專利名稱：一種運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)控機(jī)械加工設(shè)備及加工技術(shù)范圍，特別涉及一種運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)設(shè)備及其方法。
背景技術(shù)：
運(yùn)動(dòng)鞋從20世紀(jì)80年代正式開始流行于世界鞋類市場(chǎng)，至今已普及到世界各國，除用于體育專項(xiàng)外，還特別受到青少年和運(yùn)動(dòng)愛好者的青睞。目前中國生產(chǎn)的運(yùn)動(dòng)鞋沒有標(biāo)準(zhǔn)，都是按照足型的大體分類進(jìn)行設(shè)計(jì)，必然造成很多不同足型的用戶選擇同一尺碼的鞋。幾乎所有的運(yùn)動(dòng)鞋以及其它各種鞋類當(dāng)用戶的足型偏離標(biāo)準(zhǔn)尺碼較大時(shí)，很難找到合適的鞋，對(duì)高水平運(yùn)動(dòng)員如何“量足制鞋”沒有自動(dòng)化手段。
運(yùn)動(dòng)鞋制鞋業(yè)非常需要能夠快速、精確的鞋楦數(shù)字化定制的方法和設(shè)備。此外，在參加不同的體育項(xiàng)目時(shí)足部產(chǎn)生的壓力大小和模式變化很大，需要根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的足型隨足部的載荷而變化的特性進(jìn)行運(yùn)動(dòng)鞋楦生產(chǎn)與設(shè)計(jì)。
經(jīng)過與現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)比，最接近技術(shù)為華僑大學(xué)江開勇等人申請(qǐng)的《基于足部特征參數(shù)的鞋楦模型自動(dòng)生成方法》(申請(qǐng)?zhí)?00510042355.8，申請(qǐng)日2005.1.18)。該方法能快速地生成符合特定腳型、審美情趣與時(shí)尚潮流的鞋楦模型，但是該方法在鞋楦精確度、掃描速度和人機(jī)交換上存在不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，解決“量足制鞋”的問題，提供一種運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)設(shè)備及其方法。該方法和設(shè)備可廣泛用于各種專用運(yùn)動(dòng)鞋、特種鞋、高檔鞋和足部畸形矯正鞋的設(shè)計(jì)、制鞋業(yè)尺碼標(biāo)準(zhǔn)的制定、普通消費(fèi)者和運(yùn)動(dòng)員足型數(shù)據(jù)庫的建立等。
所述一種運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)設(shè)備，其主控計(jì)算機(jī)分別與三維足型掃描儀和數(shù)控鞋楦機(jī)相連，三維足型掃描儀作為數(shù)據(jù)采集器，將采集的數(shù)據(jù)輸送至主控計(jì)算機(jī)；數(shù)控鞋楦機(jī)作為數(shù)字化加工設(shè)備，執(zhí)行主控計(jì)算機(jī)的指令，進(jìn)行鞋楦加工。
所述三維足型掃描儀由4個(gè)半導(dǎo)體線激光器，8個(gè)CCD圖像傳感器和一個(gè)負(fù)載測(cè)量單元組成，并通過RS232串行口連接主控計(jì)算機(jī)。
所述數(shù)控鞋楦機(jī)還包括數(shù)控鞋楦機(jī)控制單元。
所述運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)設(shè)備及其方法，該方法是做為數(shù)據(jù)采集器的三維足型掃描儀，將采集有負(fù)載時(shí)的足型數(shù)據(jù)，并以足型特性參數(shù)為依據(jù)得出運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦模板，將運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦模板的數(shù)據(jù)輸送至主控計(jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)三維足型對(duì)鞋楦模板進(jìn)行整體縮放和局部修型后，將鞋楦數(shù)據(jù)輸出、轉(zhuǎn)化為適合于數(shù)控鞋楦機(jī)加工的NC文件，數(shù)控鞋楦機(jī)執(zhí)行NC文件進(jìn)行鞋楦加工，最終將NC文件輸送入數(shù)控鞋楦機(jī)控制單元，驅(qū)動(dòng)數(shù)控鞋楦機(jī)加工。
所述主控計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)包括測(cè)量系統(tǒng)軟件、鞋楦設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件、鞋楦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)NC文件系統(tǒng)軟件。
①測(cè)量系統(tǒng)軟件包括掃描采集，CCD圖像處理，三維點(diǎn)云顯示、標(biāo)定、足部參數(shù)自動(dòng)提取，工作臺(tái)控制，Unigraphics環(huán)境下足部實(shí)體顯示，手動(dòng)測(cè)量六個(gè)功能模塊。
②鞋楦設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件包含鞋楦模板數(shù)據(jù)庫、足型參數(shù)與負(fù)載關(guān)系數(shù)據(jù)庫、運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦與足型尺寸對(duì)應(yīng)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫。
③鞋楦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)NC文件系統(tǒng)軟件包括鞋楦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)加工螺旋線模塊。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明中的足型與鞋楦測(cè)量設(shè)備適合于測(cè)量足部在任意負(fù)載下的三維形貌，足型與負(fù)載可同步現(xiàn)實(shí)并被記錄，同時(shí)8個(gè)CCD傳感器的空間分布合理，可實(shí)現(xiàn)足底、足面無盲區(qū)測(cè)量，精度達(dá)到±0.4mm，掃描速度15sec/足，為鞋楦加工提供可靠的數(shù)據(jù)。
(2)足型與鞋楦特征參數(shù)的提取完全由計(jì)算機(jī)中的參數(shù)提取軟件自動(dòng)獲取，并可通過不同載荷下足型的測(cè)量得到足部參數(shù)隨載荷而變化的規(guī)律。對(duì)于楦型同樣可快速、準(zhǔn)確的自動(dòng)提取對(duì)足型各特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的特征參數(shù)。
(3)與一般性鞋楦的設(shè)計(jì)方法相比，本發(fā)明加入了不同負(fù)載下足型的數(shù)據(jù)，可以獲取更為全面的足型數(shù)據(jù)，因此可設(shè)計(jì)出更加舒適的運(yùn)動(dòng)鞋。
(4)友好的人機(jī)交互方式，除可根據(jù)測(cè)量的足型參數(shù)自動(dòng)對(duì)鞋楦模板進(jìn)行調(diào)整外，設(shè)計(jì)者還可根據(jù)不同需求對(duì)鞋楦模板直接操作進(jìn)行整體縮放與局部修改。
(5)綜合三維無盲區(qū)掃描，逆向工程與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和CAD/CAM等軟硬件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦的自動(dòng)化與個(gè)性化設(shè)計(jì)。
(6)較低的成本，與國外同等產(chǎn)品相比，具有較大的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)與競(jìng)爭(zhēng)力。


圖1是基于運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)的裝置原理圖。
圖中1.主控計(jì)算機(jī)，2.三維足型掃描儀，3.負(fù)載測(cè)量單元，4.數(shù)控鞋楦機(jī)，5.數(shù)控鞋楦機(jī)控制單元。
圖2是基于運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)方法的流程圖。
圖3是三維足型掃描儀的結(jié)構(gòu)原理俯視圖，其中6(1)-6(4)是4個(gè)半導(dǎo)體線激光器，7(1)-7(8)是8個(gè)CCD圖像傳感器，3(1)-3(3)是負(fù)載測(cè)量單元3的3個(gè)壓力傳感器。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的一種運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)設(shè)備及其方法。以運(yùn)動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)鞋關(guān)系為依據(jù)，采用了先進(jìn)的光學(xué)測(cè)量方法與數(shù)字化的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造相結(jié)合的手段。在圖1中，該運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)設(shè)備的主控計(jì)算機(jī)1分別與三維足型掃描儀2和數(shù)控鞋楦機(jī)4相連，數(shù)控鞋楦機(jī)控制單元5固定在數(shù)控鞋楦機(jī)4上。在圖3所示的三維足型掃描儀2上安裝負(fù)載測(cè)量單元3，其中3(1)-3(3)是負(fù)載測(cè)量單元3的3個(gè)壓力傳感器，在待測(cè)足或楦周圍分布，6(1)-6(4)4個(gè)半導(dǎo)體線激光器，在待測(cè)物表面形成閉合的激光條紋，同時(shí)用7(1)-7(8)8個(gè)CCD圖像傳感器采集激光條紋圖像，通過各個(gè)CCD中激光條紋在光平面上的拼接獲得光平面上閉合的激光條紋，從而實(shí)現(xiàn)足或楦的輪廓切面360度的無盲區(qū)測(cè)量；三維掃描儀的負(fù)載測(cè)量單元3由一個(gè)以上的壓力傳感器組成，可以實(shí)時(shí)測(cè)量與顯示被測(cè)足在測(cè)量過程中載荷大小，并通過RS232串行口輸入主控計(jì)算機(jī)1。
所述數(shù)控鞋楦機(jī)4的數(shù)控鞋楦機(jī)控制單元5從主控計(jì)算機(jī)1中接收加工刀具中心的螺旋線軌跡數(shù)據(jù)，控制數(shù)控鞋楦機(jī)4加工出定制的運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦。
所述主控計(jì)算機(jī)利用三維足型掃描儀測(cè)量有負(fù)載時(shí)的足型，并以足型特性參數(shù)為依據(jù)得出運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦模板，經(jīng)過主控計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)對(duì)鞋楦模板進(jìn)行整體縮放和局部修型后，將鞋楦數(shù)據(jù)輸出轉(zhuǎn)化為適合于加工的NC文件，最終將NC文件輸送入數(shù)控鞋楦控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)數(shù)控鞋楦機(jī)加工。
主控計(jì)算機(jī)1主要包括系統(tǒng)的軟件部分，其中包含測(cè)量系統(tǒng)軟件、鞋楦設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件、鞋楦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)NC文件系統(tǒng)軟件。測(cè)量系統(tǒng)軟件包括掃描采集、CCD圖像處理與三維點(diǎn)云顯示、標(biāo)定、足部參數(shù)自動(dòng)提取、工作臺(tái)控制以及Unigraphics軟件環(huán)境下足部實(shí)體顯示和手動(dòng)測(cè)量等六個(gè)功能模塊；鞋楦設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件包括鞋楦測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理、鞋楦模板與足型匹配、Unigraphics環(huán)境下鞋楦模板整體縮放與局部修型、鞋楦設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)生成等三個(gè)功能模塊，還包括鞋楦模板數(shù)據(jù)庫、足型參數(shù)與負(fù)載關(guān)系數(shù)據(jù)庫、運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦與足型尺寸對(duì)應(yīng)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫；鞋楦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)NC文件系統(tǒng)軟件包括鞋楦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)加工螺旋線模塊。三維足型掃描儀2由主控計(jì)算機(jī)1發(fā)出指令控制，其在待測(cè)足或楦周圍分布4個(gè)半導(dǎo)體線激光器6，在待測(cè)物表面形成閉合的激光條紋，同時(shí)用8個(gè)CCD圖像傳感器7采集激光條紋圖像，通過各個(gè)CCD中激光條紋在光平面上的拼接獲得光平面上閉合的激光條紋，從而實(shí)現(xiàn)足或楦的輪廓切面360度的無盲區(qū)測(cè)量；負(fù)載測(cè)量單元3由多個(gè)壓力傳感器組成，可以實(shí)時(shí)測(cè)量與顯示被測(cè)足在測(cè)量過程中載荷大小，并通過RS232串行口輸入計(jì)算機(jī)；數(shù)控鞋楦機(jī)控制單元5從主控計(jì)算機(jī)1中接收加工刀具中心的螺旋線軌跡數(shù)據(jù)，由配套的加工軟件設(shè)置加工參數(shù)，控制數(shù)控鞋楦機(jī)4加工出定制的運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦。
本發(fā)明提供的運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)的方法，其流程如圖2，具體包括如下步驟1)利用三維掃描儀和經(jīng)驗(yàn)公式建立鞋楦模板數(shù)據(jù)庫、足型參數(shù)與負(fù)載關(guān)系數(shù)據(jù)庫、運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦與足型對(duì)應(yīng)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫。
2)利用三維掃描儀獲取運(yùn)動(dòng)員足型的三維形狀，調(diào)用足型參數(shù)與負(fù)載關(guān)系數(shù)據(jù)庫，在測(cè)量系統(tǒng)軟件中得出足型特性參數(shù)。
3)在鞋楦設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，調(diào)用運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦與足型對(duì)應(yīng)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，根據(jù)2)中所得的足型特性參數(shù)匹配出鞋楦模板。
4)在鞋楦設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，利用足型特性參數(shù)，與鞋楦模板數(shù)據(jù)庫中的鞋楦參數(shù)做比較，以運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦與足型對(duì)應(yīng)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式為依據(jù)，對(duì)鞋楦模板進(jìn)行整體縮放和局部修型得到鞋楦初步設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。
5)在鞋楦設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，對(duì)4)中所得的鞋楦初步設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行人機(jī)交互式修改，使生成的鞋楦更貼合使用者需要。
6)將鞋楦數(shù)據(jù)輸出，在鞋楦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)NC文件系統(tǒng)軟件中轉(zhuǎn)化為適合于加工的NC文件。
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于主控計(jì)算機(jī)分別與三維足型掃描儀和數(shù)控鞋楦機(jī)相連，三維足型掃描儀作為數(shù)據(jù)采集器，將采集的數(shù)據(jù)輸送至主控計(jì)算機(jī)；數(shù)控鞋楦機(jī)作為數(shù)字化加工設(shè)備，執(zhí)行主控計(jì)算機(jī)的指令，進(jìn)行鞋楦加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于所述三維足型掃描儀由4個(gè)半導(dǎo)體線激光器，8個(gè)CCD圖像傳感器和一個(gè)負(fù)載測(cè)量單元組成，并通過RS232串行口連接主控計(jì)算機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于所述數(shù)控鞋楦機(jī)還包括數(shù)控鞋楦機(jī)控制單元。
4.一種運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)的方法，其特征在于所述三維足型掃描儀做為數(shù)據(jù)采集器，將采集有負(fù)載時(shí)的足型數(shù)據(jù)，并以足型特性參數(shù)為依據(jù)得出運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦模板，將運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦模板的數(shù)據(jù)輸送至主控計(jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)三維足型對(duì)鞋楦模板進(jìn)行整體縮放和局部修型后，將鞋楦數(shù)據(jù)輸出、轉(zhuǎn)化為適合于數(shù)控鞋楦機(jī)加工的NC文件，數(shù)控鞋楦機(jī)執(zhí)行NC文件進(jìn)行鞋楦加工，最終將NC文件輸送入數(shù)控鞋楦機(jī)控制單元，驅(qū)動(dòng)數(shù)控鞋楦機(jī)加工。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)的方法，其特征在于主控計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)包括測(cè)量系統(tǒng)軟件、鞋楦設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件、鞋楦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)NC文件系統(tǒng)軟件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)的方法，其特征在于三維足型掃描儀在待測(cè)足或楦周圍分布4個(gè)半導(dǎo)體線激光器，在待測(cè)物表面形成閉合的激光條紋，同時(shí)用8個(gè)CCD圖像傳感器采集激光條紋圖像，通過各個(gè)CCD中激光條紋在光平面上的拼接獲得光平面上閉合的激光條紋，從而實(shí)現(xiàn)足或楦的輪廓切面360度的無盲區(qū)測(cè)量；三維掃描儀的負(fù)載測(cè)量單元由一個(gè)以上的壓力傳感器組成，可以實(shí)時(shí)測(cè)量與顯示被測(cè)足在測(cè)量過程中載荷大小，并通過RS232串行口輸入計(jì)算機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)的方法，其特征在于所述數(shù)控鞋楦的控制單元從主控計(jì)算機(jī)中接收加工刀具中心的螺旋線軌跡數(shù)據(jù)，控制數(shù)控鞋楦機(jī)加工出定制的運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)的方法，其特征在于所述測(cè)量系統(tǒng)軟件包括掃描采集，CCD圖像處理，三維點(diǎn)云顯示、標(biāo)定、足部參數(shù)自動(dòng)提取，工作臺(tái)控制，Unigraphics環(huán)境下足部實(shí)體顯示，手動(dòng)測(cè)量六個(gè)功能模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)的方法，其特征在于鞋楦設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件包含鞋楦模板數(shù)據(jù)庫、足型參數(shù)與負(fù)載關(guān)系數(shù)據(jù)庫、運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦與足型尺寸對(duì)應(yīng)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)的方法，其特征在于鞋楦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)NC文件系統(tǒng)軟件包括鞋楦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)加工螺旋線模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于數(shù)控機(jī)械加工設(shè)備及加工技術(shù)范圍的一種運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦數(shù)字化定制生產(chǎn)設(shè)備及其方法，它由主控計(jì)算機(jī)分別與三維足型掃描儀與數(shù)控鞋楦機(jī)相連而成，主控計(jì)算機(jī)利用三維足型掃描儀測(cè)量有負(fù)載時(shí)的足型，并以足型特性參數(shù)為依據(jù)得出運(yùn)動(dòng)鞋鞋楦模板，對(duì)鞋楦模板進(jìn)行整體縮放和局部修型后，將鞋楦數(shù)據(jù)輸出轉(zhuǎn)化為適合于加工的NC文件，最終將NC文件輸送入數(shù)控鞋楦控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)數(shù)控鞋楦機(jī)加工。該方法和設(shè)備可廣泛用于各種專用運(yùn)動(dòng)鞋、特種鞋、高檔鞋和足部畸形矯正鞋的設(shè)計(jì)、制鞋業(yè)尺碼標(biāo)準(zhǔn)的制定、普通消費(fèi)者和運(yùn)動(dòng)員足型數(shù)據(jù)庫的建立等。
文檔編號(hào)B27M3/20GK101088728SQ200710119279
公開日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2007年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日
發(fā)明者王伯雄, 史輝, 劉國忠, 羅秀芝 申請(qǐng)人:清華大學(xué)