随着国防军工、航空航天、医药生物等领域的飞速发展,对微机电系统（Microelectro-mechanical system,MEMS）的需求日益复杂化。目前,不仅构成同一MEMS的微型零件的尺度已逐渐从单一微米或毫米尺度扩展到同时涵盖微米、毫米甚至厘米尺度,而且其材质和结构形状也呈现多样化的特征。微装配技术及系统已成为制造由多样化材质和结构构成的MEMS的重要途径,但受限于显微视觉系统的景深、视场和其分辨率的相互制约,传统的微装配技术及系统已难以满足跨尺度的异质异构微型零件的微装配要求,已成为了制约MEMS技术发展的瓶颈问题。面向跨尺度微型零件的微装配主要存在两方面的挑战:一是缺乏可用于数字化描述跨尺度微型零件几何形貌和空间状态的信息获取方法,二是缺乏用于跨尺度微型零件微装配的位姿估计的方法和原理。针对上述挑战,本文提出了一种面向跨尺度形貌数字化描述的微装配空间数字化的原理和方法,以获取能高精度观测和描述跨尺度微型零件全局形貌、局部特征和空间状态的数字化微装配空间。在此基础上,提出了一种基于虚拟数字微装配靶的数字化微装配空间描述的跨尺度微型零件的位姿估计方法和一种基于数字化微装配空间的跨尺度微型零件的数字化微装配的拓扑结构、原理和方法。构建了一套微装配空间数字化实验装置,验证了微装配空间数字化方法和跨尺度微型零件数字化微装配方法的可行性和合理性。本文的主要研究工作和创新点在于:1.提出了面向跨尺度形貌数字化描述的微装配空间数字化的原理,以将微装配空间转换成三维点云描述的数字化微装配空间。利用显微断层切片扫描技术将微装配空间表征成显微断层切片扫描图像序列。采用深度估计获取各显微断层切片扫描图像深度,重建各显微断层切片扫描图像的显微断层切片扫描空间。在此基础上,通过体素二值化获得数字化显微断层切片扫描空间,并通过对数字化显微断层切片扫描空间阵列进行空间变换与拼接获得数字化微装配空间。其中,对微装配空间进行的显微断层切片扫描通过基于微装配系统的显微视觉系统构建的显微断层切片扫描技术实现。2.分析了显微断层切片扫描步长、聚焦评价的感兴趣区域的大小、三维空间离散化的体素大小以及显微视觉系统的放大倍数对数字化微装配空间的形貌描述能力的影响。建立了数字化微装配空间描述的微型零件的形貌相似度评价方法,分析了数字化微装配空间的形貌描述能力（形貌相似度、泛化能力和一致性）和数字化微装配空间对形貌尺寸的测量精度,并进行了实验验证。3.提出了虚拟数字微装配靶的概念,建立了基于虚拟数字微装配靶的数字化微装配空间描述的跨尺度微型零件的微装配位姿估计方法。构建了基于黑腔与锥腔CAD模型三维点云的锥-腔虚拟数字微装配靶,验证了基于数字化微装配空间的跨尺度微型零件位姿估计的可行性和准确性。4.提出了一种基于数字化微装配空间的跨尺度微型零件的数字化微装配的拓扑结构,以作为实现不同原理的数字化微装配的基本架构。提出了数字化预-微装配的概念,研究并实现了黑腔与锥腔的数字化预-微装配。预先验证了黑腔和锥腔的可装配性、规避了微装配实验装置的约束、分析了微装配位姿的准确性。基于数字化微装配空间的拓扑结构,实现了基于数字化微装配空间和基于虚拟数字微装配靶的位姿估计方法的数字化微装配实验。5.构建了一套可实现微装配空间数字化和数字化微装配的实验装置,研究并构建了一种基于压电致动的微夹钳的微夹持机器人。利用建立的实验装置,验证了微装配空间数字化方法的可行性并分析了数字化微装配空间形貌描述能力和形貌测量精度、实现了跨尺度微型零件（黑腔与锥腔）的微装配位姿估计并分析了位姿精度、实现了跨尺度微型零件黑腔与锥腔的数字化微装配并分析了微装配精度。本文的研究工作及结果为观测跨尺度微型零件的全局形貌和局部特征、获取跨尺度微型零件的空间状态及位姿、高精度实现跨尺度微型零件数字化微装配和虚拟微装配奠定了理论基础。