在介绍了产品三维曲面激光打标、模具型腔激光蚀纹和激光直线成形(LDS)活化激光加工的需求背景下，描述了以三维激光振镜系统和两轴数控回转台而构成的五轴数控三维曲面激光技术的基本原理，阐述了二维(2D)矢量纹理的纹理映射技术方法，论述了适用于五轴数控加工的整体分割技术方法和五轴数控加工等关键技术。实验证明了该设备关键技术的可靠性和加工质量的优良性，既能进行大批量的曲面高效打标和LDS 活化加工，也能进行模具蚀纹的精密精细加工。

提出了将各向异性湿法腐蚀与各向同性湿法腐蚀相结合的复合工艺，通过控制刻蚀工艺参数进行体硅加工，成功刻蚀了硅基材料三维曲面回转体结构。在各向同性腐蚀过程中，由各向异性刻蚀得到的多面体结构的表面垂直腐蚀速率与刻蚀液浓度呈指数关系，而搅拌使得多面体结构表面峰值与谷底的刻蚀液存在流速差，基于此原理可得到光滑的三维曲面。刻蚀过程中，通过各向异性湿法腐蚀控制结构深度，通过各向同性湿法腐蚀"抛光"结构曲面。最后，采用实验优化湿法腐蚀过程的工艺参数，基于直径为600~1 000 μm的圆形掩模板，在硅材料表面制备得到了高度为100~200 μm的三维曲面回转结构。提出的工艺简单、有效且便于操作，有望用于制作不同曲面形状的三维硅结构及聚合物光学器件模具。

研制了连续多点成形装置来完成三维曲面工件的高效、柔性加工，并对其成形载荷的变化趋势以及不同工艺参数对成形载荷的影响进行了研究。首先，介绍了连续多点成形原理；基于一定的假设条件，建立了成形载荷的理论公式；以双曲率元件为研究对象，建立有限元模型，分析了y方向载荷、z方向载荷以及合成载荷的变化情况。接着，分析了上辊压下量、板材厚度以及柔性辊曲率半径对成形载荷的影响。最后，设计出成形装置并进行实验。结果表明，y方向载荷最大值为6.693 kN，成形载荷的最大值为6.716 kN，成形载荷主要由y方向载荷决定；z方向载荷最大值为1.412 kN，为驱动工件运动的力；随上辊压下量的增加、板材厚度的增加以及柔性辊曲率半径的减小，y方向载荷均增加。成形载荷的变化情况与实际情况吻合，为成形装置的研制提供了指导作用。实验结果证明，连续多点成形是一种连续、高效、柔性的三维曲面成形方法。

提出了一种获得透平叶片及其微孔CAD 模型的光学测绘方法。首先,采用小视场的数字结构光三维扫描仪分块测量并拼接获得叶片点云;然后,在微孔中插入直径合适的高精度圆柱量规,测得量规点云,拼接到叶片轮廓上;最后,分别拟合叶片点云和量规点云为NURBS 曲面和圆柱体曲面。圆柱体轴线与NURBS 曲面交点即为微孔位置,圆柱体轴线方向即为微孔的法线方向。该方法采用传递测量对象的方式,测量芯棒而不是直接测量微孔;通过增加点云的采样密度,提高重建模型的精度和可靠性。测绘结果表明,叶片和量规的曲面模型的残差均为0.104 mm。

基于激光三角测量原理和现代光电传感技术,提出了一种用于三维曲面轮廓测量的激光扫描光三角检测系统,其采用半导体激光测头,并与二维光栅位移检测系统和伺服控制系统相结合,实现了对被测曲面的多点扫描,通过计算机实时数据处理,给出了被测曲面的轮廓。介绍了系统的测量原理和总体结构,详细讨论了半导体激光测头、光栅位移检测系统和计算机实时控制与数据处理系统,并对系统的测量精度进行了分析。