针对惯性约束激光核聚变(ICF)靶零件夹持和装配过程中存在的重载荷与高检测分辨率之间的装配难题, 该文提出了一种基于双轴旋转结构的微装配方法。首先通过分析装配目标器件(铝套筒, 金腔和半腔)的特点, 制定了精密装配总体结构方案。然后介绍双轴旋转装置并对相应的传感器进行标定, 并进一步对集成传感器的双轴旋转装置进行角度偏转测试, 可检测最小0.01°的偏转。实验表明,该双轴旋转装置能灵敏地检测到微小的偏转, 并且传感器对双轴旋转具有“置零”的能力, 通过该装置可在无视觉引导的情况下完成目标件的装配。

该文提出了一种基于惯性粘滑驱动原理、可快速运动的跨尺度精密运动压电平台。该平台由滑动部分、摩擦调整部分、堆叠压电陶瓷、惯性部分和底座组成, 总尺寸为60 mm×60 mm×58 mm。该文详细介绍了基于此结构的新型惯性粘滑驱动原理。为了研究所设计压电平台的驱动性能, 制作了样机并建立了实验系统。实验中, 驱动频率7 kHz时最大的单步步距为2.67 μm, 最大速度为22.7 mm/s, 最大静态保持力为36 N。实验结果表明, 该文设计的平台可快速运动, 具有良好的运动性能。

开放式肝脏肿瘤切除手术是治疗肝脏肿瘤的最有效方法，基于双目结构光的术中肝脏表面三维重建对肿瘤的精确定位起到至关重要的作用。但由于手术环境光照和双目相机采集图像的位置等因素，将造成相机拍摄的图像出现局部亮度饱和问题，进而导致肝脏表面三维重建缺失。为此，本文提出基于不同反射率区域分割投影算法制定的自适应最佳条纹光栅的方法来解决该问题。先建立肝脏表面光照的物理模型和双目系统下的肝脏表面光照示意图并分析肝脏表面局部亮度饱和的影响。接着，利用肝脏表面不同位置的反射率不同，进行区域划分，根据不同反射率的区域分割投影算法来计算自适应最佳条纹光栅的强度，实现肝脏表面的分区投射。然后，将左、右相机图像中的饱和点转换到投影仪投射的条纹图像中并通过局部亮度饱和实验来验证本文提出的方法对克服肝脏表面局部亮度饱和问题的有效性。最后，通过猪肝实验结果表明：采用本文提出的方法后，三种不同手术状态下因局部亮度饱和而导致猪肝三维重建表面的缺失比率分别从1.1%、2.9%和1.4%降至0%，并且猪肝表面三维重建精度达到0.75 mm。本文的方法基本可以满足医生提出的术中肝脏表面三维重建精度1 mm以内并且重建表面无缺失的要求。

利用脉冲激光器对直径为400 μm的镍钛合金及铜丝进行激光焊接,通过设计不同的激光束偏移量对镍钛/铜异种激光焊缝形貌、显微组织、显微硬度及拉伸性能进行研究。结果表明,当激光束的入射位置由镍钛合金向铜一侧偏移时,镍钛/铜异种激光焊缝的尺寸逐渐减小,且焊缝内的元素分布由均匀分布转变为局部偏析;当激光束位于镍钛侧50 μm和中心线时,焊缝内的显微组织均为树枝状凝固组织;当激光束位于铜侧50 μm和100 μm时,焊缝由树枝晶、胞状晶和层状组织的混合组织构成。焊缝的平均硬度随着激光束位置的偏移而逐渐降低,当激光束偏移至铜一侧时,富Ni-Ti区域出现局部高硬度的现象。当激光束偏移至铜一侧100 μm时,焊缝内微裂纹的存在导致拉伸断裂在此处发生,且强度较铜母材显著下降。

针对目前水质参数传感器测量功能单一, 且受环境温度影响大等问题, 提出了一种具有温度补偿功能的多参数水质传感器芯片。该传感器芯片是使用微机电系统(MEMS)技术制造的, 芯片表面集成了pH传感器、DO传感器、氨氮传感器和温度传感器。为实现温度补偿, 芯片还设计了一种夹心板式蛇形Pt电阻加热器。同时设计了与芯片相适应的微流控测试腔, 以实现水样测量。采用有限元稳态热分析对4种加热器热传递过程进行分析, 得到合理的芯片结构布局, 通过MEMS工艺制作出传感器芯片。采用自制的恒电位仪测试电路, 对传感器芯片性能进行了测试。实验结果表明, pH传感器具有0.288 mA/pH的高灵敏度; 溶解氧(DO)传感器的灵敏度为2.22 μA/(mg·L-1); 氨氮传感器的灵敏度为0.113 9 mA/(mg·L-1); 温度传感器的灵敏度为0.949 Ω/℃; 加热器的功率和温度变化灵敏度为0.312 6 ℃/mW。与单个水质参数传感器相比, 该传感器芯片体积小、坚固耐用, 能够同时检测水样的多种参数, 且温度补偿效果较好。

为了提高红外热像仪的测温性能，以黑体辐射图像为基准，研究了噪声对红外热像仪测温的影响。首先，分析了室内背景下红外图像中噪声的来源和组成，主要包括高斯噪声和椒盐噪声。接着，建立了红外测温实验系统，获取标定时的黑体辐射图像和实际测温图像。然后，对黑体图像采用人工加噪的方法，研究不同噪声参数和传统降噪方法处理后对测温性能的影响，得到了不同噪声参数及降噪方法对测温性能的影响规律，在传统降噪方法的基础上提出了改进均值法并进行实验验证。最后，将改进均值法应用到室内实际测温的图像上。实验结果表明，改进均值法处理后，温度均方差减小为 0.32，测温误差减少了 1.69℃。效果优于传统降噪方法，改善了红外测温性能。

MEMS热电堆传感器能够实现对温度的精确测量, 固晶工艺是其中关键一环, 但目前尚缺乏有效方法精确优化MEMS热电堆固晶工艺参数。本文介绍了热电堆传感器的工作原理, 提出了对固晶工艺参数(固晶厚度和爬胶高度)的要求。以固晶工艺要求为导向, 初步探究了压力参数对固晶工艺的影响并进行了压力参数的优化。在优化的压力参数下, 实验探究了点胶高度和贴片高度对固晶工艺的影响, 并缩小了两参数的选择范围。在此基础上, 通过有限元ANSYS软件, 分析在相同温度下, 不同固晶厚度的银浆与芯片接触处的热应力分布, 找出最佳的固晶厚度参数, 并精确优化了点胶高度和贴片高度。最后, 通过实验验证的方式, 对此参数下的MEMS热电堆固晶强度给出了检测结果。结果表明: 压力参数为0.3 MPa、点胶高度为140 μm、贴片高度为460 μm时, 固晶推力均值为43.14 N。其固晶质量最好, 能够满足固晶强度要求, 有助于提高MEMS热电堆芯片封装的可靠性与成品率。

微球透镜配合传统光学显微镜可以采集到衍射极限以下的超分辨光学图像, 为了精确控制微球透镜在样品表面的位置, 同时扩大超分辨成像范围, 提出了一种控制微球透镜的方法, 结合多轴微动平台实现微球透镜的精确定位与成像扫描操作。通过光学仿真分析了微球透镜超分辨成像效果, 并对精密微动平台进行了运动学分析。为了提高超分辨成像效果, 将微球透镜浸没于液体介质中, 并对在液体中运动的微球透镜进行力学分析。通过实验, 清晰分辨出130 nm(～λ/4)的蓝光光碟条纹间隙, 证明了微球透镜具有超分辨成像能力, 结果表明, 微球透镜可以在传统光学显微镜的基础上进一步提高约3.52倍的放大倍数。通过控制微球透镜以5×10-6 m/s的速度在液体中按“S”型轨迹移动, 实现了对一个视场内样品的超分辨成像, 此控制方法可以精确控制微球透镜的运动, 通过扫描的方式可以扩大微球透镜的观测范围, 提高观测速度。

为了实现复杂曲面工件的智能抛磨加工, 对叶片复杂曲面进行机器人抛磨工艺规划。对抛磨点位置规划算法和基于最大接触原则的抛磨姿态规划算法进行了研究。首先, 通过平行截面法获得抛磨路径割线, 以非均匀有理B样条(NURBS)曲线描述。接着, 提取曲线特征参数, 根据设定的阈值进行抛磨点规划, 再基于抛磨轮与工件的最大接触原则进行抛磨点姿态规划, 从而得到完整的抛磨路径。然后, 将工件位姿从工件坐标系转换到TCP坐标系。最后, 搭建了柔性抛磨系统仿真平台生成机器人控制程序。实验结果表明, 此方法规划的路径可用于叶片复杂曲面的机器人抛磨加工。分别用本文规划所得路径和CAM软件规划所得路径对叶片进行抛磨加工, 测得表面粗糙度分别为0.695~0.930 μm和2.803~3.243 μm。本文提出的抛磨位姿规划方法可用于复杂曲面工件的抛磨路径规划, 使工具和工件保持最大接触, 从而避免了位姿不合理所产生的过抛和欠抛。