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大尺寸航天结构件制造偏差不可避免,在有制造偏差的工件上进行装配,很容易导致零件的装配问题。采用三维测量技术,在实际安装之前,仿真和验证实际装配结果,人机交互进行容差分配,将会实现一次性装配成功,提高装配效率,有效控制装配精度。本文针对大尺寸航天结构件的半实物模型点云处理问题,展开了高密度点云数据的采样、点云精简、点云去噪、点云特征提取、点云区域分割、点云数据与理论CAD模型的配准、结构件加工及装配偏差计算等工作。主要工作如下:(1)基于半实物虚拟装配模型研究了一种理论CAD模型和高密度测量数据互融的方法。本文展开了半实物虚拟装配模型表达的研究,对半实物模型中点云数据的存储、几何特征模型进行研究。(2)针对传统的ICP算法在配准时搜索对应点耗时而导致效率不高的问题,提出了改进的最近点搜索方法。该方法基于区域映射进行对应点对搜索,可极大地缩小扫描点云配时的最近点的搜索区域,从而很好地解决了传统ICP算法寻找最近点耗时的问题,极大地减少了点云匹配、点云与CAD模型匹配需要的时间。(3)现有ICP配准算法仅仅考虑几何要素的贴合,然而半实物三维装配不仅仅要求几何贴合,而且要优先保证装配特征的配准精度。论文提出了一种基于装配特征权重因子的改进ICP算法。该算法在配准过程中考虑到装配特征的约束作用,为装配特征分配权重因子。通过模拟实验与测量实验,证明该算法可较好的避免传统ICP算法容易导致局部最优化的情况,并提高了算法的配准速度和配准精度。(4)最后,论文针对航天仪器舱段半实物装配实际应用,开发了大尺寸结构件三维激光扫描系统和基于半实物模型的自动测量与点云处理的软件系统。利用开发的扫描系统实现了对仪器舱段点云数据的精确提取,同时通过开发的软件系统完成了对点云数据的组织管理、精简、去噪、特征提取、区域分割等功能,并进行点云数据与理论CAD模型之间的配准,计算出舱段的加工误差,并以颜色云图进行可视化。实验表明,本文提出的基于半实物装配模型的点云处理方法,可有效处理大尺寸航天结构件装配问题,提出的基于装配特征权重因子的ICP算法可有效缩短最近点搜寻时间,减少配准迭代次数,从而提高匹配效率,且同时能提高配准精度。