为了突破常规激光投影仪由于单一波长的局限性造成应用场景的限制，同时实现对不同零件、不同材料、不同装配工艺的分图层投影，设计并搭建了多色分图层激光扫描自聚焦投影系统。系统采用2种波长的激光作为光源，根据二向色镜的位置不同，提出了多色共光轴和分光路2种激光扫描自聚焦投影方案，并推导了相应的光学系统数学模型。通过系统的自聚焦功能调节镜组间距，均可以实现在不同距离的投影面上聚焦出不同颜色的最小光斑。利用ZEMAX光学设计软件对2种投影光学系统进行仿真，并从系统可靠性和投影效果上对2种系统进行比较分析。实验结果表明：在3 m处的投影面上，共光轴系统各种波长的光斑直径均在0.8 mm以内，且光斑大小均匀，可以实现多色分图层的扫描自聚焦投影功能。

激光扫描投影前，需要对待投影工件上的背向反射目标进行扫描，并计算背向反射目标在投影仪坐标系下的中心坐标。研究了不同的背向反射目标扫描方法，提出了向日葵形扫描方法和外摆线形扫描方法。不同背向反射目标扫描方法的扫描时间不同，对应边缘扫描点的数量和位置也不同，会影响背向反射目标中心提取的准确性。实验结果表明，外摆线形扫描方法的扫描时间为0.612 s，数据使用率是光栅矩形扫描方法的6.719倍，平均中心提取误差为0.227 935 mm。向日葵形扫描方法的扫描时间为0.36 s，数据使用率是光栅矩形扫描方法的6.231倍，平均中心提取误差为0.055 710 mm。因此，向日葵形扫描方法能够缩短扫描时间，提高扫描数据的使用率，提取更精准的反射目标中心。

为解决现有激光扫描投影系统中需要手动标定的问题，提出了融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法。首先建立了融合单目视觉技术的激光扫描投影系统模型，给出了融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法；其次建立了单目相机与激光扫描投影系统、被投影物体之间的数学模型；最后运用Matlab软件进行模拟仿真，证明融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法可以解决上述问题。同时为验证融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法的精度是否满足激光扫描投影系统的需求，将Matlab软件求解的实验结果与SA软件求解的实验结果进行对比，并分析精度与距离、角度等外部因素的关系。仿真实验结果表明：当距离一定时，单目相机旋转角度为55°时，单目相机距离投影仪和被投影物体的范围为1.5~3 m，且满足投影仪的精度要求。同时通过自主搭建新型激光扫描投影系统，证明了融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法具有实际可操作性和可行性。

激光扫描投影仪能够实现待装配零部件线框轮廓的精准位置投影，能够大幅度改善由传统装配方式所引起的精度差，效率低等问题。为了在自主研发的激光扫描投影系统中实现可直接读取IGES（初始化图形交互规范）格式的三维数模激光投影，研究了多特征图元提取和文件自动生成方法。该方法通过提取待投影线框图形的点、线、面等数据特征，以元胞的方式存储在.ply格式文档中，通过.ply文件对数控开关进行延时控制以及对二维振镜轨迹进行操控，实现更加智能化地控制激光扫描投影。应用12个IGES格式图元的投影实验验证，该方法可实现所有图元清晰投影且激光轮廓线宽优于0.3 mm，通过这种新型投影系统可提高车间装配生产效率，改善装配精度。

为了解决自研的激光扫描投影系统在实际扫描投影零部件外形轮廓时会存在拖尾、缺失和非预期的圆角过渡等图形偏差，严重影响投影出零部件外形轮廓的形状准确度的问题.通过分析拖尾和缺失偏差、转角偏差产生的原因，研究了基于时间补偿的激光扫描投影图形偏差校正方法，得出了补偿时间与采样率间的关系，建立了时间补偿与投影图形转角角度间的数学模型.应用所研究方法在自主搭建的激光扫描投影系统中进行验证实验，并与国外FARO激光扫描投影系统的投影图形进行对比.实验结果表明：对优化投影路径后的5行5列棋盘格图形进行投影时，比较偏差补偿前后实际投影图形效果，补偿后的投影图形形状准确度优于0.5 mm.基于时间补偿的激光扫描投影偏差校正方法可以有效地补偿拖尾和缺失偏差、能够优化非预期的转角偏差，该方法应用于自主研发的激光扫描投影系统能够显著提高投影图形准确度，具有良好的实际应用价值.