随着现代工业生产、航空航天等技术的发展，对光学、电子等器件表面形貌质量控制、关键机械零件表面的精确测量要求越来越高，要求测量传感器及其仪器的精度越来越高，结构也要求越来越小。由于现有测量精密物体表面形貌的方法存在着各种缺陷，在实际生产检测中，急需一种能测量非连续表面且集表面微观形貌和小尺寸测量于一体的实时、精密的非接触测量系统。　　 本课题采用差动离焦动态检测的方法，在光学测头的光路中引入调焦机构，达到自身调焦的目的。这种动态调焦光学测头解决了测量范围小的问题，且能实现实时、快速、精密的非接触测量，在实际生产的表面微观形貌和小尺寸检测中，可大大提高企业生产的自动化水平和生产效率。本文具体的研究内容包括以下几个方面：　　 (1)介绍了差动像散光学原理以及动态检测光学测头的工作原理，推导了聚焦误差信号的数学模型；对动态检测光学测头的调焦系统进行分析，确定调焦系统的组成及总体控制方案，为后面的设计奠定基础。　　 (2)开发了动态检测光学测头的硬件模块，具体介绍了各个模块的电路原理、电路组成、电路设计过程的关键技术，为光学测头的集成、测试提供硬件基础。　　 (3)以音圈直线电机作为调焦机构，对音圈电机的工作原理进行阐述，建立运动数学模型，对其结构及参数的设计进行了详细的讨论，并通过Simulink仿真软件对音圈电机性能进行仿真，分析了参数对电机性能的影响。确定电机外形尺寸并完成了音圈电机的外形加工，得到光学测头所需的调焦驱动机构。　　 (4)开发动态检测光学测头的应用软件，对增量式PID控制算法进行参数的整定。基于LabVIEW的软件平台开发了人机友好界面，方便系统的调试和观察分析。最后对光学测头进行测试和调焦系统的仿真分析。　　 (5)最后对动态光学测头及控制系统进行调试实验，并对实验结果进行分析。音圈电机具有响应时间短、加速度大、运动平稳且能实现微小位移的特性；控制系统具有较好的动态响应的精确性和快速性，基本达到动态调焦的功能要求。