精密定位测量旨在针对微动目标实现微纳米精度的定位与小尺度操纵，其作为一种重要的测量技术，在工业生产、半导体制造等高端装备领域得到广泛应用。与其他测量方法不同，光学显微视觉测量技术因具备交互性强、扩展性强的特征而广泛应用于精密测量中。对基于光学显微视觉的精密定位测量技术进行分析与综述。首先，介绍光学显微视觉系统的成像模型与工作原理。其次，根据是否基于标靶图案的特征，对显微定位测量算法进行分类；同时，根据标靶图案的周期特征进行进一步的分类与探究，讨论其在不同标靶图案下的性能指标。最后，总结光学显微视觉定位测量方法在不同领域的应用与前景。该综述旨在为研究人员提供关于光学显微视觉精密定位测量技术的发展状态与趋势，促进微纳尺度定位测量技术的发展。

针对当前微纳米测量中存在的大范围高精度测量及复杂微结构几何参数表征难题, 基于多测头传感和精密定位平台复用技术, 开发了一台具有多种测量尺度和测量模式的复合型微纳米测量仪。为使其具备大范围快速扫描测量和小范围精细测量功能, 仪器集成了白光干涉和原子力显微镜两种测头, 通过设计适用于两种测头集成的桥架结构及宏/微两级驱动定位平台, 实现整机的开发。为保证仪器测量结果的准确性和溯源性, 利用标准样板对开发完成的仪器进行了校准。仪器搭载的白光干涉测头可以达到横向500 nm, 纵向1 nm的分辨力; 原子力显微镜测头横向和纵向分辨力均可达到1 nm。最后, 利用目标仪器对微球样品进行了测量, 通过大范围成像和小范围精细扫描, 获得了微球的表面特征, 验证了仪器对复杂微结构的测量能力。

提出了一种基于加速稳健特征(SURF)算法的精确定位的方法,通过识别地面铺设的二维(QR)码完成了定位预判与姿态矫正。对获取的QR图像进行预处理,并采用SURF算法提取图像中的特征点信息,匹配实时图像与目标图像的特征点,并利用最小二乘拟合获取图像间的转换矩阵,将转换矩阵与自动导引车(AGV)的视觉导引模型结合以实现AGV的精确定位。实验结果表明,在结构尺寸较大的重载AGV中,所提算法的定位稳健性较好,精度达到±1 mm。

针对机车电机整流子维修加工过程中，当前普遍应用的激光调制定位型云母槽削刻系统存在精度较低且需大量人工干预的问题，提出了一种基于机器视觉的云母槽精确定位方法，来克服电机整流子云母槽边缘难以精确提取的难点。本系统首先自主设计了精度补偿算法并构建了定位误差修正模型，基于此搭建了嵌入式系统平台，实现了对云母槽中心线的全自动快速精确定位；准确计算刻刀与中心线的偏差值；精确控制刀头移动到正确的下刻位置。实验结果表明，该仪器能精准计算云母槽中线位置，通过伺服电机对铣刀进行微调对准，并将刻刀定位误差控制在0.02 mm 之内，实现了整个操作流程的自动化和精确化。

针对数字体制机载多脉冲激光测距机信号处理算法引入测距误差的问题, 提出减少脉冲激光回波波形失真的降噪算法以及改善激光测距精度的校正措施, 可用于脉冲激光目标的精确定位。结合数字体制多脉冲激光目标检测过程分析数字信号处理算法引入的测距误差, 指出信号采样率限制了目标定位的距离分辨率, 低通滤波环节的非线性相频特性是造成波形失真、峰值点偏移的主要因素。然后, 针对这些问题给出了改善多脉冲激光目标定位精度的具体算法: 基于对称小波基实施回波信号小波分解, 利用改进Donoho阈值处理小波系数, 用以减小重构目标波形峰值点位置的偏移; 采用差分组合函数搜索目标回波的峰值点, 基于非对称高斯脉冲模型进行高采样率拟合, 对峰值点位置加以校正, 改善定位的精确性。通过仿真选取合适的小波基, 对比不同算法信噪比改善及峰值点定位的性能。在室外高塔开展消光比激光测距实验, 结果显示信噪比为1.5的激光目标定位精度小于2 m, 验证了多脉冲激光目标精确定位算法的性能。

针对音圈电机驱动的X-Y定位平台中稳态误差导致的系统定位精度较低的问题，提出了基于敏感函数逆的前馈补偿控制方法。首先，采用频域辨识方法建立了系统模型，基于终值定理推导出系统扰动和稳态误差的关系，并由此设计了敏感函数的逆模型来补偿扰动对稳态误差的影响，从而提高系统精密定位性能。最后,在搭建的音圈电机驱动X-Y定位平台上进行了不同运动行程的实验研究。实验结果表明: 在行程为10 μm，最大加速度为6 mm/s2的微定位运动条件下，补偿后的定位误差可由2 μm降低到0.2 μm; 在行程为10 mm，最大加速度为6 m/s2的宏定位运动条件下，定位误差可由2 μm降低到0.4 μm。实验结果验证了本方法的有效性，为后续高精密伺服系统的研制提供了重要参考和设计依据。

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。