在触觉式表面测量技术难以满足应用需求的场景中，非接触式光学测量仪器已逐步发展成熟，用以弥补传统技术的缺陷。尤其在计算技术持续进步的推动下，这类光学测量方法能够快速获取高分辨率的表面特征信息，为精密制造等领域提供有力支撑。
目前，主流的表面测量光学技术包括光谱共焦探测、白光干涉测量、聚焦变化法及共焦显微镜法等，各类技术基于不同的工作原理，具备各自独特的技术优势与应用局限。
彩色共焦探测技术
作为一种光学检测方式，彩色共焦探测技术与接触式轮廓仪的原理最为相近。该技术通过横向移动载台带动单点传感器扫描来采集表面数据；和接触式检测手段一样，扫描轮廓的长度仅受载台行程限制。此种结构可完成复杂形貌的追踪检测，甚至能够测量环形轮廓。不过它在对检测时效要求高的面域测量场景中存在局限，该技术无需垂直扫描组件，整机可保持完全静止状态。
共焦显微镜技术
共聚焦显微镜通过沿物镜焦深方向连续采集共聚焦图像，获取表面信息。部分工况下，物镜的数值孔径也能体现出性能优势。设备的纵向分辨率由所选物镜决定，也就是说，计量性能会随机物镜像倍率与视场大小发生变化。
高数值孔径物镜可降低检测噪声，但因其单视场测量范围小，多数场景下需要进行多视场拼接，会额外耗费检测时长。反之，低倍率物镜的测量面积相对更大，但其纵向分辨率偏低，可测倾角范围也更小，难以检测局部陡度较大的表面。
景深调变技术
景深调变技术利用光学系统的浅焦深采集表面信息，以调制白光照射被测区域，并接收探头的反射光。设备在持续改变探头与物镜间距的过程中完成数据采集。根据样品表面形貌，数字传感器会呈现探头不同区域的成像，系统会针对被测物的每个位置重新计算焦点。
该技术可生成彩色成像，但相较于共聚焦、白光干涉技术，其垂直分辨率存在一定局限。和共聚焦技术类似，景深调变设备的垂直检测性能也由所选物镜决定。部分场景下，还需要对工件表面纹理做增强处理，以保证充足进光量，实现稳定可靠的测量。
白光干涉技术
即便物镜数值孔径存在局限，白光干涉技术仍具备优异的垂直分辨能力。此外，其垂直分辨率与测量视场无关，即便测量大面积工件，也能保持纳米级垂直分辨精度。与其他光学检测技术一致，该技术的横向分辨率由物镜放大倍率决定。
总而言之，各类检测技术均有其优势与短板。部分应用场景对性能要求严苛，无法折中取舍，需要定制化解决方案。而Polytec模块化多传感器表面测量平台，便能在此类场景中充分发挥价值。
多传感器集成应用
诸多应用场景中，需要对表面开展多项参数检测，包括距离、宽度、高度、形貌、表面纹理、粗糙度、体积以及膜厚等。针对微纳计量范畴下的大面积表面质量检测（测量范围可达mm2~ cm2级别），必须结合纳米级与微米级检测手段才能完成评估。
针对这类场景，具备多传感器功能的测量设备灵活性更强。密封面检测便是典型应用，这类工况需要融合多种测量能力：通常既要在毫米量程内检测大面积表面的形貌偏差，又要以纳米级分辨率分析粗糙度。若形貌偏差超出公差范围，各表面之间便无法实现有效贴合；即便表面光洁度达标，接触区域产生的间隙也会引发泄漏。当形貌偏差符合公差要求时，接触面的粗糙度就成为决定密封性能的另一关键因素。因此，一套可实现大面积形貌偏差检测与长行程轮廓粗糙度分析一体化的表面测量系统，是该类场景的理想解决方案。
白光干涉结合彩色共焦探测技术
白光干涉仪的垂直分辨率不受物镜放大倍率影响，可在短时间内完成大面积表面检测，而其他技术往往需要搭配高倍物镜才能实现同等效果。Polytec TopMap Pro.Surf是专为大面积测量打造的白光干涉仪，其单次无拼接测量空间可达 30×40×70 mm3（X/Y/Z 轴），既能保持纳米级垂直分辨率，也具备优异的横向分辨率。
针对需要高横向分辨率的应用场景，设备可采用彩色共焦探测模块，实现多传感器组合检测。例如，先通过白光干涉仪完成整体表面形貌偏差检测，再利用彩色共焦传感器进一步分析粗糙度。和探针式测量方式一致，用户可自主选择轮廓的检测位置、长度与形态。
Polytec全新推出的表面测量设备 TopMap Pro.Surf+，可实现 228 mm ×221 mm全域检测，完美满足形貌偏差与粗糙度同步测量的需求。
结论
随着制造技术不断发展，无论是实验室还是生产现场，都对表面精细化检测提出了迫切需求。目前尚无单一检测技术能够满足全部应用要求。无论光学式还是接触式方案，各类技术因与被测表面的作用方式不同，均存在各自的优缺点。因此，融合多种技术的新型多传感器方案，是应对多样化表面测量应用的最优选择。
