熔池温度是选区激光熔化金属成型过程的一个重要参数。为了实现熔池温度的闭环控制,基于比色测温与光电检测技术完成了熔池温度的在线检测。提出了一种复合结构的放大电路,它可成功检测到幅度小、变化快的熔池辐射信号。搭建嵌入式系统将熔池辐射数据上传至金属成型设备的工控机中,运用比色测温法解决了辐射光强检测受激光入射角等因素影响的问题,并求解得到了熔池温度。以90%Cu-10%Sn合金粉末作为成型材料进行实验,利用窄带滤光片测得在540~660 nm光谱范围内熔池辐射最强的波段位于580~590 nm;在40~200 W激光功率下,测算得到的熔池温度为700~1700 ℃。选区激光熔化金属成型熔池温度的在线检测,可为金属成型设备的控制系统提供熔池温度反馈,可作为升级该设备的一种参考。

通过利用光栅投影三维测量技术进行微小物体的三维重构,提出了基于一般成像模型的标定方法，利用标定板围绕固定轴转动的不同姿态进行标定并进行优化。所提出的标定算法既解决了一般成像模型变量多的问题，又不需要借助精密位移装置，简化了整个标定过程。与此同时，利用自卷积盲去模糊的方法解决远心镜头景深小带来的离焦，提高了摄像机的标定精度。标定和三维重构实验验证了该方法的可行性和准确性。在23.7 mm×17.78 mm相机视场范围下系统测量精度达到了6 μm。

在光学理论基础上，对反射型双光栅检测系统进行了研究。建立了以反射叠栅信号及其相应位移为对象的数学模型，并利用Matlab 软件对反射叠栅信号其位移特性进行数值计算及分析仿真，经仿真研究发现，反射0 次叠栅信号输出光波强度最强、呈现出稳定的规律性。据此，设计实现一种基于反射叠栅信号的超精密定位系统，以反射0次叠栅信号作为定位台的控制信号，在微型计算机闭环作用下，实现微定位工作台高精度位移偏差实时检测以及超高精度自动定位。对于反射定位系统存在的非线性、迟滞性等特点，提出基于模糊径向基函数(RBF)神经网络的智能比例积分微分(PID)控制技术，在二者共同作用下在线实时调整PID 控制参数，实现PID 控制的智能化，提高智能控制的自适应能力。结果表明，采用反射叠栅信号的智能PID 控制系统抗干扰性强、定位效率高，可实现± 10 nm 的定位精度。

应用光学理论分析了一种纳米级位移分辨率的双级衍射光栅测量系统，建立了衍射叠栅信号与对应位移的数学模型，并通过计算机仿真对叠栅信号的位移特性进行了研究。为提高位移检测信号的灵敏度及定位精度，提出了差动式和修正式两种定位方法，差动式定位由于能消除同相噪声干扰及激光管本身光强的波动，因此定位精度高于修正式定位，但修正式定位结构比较简单。利用研究的两种定位方法，建立了精密定位的复合控制系统，通过粗定位和精定位相结合的两段式复合定位，可保证在较大的信号捕捉范围内，实现高速高精度定位，有效地解决了定位精度、定位速度与信号捕捉范围三者之间的矛盾。实验结果表明，复合式精密定位可在1 mm的信号捕捉范围获得±10 nm的定位精度。

应用光学理论分析了一种纳米级位移分辨率的双级衍射光栅测量系统, 建立了衍射叠栅信号与对应位移的数学模型。在此基础上设计了基于激光叠栅信号的超精密平面定位系统, 该系统可实现高精度位置检测及全自动精密平面定位。针对精密定位系统存在非线性, 精确控制模型难以建立的缺陷, 将不基于模型的模糊神经网络控制理论应用于精密定位控制系统中, 构造了模糊推理反向传播(BP)神经网络控制模型。通过对光强及光强变化率的映射, 得到定位台的驱动信号。改造后的模糊控制系统具有知识自动获取功能, 能更好地适应工况环境。实验结果表明, 使用模糊神经网络控制, 控制响应快、稳定性好、稳健性强, 可有效提高定位精度及定位速度, 系统可获得±0.4 μm的定位精度。

针对荫罩式等离子显示器屏板定位的特点, 研制开发了一套基于计算机视觉的荫罩式等离子显示器屏板精密定位系统, 系统以工业控制计算机为核心, 取CCD信号为控制信号, 由微机控制实现高精度位置检测及全自动精密定位, 从而实现等离子显示器前基板、荫罩和后基板三者之间的全自动精密定位。采用的快速图像边缘检测技术、特征图形标识识别技术和精密驱动控制技术, 可有效提高位置检测信号的灵敏度及定位速度。系统在软、硬件方面采取的一系列抗干扰措施, 确保了较高的定位精度及工作可靠性。实验结果表明, 基于计算机视觉的精密定位系统可获得±5μm的精密定位, 对荫罩式等离子体显示器的产业化具有重要的实用价值。

分析了一种百纳米级位移分辨率的双级衍射光栅测量系统, 建立了衍射叠栅(莫阿)信号与对应位移的数学模型, 并通过计算机仿真对叠栅信号的位移特性进行了研究。在此基础上设计了一套基于双级衍射光栅的精密定位装置, 利用两组衍射光栅, 取其透射零次激光叠栅信号的差信号为控制信号, 由微机控制实现高精度位置检测及精密自动定位。系统采用的差动光栅技术, 极大地提高了位置检测信号的灵敏度及定位精度。通过粗定位和精定位相结合的两段式复合定位, 可在高精度定位的同时, 缩短定位时间, 实现高速高精度定位。实验结果表明, 基于衍射光栅的精密定位装置可获得±0.5 μm的定位精度, 对精密加工工程领域具有重要的实用价值。

设计了一种基于激光莫尔信号的超精密平面定位装置,该装置可实现高精度位置检测及X-Y-( 三自由度的全自动精密平面定位.激光莫尔信号传感器为相位相差180(的两组衍射光栅,构成差动光栅技术,可有效提高位置检测信号灵敏度及定位精度.针对系统存在非线性,精确控制模型难以建立的缺陷,提出基于RBF神经网络的精密定位控制,其控制响应快、稳定性好、鲁棒性强,可有效改善控制质量,提高定位速度.实验结果表明,基于激光莫尔信号的精密定位装置可获得亚微米级的平面定位精度.