面向医疗显微形态学检验需求,设计了一种通用型全自动涂片显微视觉扫描仪的机械平台及自动检验工艺流程,构建了“计算机+工业相机+嵌入式控制器”的全自动涂片显微视觉扫描仪控制系统;开发了基于ARM的嵌入式控制器,实现了多轴精密运动控制、多传感器反馈、二维码扫描、CAN通信等功能;基于高速相机和精密运动系统,开发了高质量图像自动聚焦高效采集算法;设计了控制系统上、下位机应用软件。将该系统用于结核杆菌和外周血涂片自动扫描检验实际应用中,结果表明全自动涂片显微视觉扫描仪控制系统运行稳定,图像采集清晰高效,操作简单,可以满足多数医疗镜检项目的使用需求。

随着微纳加工技术的发展,微机电系统器件的运用领域愈加广泛,其中微机械结构的变形失效机理研究显得尤为重要。针对MEMS上层硅芯片在微尺度情况下的表面应变测量,提出了一种结合光学显微视觉、硅芯片表面特征图案的光刻工艺技术和数字图像处理技术的方法。经由该方法提取出表面图案的边缘特征,进而获得硅芯片表面的微小应变情况。通过测量硅芯片的热膨胀系数,测量值与理论值的平均相对误差值在10%以内。表明该方法可成功应用于MEMS上层硅芯片表面应变的测量。

提出了基于压电技术的微操作系统的自动标定方法，采用混合式步进电机直接驱动的宏动平台，实现系统大行程宏动定位，安装在宏动平台上的压电陶瓷驱动的微动平台和精密光栅，实现亚微米级的分辨率和定位精度，通过以上两部分实现定位机构的全闭环反馈控制，采用显微视觉反馈获取微动台操作器在图像中的位置信息进行标定。实验结果表明：系统的动态和稳定性能良好，自动标定运算速度快，运行速度达到11 frame／s，实现了对系统的精确标定，标定精度达到0．1μm。

针对偶件装配对同轴度的要求,提出了一种基于柔性解耦梁和显微视觉技术的同轴定位调整系统。为满足同轴度在线调整和轴套的位姿保持,设计了一种＂田＂字型两自由度柔性解耦梁机构,并结合微动平台和夹具来实现同轴度调整时零件轴的精确定位。根据力学原理,建立了柔性梁的刚度模型,结合有限元法进行仿真分析,确定出梁的结构参数尺寸。对同轴定位调整系统中的显微视觉功能和过程进行了设计,并通过Hough算法实现精密同轴定位的实时检测功能,计算出同轴偏差作为调整的数值依据。大量的同轴定位调整实验显示,同轴度定位精度优于8μm,同时大大提高了装配效率。结果表明,该定位调整系统为器件的装配提供了精确的定位参数,可以准确、高效地实现定位装配。

在分析微装配特点的基础上,讨论了微装配系统的功能需求和组成.提出了一种新型MEMS器件微装配系统设计方案,描述了系统样机关键技术模块的研制方案.以微型光谱分析仪极板对准为示范目标开展了实验研究,结果表明该系统适用于典型MEMS芯片的微对准和封装研究.

针对各种制造和装配误差会使射流管伺服阀的射流形态出现变化,从而影响整阀的静态特性和动态特性的问题,综合考虑工业现场对微射流检测的实际需求,提出一种由液压控制、显微成像、油雾处理、废液回收等组成的微射流观测方法与系统,建立了液压驱动控制与图像采集同步的信号控制技术,设计了能提取多段射流特征提取的算法,并开展伺服阀性能评估应用,成果可以广泛用于射流元件的机理研究和性能测试。

结合数控机床，提出了基于显微立体视觉的工件多尺度测量方法。首先，针对显微镜视场窄、景深小、非线性因素多的特点，建立了基于多种非线性畸变修正的双目显微视觉成像模型。以此为基础，提出基于张氏标定法和变倍率法的主参数标定方法以及基于光束平差法的主参数和畸变参数优化方法。其次，针对直线、圆、自由曲线等多种特征，用阈值分割算法从背景中识别出待测工件，并采用Robert算子、Hough变换、多项式拟合等方法提取不同特征轮廓和轮廓关键特征点。最后。通过跨尺度标准件的关键尺寸测量，验证测量方法的测量精度。结果表明，系统的平均测量误差为3．15μm，满足测量精度要求。

针对MEMS器件中平板类微小型零件轻、小、薄的特点,搭建了基于单目显微视觉的真空吸附式微装配系统。通过研究微小型零件装配过程中的抓取方式、运动控制以及显微视觉定位等关键技术问题,制订了基于示教再现与显微视觉反馈相结合的平板类微小型零件自动化装配总体方案,并利用VC＋＋平台开发了自动化装配程序。经实验验证,该微装配平台不仅可以实现微小型零件的高精度检测定位以及完成不同形状和尺寸的平板类微小型零件精准吸附,而且通过示教再现和视觉伺服相结合的控制方式实现了微小型零件的自动化装配,从而为提高微装配系统的装配精度和装配质量打下了坚实的基础。