本文对纳米尺度薄膜屈曲的三维形貌进行了测量研究。近年来,在航天业、模具业之中,高精度获得自由曲面的参数成为了产品设计的关键。在众多的新技术中,3D外形轮廓测量一直是机械制造行业中的一个重要的研究方向。尽管较大尺寸的物体三维形貌测量技术已经成熟,由于微纳尺度的物体在形貌测量上和算法上具有其自身的特殊性,因此,微纳尺寸物体形貌测量技术的研究开发对于未来的工业普遍推广将有重要意义。本文致力于对沉积在有机玻璃基底上的厚度为150nm的钛薄膜材料在残余应力和外加轴向荷载作用下产生屈曲的形貌观察与测量。使用一台光学显微镜观测膜层表面的屈曲过程和形貌。为了测量物距改变,本文设计了微区三维形貌测量方法,包括光楔步进水平位移方法和微机械垂直位移方法。其中,光楔步进水平方法是使用光楔先使物体形成虚像,然后通过改变虚像像距间接改变物距,并且开发了光楔水平传动装置;微机械垂直位移方法是使用应变片悬臂梁机构和千分表通过等步测定显微镜镜头的垂直位移来直接改变物距。本文开发了基于调焦评价函数理论、高斯插值、数字图像相关理论的针对纳米尺度薄膜屈曲离面位移的测量方法。文中给出了由调焦评价函数理论和高斯插值求解相关的公式推导,并与数字图像相关方法相结合编制了相应的程序,然后应用到实际的三维形貌测量。本文选用了不同的调焦评价函数,对测量结果进行了研究比较,得出了误差分析,对不同调焦评价函数的性质和适用条件提出了相关意见和看法。本文对当150nm厚度的薄膜产生的屈曲处于微米量级的三维形貌进行了测量研究。综上所述,本文对于纳米尺度薄膜屈曲的三维形貌测量进行了研究,文中的实验创新及算法理论探索对于纳米尺度物体三维形貌测量的科研工作具有相当的帮助。