精密定位技术是超精密加工、集成电路器件制造、电子产品组装线、生物工程及纳米技术等领域的关键性基础性技术，其技术涉及到激光理论、电子技术、精密机械、传感与测量、信息处理、计算机、伺服驱动、智能控制等多门学科，具有广泛的应用前景。本文主要研究利用激光莫尔信号实现高精度位置检测与精密定位的理论、方法及其关键技术，并将相应成果应用到工业现场控制中，具体包括： 1.研究了纳米级分辨率的精密位移测量理论方法。应用物理光学和傅立叶光学理论，分析了双级光栅衍射时的相对位移与激光莫尔信号强度的关系，建立了基于激光莫尔信号的精密位移测量数学模型。应用数值分析方法对建立的数学模型进行了计算机仿真。仿真结果表明，莫尔信号强度随两片光栅的相对位移呈周期性变化，同时莫尔信号强度也随两片光栅的间距G呈周期性变化，当光栅距离G为p<2>/λ的整数倍时，光强幅度变化最大。此外，对影响激光莫尔信号特性的各种参数进行了实验研究，实验测量结果与理论分析结果一致。 2.探讨了精密定位的基本理论依据，研究了精密直线定位的基本控制规则。为确保高的定位精度，提出了精密直线定位的两种定位方法：差动莫尔定位法和修正莫尔定位法。对这两种方法进行了详细的理论分析及实验研究，结果表明，两种定位方法均能有效提高位置检测信号的灵敏度，其中差动式定位由于能消除同相噪声干扰及激光管本身光强的波动，定位精度高于修正式定位，但修正式定位方法的结构比较简单。 3.研究了双光栅衍射产生的莫尔信号的角位移特性，建立了莫尔信号强度与对应角位移偏差的数学模型，并通过计算机仿真对莫尔信号的角位移变化规律进行了研究。结果表明，莫尔信号强度随两片光栅的相对角位移呈周期性变化。在此基础上，研究了精密角度定位的基本控制规则，并进行了实验研究，获得了±50nrad的角位移分辨率及±5μrad的角度定位精度。 4.在精密定位研究的基础上，研制开发了荫罩式等离子显示器(SMPDP)精密定位装置。精密定位装置以精密微动台为核心，采用CCD和激光莫尔传感器检测位置偏差，驱动系统采用脉冲细分式驱动步进电机，并通过精密丝杠机构将细分后步进电机的微小角度转化为微米级的线性位移，以满足定位控制的需要，最终的定位误差依靠计算机闭环控制作用来消除。精密定位时，工控机根据CCD信号和莫尔信号的大小和极性发出相应的驱动脉冲信号，驱动定位台，达到所设定位置精度范围。定位台在软、硬件方面采取的一系列抗干扰措施，确保了系统较高的定位精度及工作可靠性。实验结果表明，研制的精密定位装置可获得±5/μm的定位精度及60s的定位时间。 5.在研制的SMPDP精密定位工作台上，进行了精密平面定位技术的研究。通过对平面位置与对应莫尔信号关系的优化分析，找出了x-y-θ三自由度的平面最佳控制策略，并由计算机系统实现自动调节和控制，完成x-y-θ三自由度的全自动精密平面定位，最终实现前基板、荫罩与后基板三者之间的全自动精密平面定位。 6.为实现大行程下的高精度定位，提出了粗定位与精定位相结合的两段式复合定位方法，其中粗定位采用CCD图像定位技术，精定位采用激光莫尔定位技术。粗定位时，计算机根据检测到的CCD信号，判断出基板与荫罩板之间的位置偏差，发出相应指令，驱动定位台进入定位点附近，完成粗定位，粗定位精度±220μm。粗定位结束后，计算机再根据莫尔信号的大小和极性发出相应的驱动脉冲信号，驱动定位台进入设定的位置偏差范围内，完成精定位，定位精度为±5μm。 7.针对精密定位装置存在非线性，精确数学模型难于建立的缺陷，提出了精密定位的模糊神经网络控制方法。将模糊神经网络应用于该控制系统中，系统以光栅常数440 μm的光栅为定位标记，以激光衍射产生的莫尔光光强及光强的变化率为神经网络的输入变量，利用神经网络的自学习功能进行精密定位控制。给出了模糊推理BP网络模型，模型由输入层、隐层和输出层3层神经元组成，通过对光强及光强变化率的映射，得到电机驱动信号。改造后的模糊控制系统具有了知识自动获取功能，能更好地适应工况环境。实验结果表明，使用模糊神经网络控制，控制响应快、稳定性好、鲁棒性强，从而使精密定位装置在达到高精度的同时，又能缩短定位时间，实现高速高精度定位控制。