大行程、高精度的运动平台在大规模集成电路的制造与检测、微电子产品制造、生物芯片技术、印刷线路板的无铅联装等诸多尖端领域中占据着极为重要的地位,其中关键理论与核心技术主要包括精密驱动、精密定位、精密检测技术等。本课题组针对高新装备对大行程、高精度运动平台的需求,结合直线超声电机大行程、高分辨率、可直接驱动的特点与并联机构高速、高精度的优势,构建了基于计算机视觉反馈的平面3-PRR并联平台,对直线超声电机精密控制方法、显微视觉聚焦、视觉实时检测、并联平台定位系统标定等关键理论进行深入的研究和探讨。所建立的原理样机经实验测试,实现了大行程(20mm)、高精度定位(±5μm),达到了先进电子制造装备的基本要求。本文主要研究内容和成果包括:1、对平面三自由度并联平台结构形式、导轨布局方案分别进行了运动学、动力学仿真分析,得出了正三角形布局的并联平台各支链所需的驱动力更小的结论;研制了直线超声电机驱动的平面3-PRR并联平台,构建了基于计算机视觉检测动平台位姿的全闭环控制系统。2、以建立的并联平台为实验对象,对现有的直线超声电机PID控制、智能控制算法等方法进行了对比分析,发现直线超声电机的非线性及时变性严重制约了这些方法的控制精度。基于此提出利用正态分布理论统计直线超声电机的步进位移规律,结合模糊逻辑控制技术建立直线超声电机控制规则库。点位控制实验结果表明:当目标位置为5mm时,直线超声电机的定位精度达到0.5μm。3、提出了一种将频域提升小波变换和时域Sobel-Tenengrad算子有机组合新型聚焦评价函数,利用离焦、正焦样本图像对自组织算法进行无监督训练,使用粒子群优化算法加速训练过程,以经过学习自组织映射算法作为聚焦控制器。显微视觉自动聚焦实验结果表明:所提出的自动聚焦评价函数在不同的样本、不同倍率镜头下均能在正焦位置达到最大值、鲁棒性强;平均用7.6步完成自动聚焦,大大的提高了聚焦效率。4、建立了直线超声电机驱动的平面3-PRR并联平台的运动学模型,利用CCD相机作为外部测量设备,通过图像处理技术对并联平台动平台上的人工特征进行定位,实现对动平台位姿的精确测量,利用粒子群算法对并联平台运动学参数进行优化,实现了对并联平台运动学标定。标定实验结果表明:动平台实现一个长轴为16mm,短轴为10mm的椭圆形轨迹,标定前轨迹误差最大大于800μm,标定后轨迹误差缩小到20μm以内。5、针对人工特征圆检测图像处理耗时高达189ms这一问题,通过Kalman滤波器来预测人工特征的位置,将图像处理区域缩小至32?32像素,图像处理时间被缩短至4ms左右。并联平台视觉伺服定位控制实验结果表明:对于目标点位置为(20mm,20mm)的点位控制,并联平台动平台定位精度可达±5μm以内;当并联平台动平台实现直径2mm的圆形轨迹时,动平台X-Y轴轨迹跟踪误差在±10μm以内,θ角的跟踪误差在±0.1o以内。