采用“精密机械－显微镜－ＣＣＤ－图象处理－光栅测量－计算机控制”的总体测量方案，用图象处理方法实现了光学非接触对准，用光栅系统测量轴向距离，成功地解决了双栅网间距的测量难题。

首先概述了国内外微装配系统的研究现状,在分析微装配系统的特点和功能需求基础上,提出一种基于计算机视觉伺服控制的微装配系统设计方案,详细描述了系统中精密三维微定位工作台、SMA微夹持作业工具以及视觉伺服控制系统等关键技术的解决方案,并以直径为几百微米级的典型微轴孔的装配为目标开展各项关键技术的试验研究.

微夹持技术是微器件装配的关键技术之一.采用柔性铰链机构设计了三自由度微夹持操作平台,并进行了有限元仿真模拟分析;利用形状记忆合金原理进行设计并研制了环状微夹钳,通过形状训练达到了双程形状记忆效应,并建立了微夹持力计算模型;对微夹持系统的运动精度进行了试验分析,结果表明该系统沿X,Y,Z方向的位移分辨率达0.01μm,微夹持钳最大张开量达0.2 mm,基本满足了系统性能要求.

为满足近场光存储的高密度、高速度和集成化的要求,提高近场界面耦合效率,消除灰尘对固体浸没透镜(SIL)的磨损,设计了一种新型的承载微工作台,并建立了系统动力学模型.微工作台正负压力并存的结构极大地提高了承载刚度及工作稳定性;气垫面的V形轨道设计及独特的负压力布局有效减少了流入SIL底面的灰尘颗粒;SIL底面刻饰的凸台有利于获得较高的近场耦合效率,同时减小了与盘面碰撞的概率.理论分析和计算表明,微工作台的近场间距小于50 nm,承载力可达88 mN,SIL底面灰尘颗粒明显减少,微工作台具有良好的工作姿态,满足了近场光存储的需要.

为完成快速、精确的外观轮廓度量，设计了一种新型纳米级精度分光路双频干涉度量系统。系统由低频差双频激光干涉度量模块和微探头及二维工作台两部分组成。微探针以轻敲式接近样品至几十纳米时，受原子力作用发生偏转，利用双频干涉模块度量其纵向偏转量，并对样品进行梳状式度量得到外观形貌。根据双频激光的实际光源，对原有双频干涉度量理论进行了改进提高。进行了系统组建和实验验证。结果表明：系统具有纳米级精度，可用于超精样品外观轮廓度量。

讨论了在微操纵系统中显微成像的自动调焦方法.首先介绍了一些常用的自动调焦方法,然后重点讲述了清晰度法自动调焦原理,对各种清晰度评价函数进行了分类,并通过理论和实验分析比较了在微操纵系统中各种评价函数的性能,最后确定了适合微操纵系统的清晰度评价函数.

在忽略剪切振动、弯曲振动、扭转振动和横效应振动的近似条件下，分析了压电双晶片的纵效应振动。从压电方程和波动方程出发，推导出了厚度伸缩振动模式的阻抗频响和导纳频响，并在此基础上得到了纵效应振动的一般导纳公式。推导出纵效应振动的等效电路，绘制出阻抗频率响应曲线。另外，采用有限元软件对压电双晶片进行了静态变形、动态特性分析，同时进行了静态和动态测试。将理论计算、有限元分析和实验测试结果进行比对分析，三者结果吻合。

针对微机电系统中常用单轴柔性铰链机构原始理论设计的复杂性,提出了简洁而准确的单轴柔性铰链设计计算方法.从基础理论出发推导出了柔性铰链刚度及转角设计公式,分析了柔性铰链设计中结构参数与性能的关系.通过一种压电驱动微动工作台设计实例分析了单轴柔性铰链机构在微机电系统中的应用.实践证明了该方法的简便、可靠与实效性.

相位图像去包裹运算是三维形貌测量的重要环节，用于获得真实的相位分布。该文提出了基于测地学腐蚀的去包裹算法，首先根据包裹相位图像选取mask与marker图像，并在mask图像的限制下对marker图像进行测地学腐蚀运算，然后对腐蚀后图像的补集采取相同的腐蚀运算，以消除包裹相位图的阴影、断点等噪声，最后利用五帧去包裹算法对腐蚀预处理后的相位图进行相位恢复。实验表明，该方法有效地消除了相位图像中的断点、空洞和阴影等干扰因素，为实现高精度的表面形貌测量奠定了基础。

微器件装配技术是实现组合结构的微机械电子学系统(MEMS)的关键技术之一,精密工作台系统则是微装配系统的一个重要组成部分.精密工作台系统包括粗动工作台和微动工作台粗动工作台包括精密机械及其传动系统、光栅定位系统、直流力矩电机驱动系统及计算机控制系统;微动工作台包括微动台、压电陶瓷驱动电源和电感测微移.实验结果表明,粗动台系统的最高速度为5mm/s,最低速度为3.4μm/s,系统的重复定位精度为±1μm;微动台系统的定位精度可达到±1μm.