作为未来工业清洗的发展趋势和重要工艺,激光清洗在现代高端行业设备清洁领域的应用还存在一定的缺陷。当前的设备在实现大型构件复杂曲面的清洗过程中,存在清洗面积大、工作效率低、非自动化等缺点。本研究设计了一台用于激光清洗工艺中大型构件曲面快速重构的单目线结构光三维扫描系统,解决了大型构件激光清洗路径自动规划过程中无模型或模型不准确的难题。本文针对大型构件的清洗路径规划需求,开展了对高精度、高速度激光三维扫描技术的研究,完成了对系统硬件采集单元以及软件算法单元的设计开发。本文的内容主要包含以下几个方面。第一,介绍了激光清洗系统及国内外三维扫描技术的研究发展现状,分析了当前激光三维扫描技术针对大型构件曲面进行重构时存在的问题,阐述了本课题的研究意义及主要研究内容。第二,对大型构件激光三维扫描系统的组成结构和算法处理流程进行了介绍,并对系统中的关键硬件进行了调研,介绍了镜头、相机、激光器、滤光片中基本参数的含义及其对重构效果的影响。综合考虑大型构件模型重构工艺需求、硬件间的适配关系及系统成本控制等因素,对扫描系统的硬件进行选型,确定了激光三维扫描系统中硬件部分的设计方案。第三,根据大型构件激光三维扫描系统的功能需要,在windows环境下,使用C++编写了系统的软件算法模块,其中引入了OpenCV库辅助进行图像的基本处理,并基于MFC开发出软件交互界面。该系统的软件部分设有实时图像采集层与建模算法处理层,不仅可以满足整个大型构件激光三维扫描系统的模型重构需求,同时可以实现目标构件的基本参数测量。第四,针对环境光对大型构件激光三维扫描系统的影响进行了研究。提出了一种感兴趣区域提取方法,并利用不同的光源作为干扰设计实验。实验结果表明,该感兴趣区域提取方法在强环境光干扰下同样可以进行激光条纹中心线提取,一定程度上克服了环境光照对扫描结果的影响。第五,对三维重构的方法进行分析,利用摄像机标定得到的内外参数矩阵,将平面数据转换为三维数据,采取“点-线-面”递进方法,基于多条激光条纹上的三维点坐标拟合出光平面方程,最终得到目标构件的三维模型。提出了一种优化的ZS（Zhang-Suen）骨架化算法,可以充分保留激光条纹中心线上两端点处的点云数据,从而提高系统的测量精度。设计实验针对不同目标构件在不同位置处采集激光条纹图像,并测量其宽度及深度。实验数据表明,本研究设计的大型构件激光三维扫描系统的宽度测量误差在1%以内,深度测量误差在2%以内。第六,完成了应用于大型构件激光清洗工艺的激光三维扫描系统的搭建。首先使用本系统对飞机舱门曲面进行重构,然后利用机器人离线编程对得到的舱门模型规划路径,最后通过对舱门进行清洗实验,并分析其路径规划效果,验证了该系统的可行性。