專利名稱：一種運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產設備及其方法
技術領域：
本發(fā)明屬于數(shù)控機械加工設備及加工技術范圍，特別涉及一種運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產設備及其方法。
背景技術：
運動鞋從20世紀80年代正式開始流行于世界鞋類市場，至今已普及到世界各國，除用于體育專項外，還特別受到青少年和運動愛好者的青睞。目前中國生產的運動鞋沒有標準，都是按照足型的大體分類進行設計，必然造成很多不同足型的用戶選擇同一尺碼的鞋。幾乎所有的運動鞋以及其它各種鞋類當用戶的足型偏離標準尺碼較大時，很難找到合適的鞋，對高水平運動員如何“量足制鞋”沒有自動化手段。
運動鞋制鞋業(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備。此外，在參加不同的體育項目時足部產生的壓力大小和模式變化很大，需要根據(jù)運動員的足型隨足部的載荷而變化的特性進行運動鞋楦生產與設計。
經(jīng)過與現(xiàn)有文獻對比，最接近技術為華僑大學江開勇等人申請的《基于足部特征參數(shù)的鞋楦模型自動生成方法》(申請?zhí)?00510042355.8，申請日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、掃描速度和人機交換上存在不足。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中的不足，解決“量足制鞋”的問題，提供一種運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產設備及其方法。該方法和設備可廣泛用于各種專用運動鞋、特種鞋、高檔鞋和足部畸形矯正鞋的設計、制鞋業(yè)尺碼標準的制定、普通消費者和運動員足型數(shù)據(jù)庫的建立等。
所述一種運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產設備，其主控計算機分別與三維足型掃描儀和數(shù)控鞋楦機相連，三維足型掃描儀作為數(shù)據(jù)采集器，將采集的數(shù)據(jù)輸送至主控計算機；數(shù)控鞋楦機作為數(shù)字化加工設備，執(zhí)行主控計算機的指令，進行鞋楦加工。
所述三維足型掃描儀由4個半導體線激光器，8個CCD圖像傳感器和一個負載測量單元組成，并通過RS232串行口連接主控計算機。
所述數(shù)控鞋楦機還包括數(shù)控鞋楦機控制單元。
所述運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產設備及其方法，該方法是做為數(shù)據(jù)采集器的三維足型掃描儀，將采集有負載時的足型數(shù)據(jù)，并以足型特性參數(shù)為依據(jù)得出運動鞋鞋楦模板，將運動鞋鞋楦模板的數(shù)據(jù)輸送至主控計算機，主控計算機軟件系統(tǒng)對采集數(shù)據(jù)進行處理，對三維足型對鞋楦模板進行整體縮放和局部修型后，將鞋楦數(shù)據(jù)輸出、轉化為適合于數(shù)控鞋楦機加工的NC文件，數(shù)控鞋楦機執(zhí)行NC文件進行鞋楦加工，最終將NC文件輸送入數(shù)控鞋楦機控制單元，驅動數(shù)控鞋楦機加工。
所述主控計算機的軟件系統(tǒng)包括測量系統(tǒng)軟件、鞋楦設計系統(tǒng)軟件、鞋楦數(shù)據(jù)轉NC文件系統(tǒng)軟件。
①測量系統(tǒng)軟件包括掃描采集，CCD圖像處理，三維點云顯示、標定、足部參數(shù)自動提取，工作臺控制，Unigraphics環(huán)境下足部實體顯示，手動測量六個功能模塊。
②鞋楦設計系統(tǒng)軟件包含鞋楦模板數(shù)據(jù)庫、足型參數(shù)與負載關系數(shù)據(jù)庫、運動鞋鞋楦與足型尺寸對應參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫。
③鞋楦數(shù)據(jù)轉NC文件系統(tǒng)軟件包括鞋楦數(shù)據(jù)轉加工螺旋線模塊。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)本發(fā)明中的足型與鞋楦測量設備適合于測量足部在任意負載下的三維形貌，足型與負載可同步現(xiàn)實并被記錄，同時8個CCD傳感器的空間分布合理，可實現(xiàn)足底、足面無盲區(qū)測量，精度達到±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)的提取完全由計算機中的參數(shù)提取軟件自動獲取，并可通過不同載荷下足型的測量得到足部參數(shù)隨載荷而變化的規(guī)律。對于楦型同樣可快速、準確的自動提取對足型各特征點對應的特征參數(shù)。
(3)與一般性鞋楦的設計方法相比，本發(fā)明加入了不同負載下足型的數(shù)據(jù)，可以獲取更為全面的足型數(shù)據(jù)，因此可設計出更加舒適的運動鞋。
(4)友好的人機交互方式，除可根據(jù)測量的足型參數(shù)自動對鞋楦模板進行調整外，設計者還可根據(jù)不同需求對鞋楦模板直接操作進行整體縮放與局部修改。
(5)綜合三維無盲區(qū)掃描，逆向工程與計算機圖形學和CAD/CAM等軟硬件技術，實現(xiàn)了運動鞋鞋楦的自動化與個性化設計。
(6)較低的成本，與國外同等產品相比，具有較大的經(jīng)濟性優(yōu)勢與競爭力。


圖1是基于運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產的裝置原理圖。
圖中1.主控計算機，2.三維足型掃描儀，3.負載測量單元，4.數(shù)控鞋楦機，5.數(shù)控鞋楦機控制單元。
圖2是基于運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產方法的流程圖。
圖3是三維足型掃描儀的結構原理俯視圖，其中6(1)-6(4)是4個半導體線激光器，7(1)-7(8)是8個CCD圖像傳感器，3(1)-3(3)是負載測量單元3的3個壓力傳感器。
具體實施例方式
本發(fā)明提供的一種運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產設備及其方法。以運動力學與運動鞋關系為依據(jù)，采用了先進的光學測量方法與數(shù)字化的計算機輔助設計制造相結合的手段。在圖1中，該運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產設備的主控計算機1分別與三維足型掃描儀2和數(shù)控鞋楦機4相連，數(shù)控鞋楦機控制單元5固定在數(shù)控鞋楦機4上。在圖3所示的三維足型掃描儀2上安裝負載測量單元3，其中3(1)-3(3)是負載測量單元3的3個壓力傳感器，在待測足或楦周圍分布，6(1)-6(4)4個半導體線激光器，在待測物表面形成閉合的激光條紋，同時用7(1)-7(8)8個CCD圖像傳感器采集激光條紋圖像，通過各個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，從而實現(xiàn)足或楦的輪廓切面360度的無盲區(qū)測量；三維掃描儀的負載測量單元3由一個以上的壓力傳感器組成，可以實時測量與顯示被測足在測量過程中載荷大小，并通過RS232串行口輸入主控計算機1。
所述數(shù)控鞋楦機4的數(shù)控鞋楦機控制單元5從主控計算機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4加工出定制的運動鞋鞋楦。
所述主控計算機利用三維足型掃描儀測量有負載時的足型，并以足型特性參數(shù)為依據(jù)得出運動鞋鞋楦模板，經(jīng)過主控計算機軟件系統(tǒng)對鞋楦模板進行整體縮放和局部修型后，將鞋楦數(shù)據(jù)輸出轉化為適合于加工的NC文件，最終將NC文件輸送入數(shù)控鞋楦控制系統(tǒng)，驅動數(shù)控鞋楦機加工。
主控計算機1主要包括系統(tǒng)的軟件部分，其中包含測量系統(tǒng)軟件、鞋楦設計系統(tǒng)軟件、鞋楦數(shù)據(jù)轉NC文件系統(tǒng)軟件。測量系統(tǒng)軟件包括掃描采集、CCD圖像處理與三維點云顯示、標定、足部參數(shù)自動提取、工作臺控制以及Unigraphics軟件環(huán)境下足部實體顯示和手動測量等六個功能模塊；鞋楦設計系統(tǒng)軟件包括鞋楦測量數(shù)據(jù)預處理、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、鞋楦設計數(shù)據(jù)生成等三個功能模塊，還包括鞋楦模板數(shù)據(jù)庫、足型參數(shù)與負載關系數(shù)據(jù)庫、運動鞋鞋楦與足型尺寸對應參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫；鞋楦數(shù)據(jù)轉NC文件系統(tǒng)軟件包括鞋楦數(shù)據(jù)轉加工螺旋線模塊。三維足型掃描儀2由主控計算機1發(fā)出指令控制，其在待測足或楦周圍分布4個半導體線激光器6，在待測物表面形成閉合的激光條紋，同時用8個CCD圖像傳感器7采集激光條紋圖像，通過各個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，從而實現(xiàn)足或楦的輪廓切面360度的無盲區(qū)測量；負載測量單元3由多個壓力傳感器組成，可以實時測量與顯示被測足在測量過程中載荷大小，并通過RS232串行口輸入計算機；數(shù)控鞋楦機控制單元5從主控計算機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置加工參數(shù)，控制數(shù)控鞋楦機4加工出定制的運動鞋鞋楦。
本發(fā)明提供的運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產的方法，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)驗公式建立鞋楦模板數(shù)據(jù)庫、足型參數(shù)與負載關系數(shù)據(jù)庫、運動鞋鞋楦與足型對應參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫。
2)利用三維掃描儀獲取運動員足型的三維形狀，調用足型參數(shù)與負載關系數(shù)據(jù)庫，在測量系統(tǒng)軟件中得出足型特性參數(shù)。
3)在鞋楦設計系統(tǒng)中，調用運動鞋鞋楦與足型對應參數(shù)經(jīng)驗數(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)在鞋楦設計系統(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，以運動鞋鞋楦與足型對應參數(shù)經(jīng)驗公式為依據(jù)，對鞋楦模板進行整體縮放和局部修型得到鞋楦初步設計數(shù)據(jù)。
5)在鞋楦設計系統(tǒng)中，對4)中所得的鞋楦初步設計數(shù)據(jù)進行人機交互式修改，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NC文件系統(tǒng)軟件中轉化為適合于加工的NC文件。
權利要求
1.一種運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產設備，其特征在于主控計算機分別與三維足型掃描儀和數(shù)控鞋楦機相連，三維足型掃描儀作為數(shù)據(jù)采集器，將采集的數(shù)據(jù)輸送至主控計算機；數(shù)控鞋楦機作為數(shù)字化加工設備，執(zhí)行主控計算機的指令，進行鞋楦加工。
2.根據(jù)權利要求1所述運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產設備，其特征在于所述三維足型掃描儀由4個半導體線激光器，8個CCD圖像傳感器和一個負載測量單元組成，并通過RS232串行口連接主控計算機。
3.根據(jù)權利要求1所述運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產設備，其特征在于所述數(shù)控鞋楦機還包括數(shù)控鞋楦機控制單元。
4.一種運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產的方法，其特征在于所述三維足型掃描儀做為數(shù)據(jù)采集器，將采集有負載時的足型數(shù)據(jù)，并以足型特性參數(shù)為依據(jù)得出運動鞋鞋楦模板，將運動鞋鞋楦模板的數(shù)據(jù)輸送至主控計算機，主控計算機軟件系統(tǒng)對采集數(shù)據(jù)進行處理，對三維足型對鞋楦模板進行整體縮放和局部修型后，將鞋楦數(shù)據(jù)輸出、轉化為適合于數(shù)控鞋楦機加工的NC文件，數(shù)控鞋楦機執(zhí)行NC文件進行鞋楦加工，最終將NC文件輸送入數(shù)控鞋楦機控制單元，驅動數(shù)控鞋楦機加工。
5.根據(jù)權利要求4所述運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產的方法，其特征在于主控計算機軟件系統(tǒng)包括測量系統(tǒng)軟件、鞋楦設計系統(tǒng)軟件、鞋楦數(shù)據(jù)轉NC文件系統(tǒng)軟件。
6.根據(jù)權利要求4所述運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產的方法，其特征在于三維足型掃描儀在待測足或楦周圍分布4個半導體線激光器，在待測物表面形成閉合的激光條紋，同時用8個CCD圖像傳感器采集激光條紋圖像，通過各個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，從而實現(xiàn)足或楦的輪廓切面360度的無盲區(qū)測量；三維掃描儀的負載測量單元由一個以上的壓力傳感器組成，可以實時測量與顯示被測足在測量過程中載荷大小，并通過RS232串行口輸入計算機。
7.根據(jù)權利要求4所述運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產的方法，其特征在于所述數(shù)控鞋楦的控制單元從主控計算機中接收加工刀具中心的螺旋線軌跡數(shù)據(jù)，控制數(shù)控鞋楦機加工出定制的運動鞋鞋楦。
8.根據(jù)權利要求5所述運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產的方法，其特征在于所述測量系統(tǒng)軟件包括掃描采集，CCD圖像處理，三維點云顯示、標定、足部參數(shù)自動提取，工作臺控制，Unigraphics環(huán)境下足部實體顯示，手動測量六個功能模塊。
9.根據(jù)權利要求5所述的一種運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產的方法，其特征在于鞋楦設計系統(tǒng)軟件包含鞋楦模板數(shù)據(jù)庫、足型參數(shù)與負載關系數(shù)據(jù)庫、運動鞋鞋楦與足型尺寸對應參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫。
10.根據(jù)權利要求5所述的一種運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產的方法，其特征在于鞋楦數(shù)據(jù)轉NC文件系統(tǒng)軟件包括鞋楦數(shù)據(jù)轉加工螺旋線模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于數(shù)控機械加工設備及加工技術范圍的一種運動鞋鞋楦數(shù)字化定制生產設備及其方法，它由主控計算機分別與三維足型掃描儀與數(shù)控鞋楦機相連而成，主控計算機利用三維足型掃描儀測量有負載時的足型，并以足型特性參數(shù)為依據(jù)得出運動鞋鞋楦模板，對鞋楦模板進行整體縮放和局部修型后，將鞋楦數(shù)據(jù)輸出轉化為適合于加工的NC文件，最終將NC文件輸送入數(shù)控鞋楦控制系統(tǒng)，驅動數(shù)控鞋楦機加工。該方法和設備可廣泛用于各種專用運動鞋、特種鞋、高檔鞋和足部畸形矯正鞋的設計、制鞋業(yè)尺碼標準的制定、普通消費者和運動員足型數(shù)據(jù)庫的建立等。
文檔編號B27M3/20GK101088728SQ200710119279
公開日2007年12月19日 申請日期2007年7月19日 優(yōu)先權日2007年7月19日
發(fā)明者王伯雄, 史輝, 劉國忠, 羅秀芝 申請人:清華大學