随着结合光、计算机、电子的高精密仪器细微化、自动化、功能广、一体化方向的不断更替,对现代化精密制造检测领域的质量要求越来越高、精度要求越来越高,对表面轮廓要求极高的相关零部件检测这项任务越发艰巨。其中非接触表面形貌测量中的干涉显微镜法有着快速、高精度、无损检测等优越性,在表面轮廓测量中得到了普遍应用。本文针对单波长干涉测量精度高但测量范围有限、双波长干涉测量精度低的缺陷,提出三波长波长轮换和相移结合的方法并设计多波长表面形貌显微干涉测量系统。同时基于VC++语言平台开发用于测量系统的软件,具体工作内容如下。第一,综合阐述了目前用于表面形貌轮廓测量的方法,着重分析了常用的光学测量基本原理并在此基础上对三种波长进行切换与相移器件驱动完成相移相结合的表面形貌干涉测量方法进行分析。第二,设计多波长形貌测量系统并对各个子模块的设计加以详细描述。设计相移驱动单元和干涉测量光路组成的干涉显微测量模块,使用ZEMAX软件仿真LINNIK型多波长显微干涉光路,并对白光光源、滤波片、压电陶瓷PZT的型号进行选型;设计二维平移台、光栅尺等构成的扫描定位模块并对硬件选型;设计图像采集系统模块。第三,提出多波长形貌轮廓测量系统中波长校准的方法。该方法的具体流程为:相对相位计算得到初始相位后,推导出像素系列绝对高度,据此求得被测面高度与波长之间关系,最后通过拟合方程建立得到校准方程。提出采用ICP算法与kd-tree相结合的拼接算法,解决了传统ICP算法中当点云数目较大时计算点云之间的对应点速度比较慢的缺点。第四,基于Windows XP/7为开发环境,Microsoft Visual studio C++为开发平台,开发出具有二维平移台定位控制、波长轮换控制、干涉图像采集、相关数据处理、三维形貌显示等功能的系统软件。最后,通过测量正弦波样板检验所设计软件的功能完整性,结果证明所设计软件能够完成规定功能。通过测量经过检验粗糙度的方波样板,检验了所设计系统的可行性。结果表明,与中国计量院检定的Ra值比较,测量结果的相对误差仅为4.1%,证明设计的形貌轮廓测量系统能够高精度的测量其形貌。