目前,国内在激光熔覆修复再制造上的研究大多数集中在对工艺和成形理论的研究,对整个激光熔覆再制造系统的研究还不充分。本文在移动式机器人多功能激光加工系统上,结合多频外差相移技术、双目结构光重建原理,进行了激光熔覆机器人的三维重建系统的研究与设计:根据已有激光熔覆机器人的结构特点和功能特性,选取合适的相机、镜头、投影仪,分析并选用多频外差法作为三维重建相位展开的算法,为激光熔覆机器人搭载三维重建系统。为激光熔覆机器人的三维重建系统构建合适的相机模型和手眼标定模型,研究并推导整个系统的各个坐标系之间的关系,设计相应的相机标定实验和手眼标定实验,通过不同的相机标定实验验证标定精度,得到两次标定结果误差在几十个像素内;通过剔除冲突图像对的方式,成功将手眼标定实验结果平均误差缩小十分之一,最终得到相机内外参数矩阵和手眼转换矩阵,平均误差1.450mm和0.232°,相机标定误差0.1946个像素。为激光熔覆机器人的三维重建系统构建合适的双目成像模型,根据拟合负指数相位展开算法选取1、4、16、32、128频率的五种条纹,前四种频率采集4幅图像,128频率采集8幅图像,避免高频条纹正弦信息的丢失带来的精度误差。通过金属基板试验验证了对表面具有复杂情况的金属零件三维重建有一定的适用性。对多种金属零件进行三维重建实验,并进行体偏差分析,并重建出缺陷的三维模型。实验结果证明本系统适用于复杂情况下的多种零件,且具有一定的可行性,能够满足特定的精度需求。