构建三维表面微变形同步干涉测量系统，客观准确地测量隐形矫治器的全场变形信息，为提高其临床矫治效能以及安全性提供数据支持。由蓝绿红激光构建三组各自独立的散斑干涉光路，用于同步测量物体表面的二维面内和一维离面变形，利用一个集成相移装置实现三色激光准90°步长的同步相移，并由一台3CCD彩色相机同时记录三色散斑干涉图。通过四步相移算法从分离的红、蓝及绿色散斑干涉图中计算出与离面和面内变形相关的干涉条纹相位；最后，结合自适应条纹滤波和数字差分算法计算得到与表面变形有关的6个应变分量。微转动实验表明：系统的微转角测量精度为2.4''，变形测量精度为10 με（微应变）。对隐形矫治器的变形测量结果分析表明，矫治器的变形效用与设定的矫治目标相一致。

为了实现滚珠丝杠滚道法向截面的快速、精确和无损检测，建立基于光学测微计的滚珠丝杠滚道法向截面测量系统。基于滚珠丝杠滚道法向截面测量原理设计了检测装置，对原有滚道法向截面数据处理算法进行优化，提出了角度划分圆弧方法、圆弧数据均匀化方法。对检测装置中传感器安装误差、水平移动平台直线度误差、传感器误差进行分析，并进行误差补偿。最后，通过实验验证检测装置和优化后的算法组成的整个检测系统的精度。实验结果表明：算法优化后检测系统测得的滚道法向截面参数，随着划分圆弧的角度增加最终收敛。算法优化后检测系统测得的圆弧半径和接触角与厂家提供的误差最大值分别为3.6 μm和19′31″，相对算法优化前提升率分别为64.36%和53.46%；测得的圆弧半径和接触角标准偏差最大值分别为1.56 μm和2′41″，相对算法优化前提升率分别为22.77%和56.67；测得的圆弧半径和接触角的A类不确定度最大值分别为0.63 μm和1′6″，相对于算法优化前分别降低56%和70%。滚道法向截面检测系统的精度、重复性和不确定度均满足测量要求。

为实现机器人末端位姿多自由度实时测量反馈，融合一维光学位置传感器（Position Sensitive Detector，PSD）建立了平面3自由度非接触测量系统，对其测量原理，信号处理电路，环境光干扰去除和非线性标定算法等进行研究。根据PSD传感器测量特性和平面3自由度测量要求设计了4-PSD测量系统，并建立测量系统数学模型。研究了PSD传感器的信号处理电路，通过运放和除法器实现了单个PSD的信号处理，结合单片机与A/DC采样电路，实现了上位机的高频率信号采集。对4-PSD测量系统进行预实验，为消除环境光干扰，通过激光调制和数字滤波等方法进行验证。最后，通过激光位移传感器标定4-PSD测量系统，介绍了4-PSD的标定步骤（原点、转角、长度和二阶非线性标定），测定了系统标定后的误差分布。该测量系统具有较高的测量频率（50 Hz）。标定实验结果表明：标定后的4-PSD测量系统在70 mm×70 mm内，测量精度平均为0.49 mm，比标定前降低了90%的误差，能满足大部分高速、高精度机器人末端的非接触式实时测量反馈需求。

针对红外图像与可见光图像融合中细节丢失严重，红外图像的特征信息未能突出显示以及源图像的语义信息被忽视的问题，提出一种基于二次图像分解的红外图像与可见光图像融合网络（Secondary Image Decomposition For Infrared And Visible Image Fusion， SIDFuse）。利用编码器对源图像进行二次分解以提取不同尺度的特征信息，然后利用双元素注意力为不同尺度的特征信息分配权重、引入全局语义支路，再采用像素相加法作为融合策略，最后通过解码器重建融合图像。实验选择FLIR数据集用于训练，采用TNO和RoadScene两个数据集进行测试，并选取八种图像融合客观评价参数进行实验对比分析。由TNO数据集的图像融合实验表明，在信息熵、标准差、空间频率、视觉保真度、平均梯度、差异相关系数、多层级结构相似性、梯度融合性能评价指标上，SIDFuse比基于卷积网络中经典融合算法DenseFuse分别平均提高12.2%，9.0%，90.2%，13.9%，85.1%，16.8%，6.7%，30.7%，比最新的融合网络LRRNet分别平均提高2.5%，5.6%，31.5%，5.4%，25.2%，17.9%，7.5%，20.7%。可见本文所提算法融合的图像对比度较高，可以同时更有效保留可见光图像的细节纹理和红外图像的特征信息，在同类方法中占有明显优势。

为解决原子力显微镜（Atomic Force Microscope， AFM）系统更换探针后光路调整复杂耗时、精度不足的问题，本文首次提出通过精密控制探针与探针夹装配位置来实现更换的探针相对AFM系统原光路位置的一致，进而实现免去AFM系统换针后调整光路步骤。该系统的光路一致性组件采用光束偏转法对探针位置与偏转进行放大与监测，并使用高精度位移与角度调节平台进行探针相对于探针夹的方位调整。通过实物搭建对探针一致性效果进行了验证，并对紫外光（Ultraviolet， UV）胶水固化过程导致探针位置偏移影响；探针不同偏移量时产生的探测器噪音对AFM系统成像质量影响进行了系统分析。实验结果表明：经由该系统装配的探针平均位置精度接近1.1 µm；并且在AFM系统中更换一致性探针仅需8 s。该系统实现了高精度且质量稳定的探针一致性装配，极大地简化了AFM系统重新校准光路的操作步骤，其与自动换针装置配合可有效提升工业计量型AFM的操作与测量性能。

为了解决现阶段的印刷电路板（Printed Circuit Board， PCB）缺陷检测方法没有同时关注缺陷的细节信息以及全局信息，跨像素卷积或池化的降采样操作更是造成了PCB表面缺陷全局信息与细节信息的丢失。虽然部分方法使用注意力进行层内信息的关注，但是对普通卷积提取特征后造成的权重偏差问题缺乏关注的问题。本文提出了PCB表面缺陷检测网络（PCB defect detection Network， PCBNet），该方法通过设计膨胀挤压卷积（Dilation and extrusion Convolution， DeConv）提取PCB表面缺陷全局信息与细节信息，使用空间向通道集中卷积（Spatial to Passage Directed Focused Convolution， SPD-Conv）进行降采样以减少信息丢失，设计细微特征增强模块（Subtle Feature Enhancement Module， SFEM）调节PCB表面缺陷特征的层内关系以及减少权重偏差的同时增强算法对细微特征的感知能力。在现场采集的PCB表面焊接缺陷数据集以及PCB Defect-Augmented数据集上与多种先进方法进行的对比的实验结果表明，PCBNet不仅在PCB表面焊接缺陷数据集上能够以每秒83帧的速度进行准确识别，还在PCB Defect-Augmented数据集上取得了COCO数据集评价指标mAP_0.5的最佳精度。表明本文的方法拥有可部署在嵌入式设备上运行的潜力。

为了抑制压电陶瓷的迟滞、非线性特性对压电微定位平台精度的影响，建立反映压电陶瓷作动器频率依赖迟滞非线性特性的Hammerstein模型：利用非对称Bouc-Wen模型来表示静态迟滞非线性和利用动态线性模型表征信号频率的影响。针对迟滞补偿器不能完全的进行补偿，并且存在噪音干扰实验设备，采用基于卡尔曼滤波的预测控制，提高压电微定位平台的控制精度。预测控制用来减小逆补偿误差以及建模误差等模型不确定性的影响，卡尔曼滤波用来获得系统的状态估计值。实验结果显示，该控制器在正弦波信号下的相对跟踪误差小于0.68%，三角波信号下相对跟踪误差小于0.70%。在迟滞补偿的基础上，采用卡尔曼滤波的预测控制，该方法可以有效地完成对微定位平台的高精度跟踪。