伴随着精密、超精密加工技术的迅猛发展，微制造技术的不断进步使得微小型器件向复杂三维结构方向发展。微小型系统的配合公差要求达到微米甚至亚微米级别。微器件装配系统在对准精度、微操作定位精度和装配感知力方面提出了更高的要求。精确对准是实现微器件高精度装配的关键之一，微器件装配系统必须有高精度的目标零件与基体零件相对位置检测反馈环节。人的感知能力无法达到微器件装配所要求的微米量级，采用显微视觉图像检测来实现精确定位在微器件装配领域得到了广泛应用。普通显微光学检测在检测精度方面受到自身成像系统的限制，采用单一普通显微视觉检测无法突破光学衍射极限，装配对准检测精度难以达到亚微米级，无法实现亚微米精度对准。本文采用普通显微光学同轴对准检测与激光共聚焦同轴光学对准检测相结合组成的双光学检测系统，使微器件装配对准检测精度达到亚微米，并通过实际的实验系统进行了实验验证。论文的主要工作如下：1.研究了高精度同轴光学对准检测总体技术：分析了基于正交光学对准检测的微器件装配系统面临的问题和受到的限制，在总结实验室课题组提出的正交光学对准检测的基础上，提出了普通显微光学同轴对准检测。对同轴光学对准检测机构存在误差时对对准检测精度的影响进行了理论计算和实验验证分析。分析了普通显微光学同轴对准检测在实际的微器件高精度装配过程中遇到的技术问题，普通显微光学对准检测精度受到光学衍射极限的限制，对准检测精度难以达到亚微米级。采用单目视觉无法实现目标零件与基体零件装配过程中z轴向的精确定位。提出了基于激光共聚焦的同轴光学对准检测方法，充分利用激光共聚焦测量的高精度，突破光学衍射极限，使微器件装配对准检测精度达到亚微米级，而且激光共聚焦可实现在z轴向的高精度测量。激光共聚焦同轴光学对准检测也存在视场小，工作距离小的问题。在综合考虑上述问题基础上，构建了基于普通显微光学的同轴光学对准检测和激光共聚焦的显微光学对准检测双检测系统构成的微器件装配对准检测实验平台。分别对普通显微光学同轴光学对准检测机构和基于激光共聚焦的同轴光学对准检测子模块进行了设计。2.研究了同轴光学对准检测精度问题：对普通显微光学对准机构在棱镜存在微小角度偏差时对整个微器件装配系统装配对准检测精度的影响进行理论计算。通过六自由度精密角位移台按一定的步距人为给定角度偏转，分别存储每次角度偏转后标定板在成像系统像平面的像。最后，对所获取的图像分别进行处理，通过计算标定圆的圆心在像平面的偏移来计算棱镜存在微小角度偏差给对准检测精度带来的影响。基于激光共聚焦的同轴光学对准机构，采用了两片等腰直角三角形棱镜组成全反射光路。由于棱镜都是直角边长为5mm的小棱镜，棱镜的夹持相对来说更加困难，其引入的误差源相对来说也较多，文中将共聚焦棱镜对准机构作为总体以系统误差的形式来进行实验验证。作为系统误差，在获得系统误差的误差分布情况后可对其进行补偿来减小或消除。3.研究了微器件高精度自动化装配对准图像关键特征提取与识别技术：微器件装配对准图像关键特征的提取与识别是实现自动装配的一个关键环节。研究了微器件装配对准关键特征图像选取及对准区域图像的裁切，对准关键特征图像边缘提取算法，图像不同偏向条件下边缘点自动选取方式，以及对准装配过程中轴向误差调整和角度误差调整的控制方法。采用考虑不确定性的装配对准图像局部特征匹配算法，实现了某平板类微小型结构件的自动化装配。4.研究了微器件装配系统标定技术：分析了普通显微光学对准检测的镜头畸变标定技术。对同轴光学对准机构进行了标定，对具体的标定方案进行了详细的设计。对激光共聚焦同轴光学对准检测子模块进行了标定研究，设计了针对激光共聚焦的标定实验方案。最后，完成了对微器件装配目标零件与基体零件的夹持搬运机械手与精密调整位移台的标定。5.微器件同轴光学对准检测实验研究：根据微器件装配系统平台设计性能指标和功能要求，给出了微器件装配系统实验平台总体方案。建立了基于普通显微光学同轴对准检测与激光共聚焦同轴对准检测实验平台，并通过实际的微器件装配实验验证微器件装配实验平台装配精度。