CN108000882A - 基于逆向工程的3d打印成型的脚形鞋定制方法及定制*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于逆向工程的3D打印成型的脚形鞋定制方法及定制***，包括以下步骤：获取患者足部信息数据：采用三维激光扫描仪，通过高密度的扫描点获取患者足部尺寸、形态和几何信息；对患者足部信息数据进行处理和分析建立以患者足部为基准的三维坐标系，将患者足部信息数据进行网格化划分，对每个网格进行分析，确定残缺单元与完整单元；基于患者足部信息，初步建立三维模型；对患者进行特征值检测，获得修正参数，确定脚形鞋的内部结构；基于修正参数，修正三维模型，制作脚形鞋。本发明的有益效果是能够满足肢残人群对适合脚形的功能鞋的需求，完全贴合残肢表面，材料可选择性大，根据足底压力测量符合人体工程学，并且工作效率高。
Description
技术领域
本发明涉及鞋定制领域，尤其是涉及一种基于逆向工程的3D打印成型的脚形鞋定制方法及定制***。
背景技术
由于疾病、交通事故、运动创伤等原因造成许多足部残疾者，足部残疾者对鞋有着不同的需求，这就使足部残疾者很难购买的合适的鞋，尤其对于青少年正处在生长发育期间，各个部位不断生长变化，足部由于残缺部分不能使用正常的鞋，但由于生长原因鞋码又在不断变化，现急需一种能满足肢残人群对适合脚形的功能鞋的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于逆向工程的3D打印成型的脚形鞋定制方法及定制***，能够满足肢残人群对适合脚形的功能鞋的需求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于逆向工程的3D打印成型的脚形鞋定制方法，包括以下步骤：获取患者足部信息数据；对所述患者足部信息数据进行处理和分析；基于所述患者足部信息，初步建立三维模型；对患者进行特征值检测，获得修正参数，确定脚形鞋的内部结构；基于所述修正参数，修正所述三维模型，制作所述脚形鞋。
进一步的，所述获取患者足部信息具体为：采用三维激光扫描仪，通过高密度的扫描点获取所述患者足部尺寸、形态和几何信息。
进一步的，所述三维激光扫描仪采用非接触式采集方法采集所述患者足部信息数据。
进一步的，所述三维激光扫描仪的定位方法采用分步插补定位。
进一步的，所述对所述患者足部信息数据进行处理和分析包括：建立以所述患者足部为基准的三维坐标系；将所述患者足部信息数据进行网格化划分，对每个网格进行分析，确定残缺单元与完整单元。
进一步的，采用足底压力测量装置测量所述患者静止、行走和跑步状态时足部压力的力学、几何学和时间参数等特性，然后通过分析不同状态时的所述足部压力参数显示所述患者足部的动力性特征和运动性特征。
进一步的，所述确定脚形鞋的内部结构包括根据所述修正参数选择所述脚形鞋材料。
进一步的，所述制作所述脚形鞋具体为采用3D打印机对所述修正后的三维模型进行分层和打印参数设置，最后进行打印成型。
本发明另一方面提供一种采用上述基于逆向工程的3D打印成型的脚形鞋定制方法的定制***，包括三维扫描数据读取模块、外接测量模块、标准鞋外观设计数据库模块、脚-鞋腔映射关系模块、人体工程学自调整模块、三维模型转换加工代码模块和3D打印加工模块。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，能够满足肢残人群对适合脚形的功能鞋的需求，完全贴合残肢表面，材料可选择性大，根据足底压力测量符合人体工程学，并且工作效率高。
附图说明
图1是本发明工作流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
如图1所示，本实施例提供一种基于逆向工程的3D打印成型的脚形鞋定制方法，包括以下步骤：
步骤S1：获取患者足部信息数据：采用三维激光扫描仪，通过高密度的扫描点获取患者足部尺寸、形态和几何信息。
为了使三维激光扫描仪具有较高的测量精度和数据采集效率。三维激光扫描仪采用非接触式采集方法采集患者足部信息数据。
三维激光扫描仪的定位方法采用分步插补定位。可以弥补分步扫描带来的时间消耗,从而提高了扫描***的效率。为了满足扫描算法的在线处理对实时性的要求,采用DSP，即DSP作主控制器负责足部信息数据的获取。
步骤S2：对患者足部信息数据进行处理和分析：包括将扫描测量的足部信息数据都保存在一块SD卡上，可以方便、安全的转移到PC上。三维激光扫描仪可直接生成STL文件，跳过点云模式，文件大小变得紧凑，以STL文件进行编辑和修改更为方便和高效。可配套使用多种后处理软件，例如CATIA V5、Polyworks和Geomagic等。
建立以患者足部为基准的三维坐标系；将患者足部信息数据进行网格化划分，对每个网格进行分析，确定残缺单元与完整单元。
步骤S3：基于患者足部信息，初步建立三维模型；
步骤S4：对患者进行特征值检测，获得修正参数，确定脚形鞋的内部结构：采用足底压力测量装置测量患者静止、行走和跑步状态时足部压力的力学、几何学和时间参数等特性，然后通过分析不同状态时的足部压力参数显示患者足部的动力性特征和运动性特征。
足底压力测量装置采用Footscan动态压力测量***，对使用者足部进行扫描，获取足的形状，可以收集行走和跑步时足底压力分布数据。根据静态和动态数据使用软件设计模型。
根据修正参数选择脚形鞋材料。可根据需要调配材料的柔软性和刚性成分比，获得最适合患者足部需要的软硬度。
步骤S5：基于修正参数，修正三维模型，制作脚形鞋：采用3D打印机对修正后的三维模型进行分层和打印参数设置，最后进行打印成型
本实施例提供一种采用上述基于逆向工程的3D打印成型的脚形鞋定制方法的定制***，包括三维扫描数据读取模块、外接测量模块、标准鞋外观设计数据库模块、脚-鞋腔映射关系模块、人体工程学自调整模块、三维模型转换加工代码模块和3D打印加工模块。
三维扫描数据读取模块，主要是采用三维激光扫描仪，通过高密度的扫描点获取患者足部尺寸、形态和几何信息；对患者足部信息数据进行处理和分析建立以患者足部为基准的三维坐标系，将患者足部信息数据进行网格化划分，对每个网格进行分析，确定残缺单元与完整单元；基于患者足部信息，初步建立三维模型。
外接测量模块主要是***可外接的测量硬件接口等。
标准鞋外观设计数据库模块，主要存储标准鞋外观数据模型，可进行由参数曲面构成的鞋外观的计算机辅助设计，也可在后期制作鞋外形时调取参数，实现实时数据的增减、查询等功能，还可进行数据的更新，根据不同用户需求数据库提供特征相近的参数供设计者参考、选择。
脚-鞋腔映射关系模块，计算标准鞋内腔参数曲线变形量，根据采集的特征值，获得修正参数，确定脚形鞋的鞋内腔结构，与存储的医疗案例经验值进行对比，调用人体工程学自调整模块得出参数化曲线，最后计算出对应于该残肢的鞋腔变形量。
三维模型转换加工代码模块，主要是建立脚形鞋的内腔、外观的三维实体模型，利用建模软件生成STL格式，利用分层软件将模型切片，根据压力测量分析出的模型设置相应位置的鞋底及内腔的支撑结构，调整疏密间隔和组织形式，最后形成3D打印机可读取的加工代码。
3D打印加工模块，主要是连接打印机，利用柔性工程材料在3D打印机上加工出合适残疾人的脚型的鞋。
本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，能够满足肢残人群对适合脚形的功能鞋的需求，完全贴合残肢表面，材料可选择性大，根据足底压力测量符合人体工程学，并且工作效率高。
以上对本发明的一个或多个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (9)
1.基于逆向工程的3D打印成型的脚形鞋定制方法，其特征在于：包括以下步骤：获取患者足部信息数据；
对所述患者足部信息数据进行处理和分析；
基于所述患者足部信息，初步建立三维模型；
对患者进行特征值检测，获得修正参数，确定脚形鞋的内部结构；
基于所述修正参数，修正所述三维模型，制作所述脚形鞋。
2.根据权利要求1所述的基于逆向工程的3D打印成型的脚形鞋定制方法，其特征在于：所述获取患者足部信息具体为：采用三维激光扫描仪，通过高密度的扫描点获取所述患者足部尺寸、形态和几何信息。
3.根据权利要求2所述的基于逆向工程的3D打印成型的脚形鞋定制方法，其特征在于：所述三维激光扫描仪采用非接触式采集方法采集所述患者足部信息数据。
4.根据权利要求2所述的基于逆向工程的3D打印成型的脚形鞋定制方法，其特征在于：所述三维激光扫描仪的定位方法采用分步插补定位。
5.根据权利要求1所述的基于逆向工程的3D打印成型的脚形鞋定制方法，其特征在于：所述对所述患者足部信息数据进行处理和分析包括：建立以所述患者足部为基准的三维坐标系；将所述患者足部信息数据进行网格化划分，对每个网格进行分析，确定残缺单元与完整单元。
6.根据权利要求1所述的基于逆向工程的3D打印成型的脚形鞋定制方法，其特征在于：所述对患者进行特征值检测，获得修正参数具体为：采用足底压力测量装置测量所述患者静止、行走和跑步状态时足部压力的力学、几何学和时间参数等特性，然后通过分析不同状态时的所述足部压力参数显示所述患者足部的动力性特征和运动性特征。
7.根据权利要求1所述的基于逆向工程的3D打印成型的脚形鞋定制方法，其特征在于：所述确定脚形鞋的内部结构包括根据所述修正参数选择所述脚形鞋材料。
8.根据权利要求1所述的基于逆向工程的3D打印成型的脚形鞋定制方法，其特征在于：所述制作所述脚形鞋具体为采用3D打印机对所述修正后的三维模型进行分层和打印参数设置，最后进行打印成型。
9.采用如权利要求1至8任一所述的基于逆向工程的3D打印成型的脚形鞋定制方法的定制***，其特征在于：包括三维扫描数据读取模块、外接测量模块、标准鞋外观设计数据库模块、脚-鞋腔映射关系模块、人体工程学自调整模块、三维模型转换加工代码模块和3D打印加工模块。
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