大尺寸航天結(jié)構(gòu)件裝配的半實物模型點云處理關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、大尺寸航天結(jié)構(gòu)件制造偏差不可避免，在有制造偏差的工件上進行裝配，很容易導(dǎo)致零件的裝配問題。采用三維測量技術(shù)，在實際安裝之前，仿真和驗證實際裝配結(jié)果，人機交互進行容差分配，將會實現(xiàn)一次性裝配成功，提高裝配效率，有效控制裝配精度。本文針對大尺寸航天結(jié)構(gòu)件的半實物模型點云處理問題，展開了高密度點云數(shù)據(jù)的采樣、點云精簡、點云去噪、點云特征提取、點云區(qū)域分割、點云數(shù)據(jù)與理論CAD模型的配準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)件加工及裝配偏差計算等工作。主要工作如下：
　

2、　(1)基于半實物虛擬裝配模型研究了一種理論CAD模型和高密度測量數(shù)據(jù)互融的方法。本文展開了半實物虛擬裝配模型表達的研究，對半實物模型中點云數(shù)據(jù)的存儲、幾何特征模型進行研究。
　　(2)針對傳統(tǒng)的 ICP算法在配準(zhǔn)時搜索對應(yīng)點耗時而導(dǎo)致效率不高的問題，提出了改進的最近點搜索方法。該方法基于區(qū)域映射進行對應(yīng)點對搜索，可極大地縮小掃描點云配時的最近點的搜索區(qū)域，從而很好地解決了傳統(tǒng)ICP算法尋找最近點耗時的問題，極大地減少了點云匹配、

3、點云與CAD模型匹配需要的時間。
　　(3)現(xiàn)有ICP配準(zhǔn)算法僅僅考慮幾何要素的貼合，然而半實物三維裝配不僅僅要求幾何貼合，而且要優(yōu)先保證裝配特征的配準(zhǔn)精度。論文提出了一種基于裝配特征權(quán)重因子的改進ICP算法。該算法在配準(zhǔn)過程中考慮到裝配特征的約束作用，為裝配特征分配權(quán)重因子。通過模擬實驗與測量實驗，證明該算法可較好的避免傳統(tǒng)ICP算法容易導(dǎo)致局部最優(yōu)化的情況，并提高了算法的配準(zhǔn)速度和配準(zhǔn)精度。
　　(4)最后，論文針對航天

4、儀器艙段半實物裝配實際應(yīng)用，開發(fā)了大尺寸結(jié)構(gòu)件三維激光掃描系統(tǒng)和基于半實物模型的自動測量與點云處理的軟件系統(tǒng)。利用開發(fā)的掃描系統(tǒng)實現(xiàn)了對儀器艙段點云數(shù)據(jù)的精確提取，同時通過開發(fā)的軟件系統(tǒng)完成了對點云數(shù)據(jù)的組織管理、精簡、去噪、特征提取、區(qū)域分割等功能，并進行點云數(shù)據(jù)與理論CAD模型之間的配準(zhǔn)，計算出艙段的加工誤差，并以顏色云圖進行可視化。
　　實驗表明，本文提出的基于半實物裝配模型的點云處理方法，可有效處理大尺寸航天結(jié)構(gòu)件裝配問題