激光三维定位投影技术能够为操作人员在特定区域进行高效准确的作业提供参考和指引,因而在飞机零部件装配、复合材料铺层、飞机蒙皮制孔定位等航空制造领域有着广泛的应用。本文将视觉测量与激光振镜扫描相结合,提出了视觉辅助下的激光振镜三维定位投影技术的整体解决方案,具体包括视觉辅助下的激光振镜标定技术、基于双目立体视觉的激光振镜现场快速校准技术、光滑自由曲面上三维曲线的激光定位投影快捷实现技术以及激光振镜投影原型系统的具体实现技术等。本文的主要研究内容和成果可以概括为:1、提出了新的激光振镜扫描系统物理模型参数标定方法。分析了真实的振镜扫描系统与其理想物理模型的主要差异,在此基础上给出了一种五参数的激光振镜物理模型。一方面,本文通过详细的公式推导,得到了出射激光束方向夹角与反射镜偏转角间的一般关系式,并在此基础上提出了基于出射光方向圆锥面的偏转角估计算法,使得振镜偏转角的估计更加准确。另一方面,通过对五参数物理模型的数学建模,推导出了模型中影响出射光方向的参数与影响出射光位置的参数在优化求解过程中的可分离性,分别提出了出射光方向参数与出射光位置参数的优化求解模型,从而避免了已有模型优化求解模型中所有参数需要整体优化而导致的标定结果稳定性不高这一问题。通过振镜系统模拟标定实验与实际的平面靶圆中心与空间闭合三维曲线的投影定位实验,完成了算法在标定精度与稳定性方面的验证。2、提出了一个激光振镜扫描系统的通用化数据驱动标定模型及其求解算法。借助机器学习策略,建立了一个单隐层前馈神经网络（SLFN）来表示实际的激光振镜扫描系统,其中振镜控制数字信号作为该网络的输入,该控制信号对应的出射光的空间向量作为该网络的输出。利用极限学习机（ELM）算法,通过求解一个超定的线性方程组快速得到神经网络的所有参数。量化分析了网络中隐层神经元的个数对回归精度的影响,结果表明神经元个数的选定可以在一个较大的区间内保证该网络的泛化性能。由于标定网络模型的输出是出射光的空间向量,使得本网络的训练时间更短,并且可以通用于解决激光三角测量问题与激光定位投影问题。标定实验、靶点定位投影实验和三维曲面点云测量的实验结果表明提出的振镜系统数据驱标定方法具有良好的通用性与较高的标定精度。3、提出了基于双目立体视觉的激光振镜扫描系统现场快速校准方法。利用该校准方法,一个精确标定过控制数字信号与对应出射光空间向量匹配关系的振镜系统可以快速的与一个双目立体视觉测量系统相结合,进行基于振镜系统的现场应用。整个校准采样过程只需要借助双目系统拍摄两幅光斑点阵图像即可。专门设计的一个线性求解算法使得整个校准方法非常稳定与高效。通过现场校准实验和目标靶点定位投影实验验证了该方法的优越性。4、分析了投影过程中激光投射入射角对激光定位投影效果的影响,给出了基于激光投射角与激光有效投射区域的振镜系统投影位姿规划问题的优化求解模型,并结合视觉测量技术提出了符合最优投射角度状态时的被投物位姿估计算法。利用本文提出的振镜系统物理模型进行了振镜投影位姿规划的模拟实验,模拟实验结果表明被投影对象表面的目标投射点在经过投影规划后,其所对应的激光束入射角都不同程度的降低了,从而提高了目标曲线在激光定位投影过程中的整体投影效果。5、提出了一种在光滑自由曲面上对目标三维曲线进行激光定位投影的快捷方法。不同于其它方法中都需要一个较为复杂的振镜扫描系统标定过程,该方法直接建立被投影对象表面的空间三维点的空间坐标与振镜控制数字信号之间的匹配关系。一个单隐层前馈神经网络（SLFN）被用来描述该匹配关系,借助极限学习机（ELM）算法的线性求解机制,可以快速求解出该匹配关系。通过该匹配关系,激光振镜可以快速投射出被投影曲面上的任意三维曲线。多个曲线激光投影实验结果表明该快捷方法具有良好的定位投影效果,投影定位的误差小于0.5mm。在上述各项关键算法深入研究的基础上,本文开发了激光三维轮廓曲线定位投影原型系统,并应用研发的原型系统对多个不同实物表面的三维轮廓曲线实施了激光定位投影。通过现场观察到的投影效果与曲线离散点定位投影精度的验证,表明该系统实际投影效果良好。