大型罐体是石油贸易、重工业等领域的常用容器,对能源物质的计量、存储和使用有着重要意义。在特定背景下,某些罐体容器向大尺寸化、多参数化方向发展,导致当前大容量计量方法在其容积标定过程无法兼顾效率和精度。本文面向大型复杂结构罐体容积的测量需求,基于三维激光扫描技术提出了快速、高精度的解决方案。论文主要工作如下:首先,从实际需求出发,进行专用的三维激光扫描系统设计。通过有限元分析和模态仿真方法,设计并优化机械结构。为尽可能完善地获取罐体内表面的三维点云,完成了大角度量程的光路设计;为高效地完成扫描工作,基于单目视觉结果评价当前扫描区域的复杂程度、控制电机的运动;为提高三维点的定位精度,进行误差分析,并设计标定方法以补偿系统误差。其次,对于多站三维激光扫描获取的罐体内表面点云数据,进行快速、高精度的容积算法设计。采用基于同名点的配准方法合并多站点云,基于统计学原理降噪滤波,基于最小二乘方法和最小生成树的特点求取法向量,采用泊松重建算法以更好地还原罐体曲面模型,利用三角网格曲面和朝向统一的法向量,构造带符号的角锥微元,累加得到罐体容积。然后,为尽可能的提高容积测量精度,制定大型复杂结构罐体的容积测量补偿方案。对于挡光严重的附件结构,论证了用理论体积替代的可行性以及提出称重法的解决方案。大型罐体在实际使用过程中,受力变形导致的容积变化是常被忽视的误差因素,本文利用罐体的三维模型,基于有限元分析方法研究卧立姿态转换前后与燃料加注过程的容积变化规律,以补偿三维激光扫描法的静态结果。最后,搭建实验平台,标定样机的系统误差参数和测试性能指标,并针对具体的大型复杂罐体按照本文方法进行容积测量实验。结果表明:标定后的三维激光扫描仪样机,测量标靶的点位中误差为2.9 mm,对应的空间距离示值误差为5.4 mm,样机的径向距离示值误差在3 m位置为3.8 mm,径向重复性为0.45 mm,标靶定位重复性为0.28 mm,符合预期设计指标;通过将三个同一型号的大型火箭贮箱的容积测量结果与理论值比较,相对偏差小于0.2%,可以满足该罐体的容积测量需求,证明了本文方法的可行性。