轮廓仪是一种测量仪器，用来测量表面的轮廓，以量化其粗糙度。临界尺寸，如台阶，曲率，平面度，都是从表面地形计算出来的。

虽然表面轮廓仪的历史概念是一种类似于留声机的装置，当表面相对于接触式表面轮廓仪的触针移动时测量表面，但随着许多非接触式表面轮廓仪技术的出现，这种概念正在发生变化。

非扫描技术能够在单相机采集中测量表面地形，不再需要XYZ扫描。因此，可以实时测量地形的动态变化。现代轮廓仪不仅测量静态地形，而且现在还测量动态地形——这种系统被称为时间分辨轮廓仪。

接触轮廓仪

金刚石触针在与样品接触时垂直移动，然后在样品上横向移动指定距离和指定接触力。轮廓仪可以测量作为位置函数的垂直触针位移的微小表面变化。一个典型的轮廓仪可以测量10纳米到1毫米高度范围内的小垂直特征。钻石触针的高度位置产生模拟信号，转换成数字信号，存储、分析和显示。金刚石触针的半径在20纳米到50微米之间，水平分辨率由扫描速度和数据信号采样率控制。触针跟踪力的范围可以在1到50毫克之间。

接触式轮廓仪的优点包括可接受性、表面独立性、分辨率，它是一种不需要建模的直接技术。世界上大多数表面光洁度标准都是针对接触式轮廓仪制定的。为了遵循规定的方法，通常需要这种轮廓仪。在肮脏的环境中，接触表面通常是一种优势，在这种环境中，非接触方法可以最终测量表面污染物，而不是表面本身。由于触笔与表面接触，因此该方法对表面反射或颜色不敏感。笔尖半径可以小到20纳米，明显优于白光光学轮廓。垂直分辨率通常也低于纳米。

小板研究所接触式轮廓仪产品

非接触轮廓仪

光学轮廓仪是一种非接触式方法，用于提供与基于触针的轮廓仪相同的信息。目前使用的技术有很多种，如激光三角测量（三角测量传感器）、共焦显微镜（用于非常小的物体的轮廓测量）、低相干干涉测量和数字全息摄影。

光学轮廓仪的优点是速度快、可靠性高和光斑尺寸大。对于执行三维扫描的小步骤和要求，由于非接触轮廓仪不接触表面，扫描速度由表面反射的光和采集电子设备的速度决定。对于大型步骤，光学轮廓仪上的三维扫描可能比触笔轮廓仪上的二维扫描慢得多。光学轮廓仪不接触表面，因此不会被表面磨损或粗心大意的操作人员损坏。许多非接触式轮廓仪都是固态的，这会大大减少所需的维护。光学方法的光斑大小或横向分辨率从几微米到亚微米不等。

小坂PU-OS500非接触轮廓仪

时间分辨轮廓仪

非扫描技术，如数字全息显微镜，使三维地形测量实时。三维地形是从单个相机采集中测量的，因此采集率仅受相机采集率的限制，一些系统以1000 fps的帧速率测量地形。时间分辨系统能够测量地形变化，如智能材料的愈合或移动样本的测量。时间分辨轮廓仪可与频闪仪相结合，测量兆赫范围内的MEMS振动。频闪装置向MEMS提供激励信号，并向光源和摄像机提供触发信号。

时间分辨轮廓仪的优点是它们对振动有很强的抵抗力。与扫描方法不同，时间分辨轮廓仪的采集时间在毫秒范围内。不需要垂直校准：垂直测量不依赖于扫描机制，数字全息显微镜垂直测量具有基于激光源波长的硅内垂直校准。样品不是静态的，并且样品的地形对外部刺激有反应。通过飞行测量，在短曝光时间内获得了运动样品的形貌。当系统与频闪仪相结合时，可以完成MEMS振动测量。

光纤轮廓仪

基于光纤的光学轮廓仪使用光学探针扫描表面，光学探针通过光纤将光干扰信号发送回轮廓仪检测器。基于光纤的探头可以物理地位于距离探测器外壳数百米的地方，而不会导致信号退化。使用基于光纤的光学轮廓仪的其他优点是灵活性、长轮廓采集、坚固性和易于融入工业过程。对于某些探头的小直径，即使在难以触及的空间（如窄缝或小直径管）内，也可以对表面进行扫描[5]，因为这些探头通常一次获取一个点，并以高采样速度获取长（连续）表面轮廓是可能的。扫描可以在恶劣的环境中进行，包括非常高温或低温，或在放射性室中进行，而探测器位于距离较远的地方，处于人身安全的环境中。【6】光纤探头很容易安装在过程中，例如在移动的网络上或安装在各种定位系统上。