超声波精密封接技术是清洁高效,并且无需辅助剂能直接封接的一种封装技术,因此近年来被引入到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微纳器件的微纳装配领域,目前的超声波精密封接技术尚难以满足微纳装配的精度要求。由于热熔界面视觉信息直接反应了界面的熔合状态,而超声波在微器件中传递的振动信息也与界面熔合状态有着深入的联系。本文为提高超声波封接过程中对PMMA微纳器件热熔界面的控制精度,实现对超声波精密封接过程中对热熔界面的实时监测以及对封接过程中高频振动特征传递的实时检测,提出超声波精密封接中的在线视觉监测与高频振动检测方法。为实现基于视觉传感器对PMMA超声波精密封接过程中热熔界面的实时监测,同时应用高频动态力传感器对由超声波工具头传递到动态力传感器感应面的高频振动特征实时检测。基于以上检测方法集成开发了集视觉监测与高频振动检测功能的PMMA超声波精密封接实验平台,实验平台包含三大模块,是由运动控制模块、超声加载模块和独立设计的集成在线监测功能的底座模块构成,并根据实验以及仿真结果对结构振动力的传递效率以及封接水平度的提高进行了优化。通过有限元方法对功能底座进行仿真分析,确保在线监测功能底座结构的合理性,以及确认超声波封接过程中振动在PMMA器件中的传播特征的传递状况,有限元分析为三部分。首先对集成在线监测功能的底座进行谐响应分析确认超声加载时结构依然稳固,其次对集成在线监测功能的底座设置具有热膨胀的粘弹性的有限元模型,并对热熔层材料进行温度参数设置。将仿真模型中动态力传感器与底座间的接触力设置为输出量,以热熔层温度为自变量获得对应于界面温度的振动传递曲线,结合PMMA的材料力学特性分析振动传递曲线的变化规律。最后根据初步试验和仿真结果对振动传递的结构的优化设计模型进行振动传递仿真。针对PMMA超声封接中热熔界面的在线监测和高频振动在线检测方法的可操作性进行深入研究,开展了PMMA超声波封接过程中的在线热熔界面视觉监测与超声波精密封接过程中高频振动传递特征的检测实验,结果表明该设计基本实现了在PMMA超声封接中对热熔界面和高频振动的在线检测功能,为超声波封接技术在控制方法上提供了一种新的途径。