三维测量是获得物体三维信息的有效途径,如何通过三维测量准确、快速的获得物体三维信息是现代制造业的发展要求。结构光三维测量技术作为一种新兴的三维测量技术以其精度高、实时性强的特点开始广泛的应用于工业生产与日常生活当中。随着三维测量技术对产品小型化与环境多样化需求的提高,传统的投影仪方式产生结构光的方式在某些情况下逐渐被激光投影结构光的方式所替代。无论是折射产生线结构光还是通过衍射产生面结构光的方式,通过激光投影的结构光都还存在一定的不足:(1)衍射产生面结构光的方式在大角度投射时会出现形状的畸变影响测量的精度。因此如何克服这种方式产生结构光所存在的缺陷也是提高三维测量质量的重要的研究方向。(2)传统的折射产生结构光只能产生单线条,多线条往往只能通过衍射产生且产生的线条存在散斑的情况本文通过研究现有结构光三维测量中折射与衍射方式产生结构光存在的问题,结合三维测量的实际需求,设计了更为适用需求的结构光生成系统。首先提出了一种基于瑞利索墨菲积分的可产生大角度无畸变且光强均匀面结构光的衍射光学元件,并针对现有线条结构光生成方案的不足,提出了一种鲍威尔棱镜与分束器叠加产生均匀多线条结构光的光学系统方案。此外根据激光生成结构光进行三维测量的实际使用情境,设计了一种垂直度高、稳定性好的激光模组,并设计了基于单片机的直流电机控制方案用于控制激光模组在进行激光扫描测量时与被测物体保持恒定的相对位置,进而提高三维测量系统的测量精度。论文的主要工作如下:(1)分析了现有利用衍射光学元件进行面结构光三维测量中结构光光源方面存在的不足:投射的结构光光强分布不均,产生的结构光图案与理想的图案不相同存在畸变的情况。根据存在的问题,提出了一种基于瑞利索墨菲积分的可以产生光强均匀且大角度投射无畸变的衍射元件设计方法,并对该方法进行了仿真及实验验证。(2)分析了现有线结构光三维测量结构光光源方面存在的不足:柱镜产生的结构光线条光强呈高斯分布不均匀,传统的光学系统方案只能产生单线条结构光。根据存在的问题,提出了鲍威尔棱镜叠加分束器产生多线条结构光的光学系统方案,并对该方案进行了实验验证。(3)根据(1)和(2)的设计方案,进行了结构光生成模组的设计,保证在结构光投射过程中激光与各光学元件相对位置的稳定,采用了可装卸的设计并可以根据不同的使用要求,调整各器件的相对位置。针对线结构光三维测量的实际测量过程中需要控制结构光模组对被测物体进行扫描的情况,研制了一种基于STC89C52单片机的控制系统,可以在扫描过程中时刻控制结构光生成模组与被测物体表面间的相对位置保持恒定,从而提高三维测量的精度。