在工程表面测量领域中，接触式测量由于接触力的存在，容易损坏工程表面和磨损测头，因而应用有一定局限性，而非接触测量不存在接触力，对被测工程表面无任何划伤，所以日益受到人们的重视，并得到了迅速发展。 光针式测量系统在非接触式表面测量领域中占有重要地位。然而，和其它光学测量方法类似，常用的光针式测量方法最大的不足之处在于其测量范围较小，不能应用于高精度大量程测量；而且，很多光针式测量仪的聚焦伺服系统都采用音圈电机去驱动聚焦物镜进行焦点伺服运动，这就不可避免地引入了音圈电机驱动机构所产生的测量误差。 因此，本文提出的一种突破传统的大量程、高精度的光针式工程表面测量系统在工程表面测量领域中具有重要的意义。 本文的主要创新与研究内容如下： 首先，提出了基于垂直扫描伺服工作台的光针式表面测量方法。它将传统的移动聚焦物镜跟踪焦点的方法改变为移动工作台跟踪焦点，即通过伺服电机和压电陶瓷构成的微/宏两级驱动机构去驱动工作台，从而实现更高精度和更大量程的焦点伺服跟踪。然后，分析了聚焦光针位移传感器的基本原理，建立了聚焦检测信号数学模型，并研制了适于工程表面测量的聚焦光针位移传感器。围绕垂直扫描伺服系统定位精度和效率问题，分别对垂直扫描伺服系统的动态特性、微/宏两级驱动的切换方法和微/宏两级驱动控制算法等关键问题进行了研究。 在上述工作的基础上，研制了基于垂直扫描伺服工作台的光针式表面测量系统。与采用音圈电机驱动机构的传统测量系统相比，它的特点是：避免了传统测量系统中音圈电机驱动机构的振动和簧片摆动所引起的各种测量误差；伺服系统采用压电陶瓷驱动，具有纳米级驱动分辨率，并且采用高分辨率的二次衍射光栅装置作为计量系统，克服了传统测量系统的分辨率不足的问题；采用伺服电机和压电陶瓷构成的微/宏两级驱动机构，极大地提高了测量系统的量程。