一种校准3D旋转差异的数学模型构建方法、校准方法及其装置，该数学模型构建方法包括：获取一运动检测装置的第一检测数据和一3D测量装置的第二检测数据；预设转换函数模型，通过该转换函数模型可将第一检测数据转换为对应的第一转换数据；建立损失函数，利用非线性最小二乘法对系数qa和系数qb进行优化求解；将优化求解出的系数qa和系数qb引入至转换函数模型，建立得到校准3D旋转差异的数学模型。所构建的数学模型可以使运动检测装置的坐标方向旋转到与3D测量装置的坐标方向一致，还可以使运动检测装置、3D测量装置的零度基准位置与坐标方向均保持一致，从而为校准运动检测装置和3D测量装置之间的3D旋转差异提供了条件。