为解决激光差动共焦元件参数测量系统中人工调整元件姿态效率低、重复性差的问题, 研制了激光共焦球面元件姿态自动调整系统。基于共焦原理, 建立了元件失调量与电动四维调整机构调整量关系的数学模型, 并根据CCD探测器实时获取的光斑位置信号分析出被测件的姿态信息, 结合闭环反馈控制算法实现姿态自动调整。利用电动四维调整机构搭建了自动调整实验装置, 实验结果表明: 研制的电动调整机构平移调整分辨力达到0.5 μm, 倾斜调整分辨力达到8″; 调整系统能够快速、稳定地将被测件姿态失调量调至误差范围内, 有效提高调整重复性及效率, 对激光差动共焦测量系统实现全自动球面元件参数检测格外重要。

建立了光机一体化仿真方法，从而实现对光学系统的性能评估。利用Ansys有限元软件进行热-结构仿真，将得到的数据文件进行刚体位移分离时采用新的评价函数，通过设置位移参量和随机值验证计算精度达到0.3%。运用Householder算法做Zernike拟合，将拟合系数作为与ZEMAX进行通信的数据接口，并采用动态数据交换技术实现Matlab与Zemax的数据交换。在此基础上给出一个角度检测物镜仿真的实例，得到了光学畸变随温度变化的曲线，说明为达到1″的测量精度，需保证工作温度范围为14~26 ℃。

机器视觉技术在工业测量中具有广泛应用，实现高精度的机器视觉测量对精密加工、制造具有重要意义。针对机器视觉应用中待测物体偏离焦面及在纵深方向过厚导致测量结果出现误差的问题进行了研究。重点讨论了系统中镜头远心度引起的平行性误差及其对离焦物体测量结果的影响。实验结果表明，在物体偏离最佳成像面而引入的误差中，平行性误差占到90%左右，因此可通过后期对平行性误差进行补偿以较大程度地提高系统测量精度。此外，针对待测物体过厚导致边缘模糊这一问题采用多种边缘检测算法进行了分析。结果表明在一定范围内，物体纵深方向越厚，边缘检测误差越大。在这一结果的基础上，对算法进行改进，提出一种基于图像灰度曲线的补偿方法，使测量误差由超过20 μm降至10 μm以下。

为了增强高精度曲率半径测量仪器的抗环境干扰能力, 满足现场使用需求, 研制了一套基于光栅尺测长的激光差动共焦曲率半径测量系统。该系统利用差动共焦轴向光强响应曲线的过零点对应系统物镜聚焦焦点这一特性, 对被测样品的猫眼位置及共焦位置进行精确瞄准定位, 并借助光栅尺测长得到透镜猫眼位置与共焦位置之间的距离, 实现曲率半径的测量。实验表明, 该系统相对测量精度优于5×10-6, 满足高精度曲率半径测量的精度需求。

研究了直升机涡轮导向器叶片的激光修复技术。以直升机四级涡轮导向器分解叶片为基材,以镍基合金为熔覆材料,在激光功率为1-2 kW,扫描速度为2-15 mm/s,光斑直径为1-3 mm,层厚为0.2-0.6 mm的工艺参数条件下,研究熔覆层的表面成形、显微硬度以及微观组织形貌。结果表明,综合叶片宏观形态、硬度分析与扫描电镜分析结果,可以得到组织细密、与基体呈良好冶金结合且无明显微观裂纹的熔覆层。因此,采用激光修复技术对受损涡轮导向器叶片进行修复的方案是可行的。