.97μm,Z方向粗级定位精度达到5.87μm,精级定位精度为0.08μm。且各轴直线度也达到了检测系统测量要求。通过论文的理论分析和实验研究,验证了在位砂轮表面形貌测量系统精密位移工作台满足砂轮测量的要求。