在智能制造和精密加工领域,实现零部件的精密定位与对准工序是必不可少的一步,高精度的自动对位系统对提升产品的生产效率及加工精度具有重要作用,是效率与质量的关键保证。随着精密电子工业,微纳制造业等领域内微米、亚微米级工艺的发展,元器件引脚尺寸及蚀刻线路宽度逐步降低至微纳米级,而相应基底工件如电路板、光刻版的尺寸却逐步增大。因此,如何实现基底工件的跨尺度高精密定位与对准已成为精密加工与检测现场的关键。本文结合光刻版工件跨尺度自动检测对位的需求,设计基于双显微视觉的高精度对位系统,对基于局部信息的工件位姿检测算法、系统标定与集成方法、纠偏运动平台机械结构设计及视觉对位策略等进行研究,并对课题搭建的视觉对位系统的性能进行实验测试,完成了光刻版工件的跨尺度自动对位,论文主要内容有:首先,针对光刻版工件自动对位的精度需求与跨尺度对位的难点,提出了基于双显微视觉结合精密运动控制技术的总体方案设计,分析了工件自动对位的基本流程、视觉模块与运动控制模块的功能要求;设计了基于广义并联解耦机构的新型三自由度运动平台;对系统中主要硬件进行参数选型分析,搭建了基于双显微视觉的高精度对位系统实验平台。接着,对基于双显微视觉的位姿检测算法展开研究,提出了通过左右两端局部位姿信息结合工件几何尺寸推导光刻版工件整体位姿偏差的方法;算法主要包括图像预处理、亚像素边缘检测与位姿求解三个步骤。图像预处理中,针对全局图像特征提取时间过长的问题,设计了最小ROI提取算法;针对噪声平滑过程中存在的边缘模糊问题,采用了自适应平滑滤波算法。为提高边缘定位精度,对传统Canny算法进行了改进并基于多项式插值细分实现了亚像素级边缘轮廓的提取。通过改进RANSAC算法拟合边缘离散点完成了“Mark”标志的中心点定位及局部位置偏差的获取;根据光刻版工件的几何尺寸,推导了局部位姿信息与微管道位姿偏差间的数学关系。视觉检测精度实验表明,算法对于平行线的距离检测精度达1.93μm、角度提取精度达0.018°。然后,对视觉系统与运动系统的标定与集成方法展开研究。完成了左相机、右相机的内部参数标定及显微图像的畸变矫正;推导了左右两个子相机坐标系间的角度和位置关系,通过设计高精度平面靶标完成该坐标映射关系的求取;分析了视觉系统与运动控制系统的集成方式,采用九点标定法完成了左相机像素坐标系与运动坐标系间坐标变换关系的求取;制定了基于显微视觉引导的平台纠偏策略及基于局部偏差信息的对位精度判别方法。实验结果表明:左相机标定的残差总体均值为0.147913pixel,右相机标定的残差总体均值为0.137758 pixel,视觉坐标系与运动坐标系的坐标变换精度X向标准差为0.185 pixel,Y向标准差为0.168 pixel。最后,对本课题搭建的基于双显微视觉的对位系统进行了性能测试实验。纠偏平台运动精度测试实验表明:所设计的基于广义并联解耦机构的三自由度运动平台的重复定位精度X向为3.21μm、Y向为2.98μm;X-Y轴耦合度极小,对平台精度影响可忽略;光刻版工件跨尺度对位实验表明:所设计的视觉对位系统的旋转对准精度为0.01547°,左右两端横向偏移对准精度分别为3.61μm、3.89μm,端面间隙控制精度为3.76μm,满足基底工件对位的精度要求。