白光干涉轮廓仪具有非接触、高精度特点,尤其适合结构性表面测量。针对诸如MEMS、微光学元件等结构性表面水平和垂直大范围测量需求,研究大范围白光干涉光学轮廓仪,具有重要实用意义。本文设计大范围白光干涉光学轮廓仪的垂直和水平扫描系统机械结构,主要研究内容与成果包括:1.针对MEMS、微光学等结构性表面微观形貌测量需求,在分析白光干涉垂直扫描表面形貌测量原理基础上,设计了大范围白光干涉光学轮廓仪的整体方案和系统架构。2.设计了粗精两级驱动的大范围高分辨垂直扫描定位系统。粗驱动部分由步进电机与滚珠丝杠组成,垂直扫描范围可达8mm,分辨率<1μm。精驱动部分由压电陶瓷、柔性铰链组成,扫描范围大于20μm,分辨率1nm。并对柔性铰链、角度调节装置、仪器的固有频率特性等进行了ANSYS优化仿真设计。3.设计了一种大范围共面水平扫描二维工作台,具有结构紧凑,双向运动关系装调方便,保证良好的运行平面度和扫描定位精度。4.设计了光栅干涉垂直扫描位移计量系统,其结合光栅衍射偏振干涉,实现垂直扫描位移的大范围、高分辨计量。5.在前述基础上,建构了大范围白光干涉光学轮廓仪的垂直和水平扫描系统,配合显微干涉及图像获取与分析软件系统,进行了系统测试,取得了良好的性能验证。