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在精密磨削加工过程中,砂轮的三维表面微观形貌对工件质量有重要的影响,因此砂轮形貌的测量和分析对优化产品质量、指导砂轮成型有重要价值。垂直扫描白光干涉法是一种常用的表面形貌测量方法,作为一种非接触的测量方法它具有高精度、相位不模糊的特点。然而,使用白光干涉仪对砂轮表面形貌进行单次测量时,由于镜头视野范围有限,无法获得砂轮的大范围三维形貌,因此需要一种快速的三维形貌拼接方法获取大范围三维表面形貌以满足对砂轮形貌的分析需求。本文运用模糊PID算法控制白光干涉仪采集有重叠区域的砂轮三维形貌,对有重叠区域的砂轮形貌图运用粒子群优化算法(PSO)进行粗匹配,最近迭代点算法(ICP)进行精匹配,线性加权法实现融合。实验结果表明有重叠区域的拼接方法可以克服一般砂轮拼接运算量大、拼接精度不足的缺点,满足实际应用中对砂轮拼接精度和速度的要求。论文实现了砂轮大范围三维形貌的快速拼接,并在此基础上对拼接的砂轮三维形貌的评价方法进行了研究。本文主要内容如下:(1)首先,阐述了砂轮三维表面形貌测量方法及国内外研究现状,归纳了各种方法的适用范围以及优缺点;重点介绍了本文选用的白光干涉垂直扫描法的原理;分析了三维拼接技术的国内外现状及其相应方法的优缺点和适用范围。(2)其次,搭建了用于测量砂轮表面形貌的白光垂直扫描干涉系统,包括垂直方向扫描系统、水平方向位移系统和回转运动扫描系统;详细阐述了各系统的组成部件及其性能指标,并对水平方向位移系统的误差和单幅图实际尺寸进行了标定;针对水平方向移位系统的误差,提出了闭环模糊PID的系统控制策略,减少相应误差带来的影响。(3)然后,分析了可用于砂轮表面形貌拼接的策略,提出了砂轮表面形貌的拼接方法,即有重叠区域的拼接方法。有重叠区域的拼接方法包括预处理、粗匹配、精匹配和融合等步骤,运用PSO算法进行粗匹配、ICP算法进行精匹配、线性加权法实现融合,实现了砂轮大范围三维形貌的拼接,在此基础上初步研究了砂轮三维形貌拼接质量的评价方法。(4)最后,用实际测量的数据验证了上述方法的可行性。用标准件验证算法并对粒子群算法的参数进行分析和选取。将几种砂轮拼接方法与本文的拼接方法进行比较并分析。运用所提出的算法对砂轮表面形貌进行拼接,并用提出的评价方法对拼接的砂轮形貌进行了拼接质量评定。结果证明了方法的快速性和精确性,适用于砂轮大范围形貌的拼接。