随着现代科技的发展和精密加工元件的大量使用,对加工元件表面的粗糙度等面形参数检测精度提出了更高的要求,为了适应工业化生产现场检测的需求,对检测仪在性能、精度以及功能等方面提出了更高的要求。本文利用白光显微干涉测量与相移技术相结合的方法,对光机系统结构进行集成化设计,研制微型白光轮廓仪,实现了对精密加工元件表面粗糙度的高精度、快速测量。以点金刚石车床生产光学元件的现场粗糙度测量为目标,分析了高端白光轮廓仪、便携式白光轮廓仪、接触式轮廓仪、干涉显微镜等多种测量设备;以测量方便性、准确性和成本可控性,确定了仪器型式。首先,分析单色光与白光的干涉原理以及各自的特性,并对其作为干涉光源进行了比较与分析。然后,对不同类型的相位提取算法进行了理论分析,从相移误差方面对三步相移法和五步相移法的影响进行对比分析,而七步相移法采用线性变化的调制度进行移相,能够有效的降低误差。在硬件架构上,采用立式调整架结构作为基座、采用便携式白光轮廓仪的主体作为光学系统、以稳定的双夹具结构连接基座与光学系统,实现仪器的集成化,提高系统的稳定性和抗干扰能力,同时在被测件空间安装多维测量平台,不仅可以实现大口径元件的测量,还可以测量元件边缘位置。最后,采用面向对象的模块化程序设计思想对测量软件进行模块化分析,将测量系统分为主程序模块、实时采样和位移扫描模块、数据处理和结果显示模块,模块之间用接口通信,保证软件模块的独立性,有效地提高了测量系统的可维护性。为了验证该仪器的稳定性、精确度以及实用性,使用该微型白光轮廓仪测量了平面反射镜、薄片、钢化膜、手机后盖和CGH等元件表面的三维粗糙度。同时,在相同检测环境条件下,采用同类型的白光轮廓仪对以上样品进行了测量,以验证该仪器的可靠性。结果表明,本仪器测量系统能够实现工业化现场快速测量的要求,且粗糙度测量精度为0.1nm,重复性精度优于0.01nm,横向分辨率优于1μm。