大型锻件是重大基础装备以及重型制造装备中的关键和核心部件,广泛应用于电力、钢铁、军工、化工、交通、造船业等领域,在国民经济的许多方面具有相当重要的地位。大型锻件多采用自由锻的加工方法,加工过程中能源消耗量巨大、造价昂贵,作为质量检测和反馈控制的关键环节,大型锻件的几何参数在位检测的重要性更加凸显。本文密切结合国家重大产业对高质量大锻件的迫切需求,基于当前国内在位检测技术的落后现状,在国家重大专项课题资助下,将三维激光扫描技术引入高温锻件几何参数的测量领域,旨在研制出具有自主知识产权的、适合国内大锻件生产过程的热态锻件在位检测装置及其配套软件,以期为提高国内大锻件的制造水平做出贡献。论文的主要工作有:1.阐述了脉冲式三维激光扫描仪的工作原理,介绍了大型高温锻件在位检测扫描仪测量系统的软硬件系统构成,设计了在位检测方案、实施方法和数据评估流程。2.研究了脉冲式激光扫描仪的仪器误差来源,重点分析了对测量精度影响较大的几个误差因素;借鉴全站仪检校模型,设计了基于模块的扫描仪系统误差检校方法,分别用三段法、水平序列标志法和垂直序列标志法实现了GLS-1500扫描仪加常数、水平角误差和垂直角误差的检校及修正,并分析了角度检校实验中,标志中心提取准确度对角度检校结果的影响。3.借鉴摄影测量中相机参数自检校模型,参考国外扫描仪系统误差自检校方法的应用经验[1 2],设计了基于控制点的室内自检校场,通过对GLS-1500扫描仪的自检校实验,验证了自检校方法的可行性,并通过显著性检验,为优化扫描仪误差参数结构提供了依据。4.提出了基于非同轴相机的扫描区域控制方法,研究并实现了试验场法对相机内参数的标定及DLT实现相机与扫描仪位置关系标定,在此基础上,推导了基于影像的扫描区域范围的确定过程,并通过实验验证了扫描区域控制方法的可行性。5.研究了锻件点云数据预处理技术,采用内存映射文件技术实现了海量点云数据的快速读取,在人机交互的基础上以最大连通域法实现了目标点云的提取;通过对当前旋转体旋转轴提取方法的比较分析,采用了基于法矢高斯映射方法实现锻件点云的中轴提取,在此基础上,采用Levenberg-Marquardt迭代优化算法实现圆柱体及圆锥体的尺寸解算;最后,通过计算机仿真数据及锻件模型实测数据的解算,验证了解算方法的可行性和可靠性;研究了高温锻件尺寸参数的初步修正模型,并对高温下锻件尺寸检测误差来源进行了分析。6.编写了扫描仪软件,实现了点云数据处理等主要功能模块;最后,依据实测圆柱点云数据,展示了软件处理点云数据的过程。