针对圆光栅安装倾斜、光栅变形等因素造成的精密减速器检测仪测角系统精度降低，传统误差补偿方法采样点数受多面棱体工作面限制，导致补偿效果不足的问题，提出一种多数据关联的误差补偿方法。采用自准直仪结合正24面棱体对圆光栅测角误差进行标定，通过改变多面棱体与圆光栅在周向方向上的相对位置，得到多组测角误差标定数据。利用误差谐波法对多组测量数据进行预处理，将不同组数据关联，并代入BP神经网络中训练，得到圆光栅测角误差模型。该方法无需计算补偿式，能够克服误差谐波法在样本点过多时易产生拟合震荡的问题。实验结果表明：本文所提出的补偿方法残差峰峰值在0.94″内，标准差为0.25″，分别减小至误差谐波法修正后的33.3%和37.9%，有效提高了圆光栅测角系统的精度，使减速器检测仪测角精度达到亚角秒级。

提出一种利用光纤-电容液滴分析仪进行溶液折射率精确测量的方法。利用最小二乘法拟合得到与水表面张力近似溶液(NaCl、葡萄糖等)的液滴指纹图第一峰的光纤值与折射率之间的线性模型；仿真分析乙醇、丙醇等与水表面张力相差较大的溶液的表面张力对液滴外形的影响，并提出带表面张力修正的折射率计算模型。实验结果表明，利用所提出的线性模型得到的葡萄糖和NaCl溶液的折射率平均误差为2.9447×10-4；利用带表面张力修正的折射率计算模型得到的为1.4381×10-4，且测试样品的最大相对误差为0.1258%。该方法对扩展液滴分析仪的适用性和提高其分析精度有一定意义。

针对液滴分析仪光纤、电容传感器多次测量重复性不高, 影响液滴分析测量精度的关键问题, 重新设计了传感器结构, 在电容环形极板外部增加屏蔽结构。采用数字电容信号测量法代替原有激励模拟测量方法, 电容传感器测量极小值标准差为 0.001 7 pF, 极大值标准差为 0.002 4 pF。改进光纤信号测量电路, 利用无限增益低通滤波器避免由于放大倍率过高引起的自激震荡, 光纤传感器测量峰值标准差为 0.019 9 V, 提高了液滴分析仪测量精度。

为实现大尺寸轧钢几何尺寸、形状误差、表面缺陷的实时检测, 采用4个激光器和4个CCD摄像机搭建了多线结构光视觉传感器测量系统。针对多视觉传感器全局校准的关键问题, 设计了特殊形状的靶标, 提出了新的全局标定方法。利用交比不变原理获取光平面上多个标定点, 同步实现视觉传感器的局部标定和全局校准。详细阐述了标定的基本原理和系统构建过程, 分析了标定中存在的误差, 并提出了减小误差的方法。实验验证系统重复测量精度在0.04mm以内, 测量相对误差小于0.9%。

建立了基于DM642的嵌入式线结构光角度视觉检测系统, 用于精确实时地在线检测线结构光角度。首先，将以CCD为图像传感器的装置与基准平面固定，以线结构激光发生器为光源的装置与被测平面固定; 用CCD采集投影屏上的线结构光图像，再由DM642进行实时处理得到线结构光的角位置，并对角位置进行标定来获得被测平面与基准平面的夹角。然后，分析系统误差源，得出系统主要误差是由CCD感光面阵平面与投影屏平面之间的夹角α所致。最后，针对此误差项建立数学模型，并根据模型采用圆光栅控制激光发生器精确转动3个角位移，由圆光栅所得的精确角位移值和对应的图像检测值计算出标定夹角α的大小和方向，并对由此夹角误差导致的检测误差进行精确补偿。实验结果表明：在α为0.331 97°时，经误差补偿后的圆光栅角位移值和对应的图像检测值之间的转角误差由22.522%减小到0.595%，系统测量的不确定度为0.051 44°。

为了实现大尺寸空间异面直线夹角检测系统的现场标定，提出了基于待测对象的现场标定方法。结合一个具体的工程实例介绍了系统的测量方法，针对系统内部机器视觉子模块的测量对象提出了适于现场快速实施的标定策略。分析了影响系统检测精度的各项误差源，给出了系统标定板的设计加工方案。研究了系统的框架设计和标定板布局的合理性。设计了标定环节的数字图像处理流程，并给出了各个步骤的处理结果。实验结果表明，在光照条件为355 lx的情况下，采用所提出的标定方法使视觉检测系统的误差均值由0.065123°缩减为0.00219°，补偿效果满足要求，系统对于间隔7 m的异面角度的标准测量不确定度为0.114°。

为满足微靶装配过程中靶球和靶腔相对位置的严格的要求，保障惯性约束聚变实验的成功，针对机器视觉的几何量测量精度很难达到5 μm以下的不足，设计了利用具有亚μm级精度的激光共焦测头对装配中的靶球进行采点扫描以获取其尺寸和位置的非接触测量方法，借助于在线监测系统运动轴的高精度定位，通过上下两个激光共焦测头的组合测量，并采用一种快速而准确的基于点阵插值细分和目标两级提取的测量算法，使在线监测系统的球体几何量测量精度达到了2 μm。

针对实际工程中相距数米至数十米的若干几何元素之间的空间夹角, 提出了大尺寸空间异面直线夹角激光检测系统的设计方案。首先, 根据常见待测直线元素不同的实体存在形式, 设计了相应的实体体现方法, 并建立了异面夹角测量所需的公共基准; 对于待测元素在公垂线方向距离很远的情况, 采用单束线结构激光作为公共基准。然后, 针对一个具体的工程实例, 给出了系统检测框架的设计思路。最后, 提出了公共基准与待测元素空间关系的获取方法。采用数字图像处理技术检测公共基准与各个待测元素构成的夹角并通过三角关系间接获得了待测元素异面夹角的检测结果。在30次系统测量中, 系统重复性精度达到±0.020 85°, 表明所提出的检测系统满足测量要求, 验证了测量原理的可行性。

分析了伺服系统中丝杠螺母的热特性规律，对丝杠温度场进行了简化建模，以快速准确地预测丝杠温度分布及变化。简化模型能较好地预测丝杠温升过程，但稳态误差较大；通过引进时间修正系数修正了该简化模型，修正后的模型能较好地预测丝杠的稳态温度，但对温度上升过程的预测误差较大；鉴于两个模型的特点，基于分段建模的思想，建立了丝杠温度场分段模型，并辨识了模型参数。实验结果表明，不同单热源实验条件下，预测温度误差值在0.5 ℃以内；双热源实验条件下，预测温度误差值在0.8 ℃以内；显示该模型能较好地预测丝杠温度随时间的变化。

基于时间差法的共焦测头测量的位移量是测头输出的光电信号中相邻驼峰之间对应时间差的一一映射。为了更加准确稳定地计算出光电信号中的时间差，本文分析了改进后测头输出光电信号的特点，指出了目前信号处理方法的缺陷，进而提出了相似形态分析法，用于计算相邻驼峰之间对应的时间间隔。实验数据显示，在采样频率为2 MHz的数据采集系统中，使用相似形态分析法计算得到的时间间隔的标准差为0.33 μs，高于最大值法的3.37 μs。结果表明，相似形态分析法计算结果准确，不受噪声的影响，对信号的前期处理要求低，易于实现，计算结果稳定且不受激光光强变动的影响和环境光的干扰。