KR101600498B1

KR101600498B1 - 족교정구의 설계 및 제조시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101600498B1
Application number: KR1020140078286A
Authority: KR
Inventors: 이재원
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2016-03-07
Also published as: KR20160007722A

Abstract

본 발명은 인공지능의 사례기반 추론에 따라 주문자의 족궁 형태 또는 발 모양에 맞는 족교정구의 3D CAD 파일을 효율적으로 생성하여 3D 프린터를 이용하여 효율적으로 제조할 수 있는 족교정구 설계 및 제조시스템 및 방법에 관한 것으로, 족교정구 주문자의 족문 이미지를 획득하는 족문 촬상부, 상기 족문 이미지 촬상유닛로부터 수신된 상기 족문 이미지를 이용하여 족교정구를 지능적으로 맞춤화 설계하고 이로부터 CAD 파일을 생성하는 족교정구 설계유닛, 및 상기 족교정구 설계유닛로부터 수신된 상기 족교정구 CAD 파일에 기초하여 맞춤형 족교정구를 3D 프린터부에서 제조하게 하는 족교정구 제조유닛을 포함한다.

Description

족교정구의 설계 및 제조시스템 및 방법{DESIGN AND MANUFACTURING SYSTEM AND METHOD FOR FOOT ORTHOTIC}

본 발명은 족교정구 설계 및 제조시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 컴퓨터 상에서 인공지능(artificial intelligence)의 사례기반 추론(CBR: Case Based Reasoning)에 따라 주문자의 족궁 형태 또는 발 모양에 맞는 족교정구를 지능적으로 맞춤화 설계하고 이로부터 3D CAD 파일을 효율적으로 생성하여 3D 프린터를 이용하여 효율적으로 제조할 수 있는 족교정구의 설계 및 제조시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 족궁은 체중을 떠받치고 신체의 균형을 유지하며 충격을 흡수하는 역할을 하는데, 일반인의 약 70% 정도가 족궁이 변형되어 발 부위에 통증을 가지고 있으며, 족궁의 변형이 심해져 평발과 까치발 증상을 가지고 있는 사람은 각각 전체 인구의 약 20%나 되는 것으로 보고되고 있다.

이와 같이, 족궁 및 발 모양이 변형되면, 다리, 척추, 목 등의 직립 관절이 균형을 잃게 되고, 그 결과 몸 전체의 건강, 즉, 근골격계뿐만 아니라 신경계, 호흡계, 내분비계, 피부 등에도 영향을 미쳐서 각종 질환을 유발시키는 원인이 된다.

이렇게 변형된 족궁을 정상적인 족궁 형태로 점차 변형시키기 위해서 족궁을 수정하거나 유지하기 위한 족궁지지부와, 발의 좌우 옆 및 뒷꿈치를 감싸는 테두리부로 이루어진 족교정구(foot orthotic)가 제조되고 있다.

이러한 족교정구는 미국등록특허 제4,686,994호에 개시되며, 그 제조방법으로는, 족교정구 주문자의 족문 이미지를 획득하고, 족교정구 설계 전문가가 변형된 족궁을 보상할 수 있는 3차원 형상의 족교정구를 설계하고, 금형을 만들어 사출 성형하거나, 족교정구를 족형의 특징에 따라서 다양한 범주로 규격화하고, 범주별 족교정구 베이스를 미리 제작하여, 고객 주문시 제공된 고객의 족문 등을 참고하여 상기 제작된 각 범주별 족교정구 베이스 중 가장 적합한 베이스를 선택하여 맞춤화를 위하여 부분적으로 절삭에 의해서 제거(trimming) 하거나 소재를 덧대기(attaching)하여 족교정구를 제조하는 방법이 개시되어 있다.

그런데, 이와 같이 제조된 족교정구 및 그 제조방법은, 금형 및 사출 제작에 많은 비용 및 복잡한 장비가 필요할 뿐만 아니라 개인별 맞춤화를 위해서, 족교정구 주문자가 제공한 족문(foot print)을 기반으로 미리 제작된 족교정구 베이스를 선택하고 이를 개인맞춤화 하기 위해서 절삭작업(trimming)이나 덧대기(attaching) 등의 후가공(post-processing)작업이 수작업 형태로 뒤따라야 한다.

물론 시중에는 이런 후가공 작업 없이 족의 크기를 신발 구매 시 흔히 사용하는 발의 표준 크기 중의 하나(예: 410mm)에 해당하는 족교정구 베이스를 후가공 없이 직접 판매하는 형태의 거래도 존재한다.

상기 각 범주의 족교정구 베이스는 임의의 표준 족형을 기반으로 발 크기에 따라서 흔히 확대 축소되고 그 형태는 대부분 동일한 패턴으로 설계되어 있으므로, 족궁(foot arch)을 포함한 발의 다양한 형태, 평발인가 까치발 인가 등의 개인적인 특징은 족교정구 베이스에는 반영되기가 거의 불가능하다.

이런 경우에 비하여 상기 후가공 처리하는 경우에는 맞춤화 수준은 높아지지만 다음과 같은 몇 가지 한계점이나 문제점이 존재한다.

첫째, 족문에 적합한 족교정구 베이스를 선정하기 위해서는 족문을 분석할 수 있는 족부 전문가가 필요하고, 둘째, 후가공시 절삭작업은 분진 등의 발생으로 그리고 덧대기 작업은 화공물질을 이용한 덧대기 작업으로 친환경적이지 못하며, 셋째, 덧대기 작업으로 고객에게 공급된 제품은 사용시간의 경과와 더불어 덧대기한 부분의 화공약품 재질은 족교정구 베이스 재질과는 동일한 품질을 유지하지 못하고 점진적으로 변색되는 경향이 있어 제품 외관에 품질의 저하를 유발하기도 한다.

넷째, 족교정구 베이스의 사전 제작도 예로서 20여 가지 범주를 준비해 놓고 하나를 택하여 후가공 처리로 일대일 맞춤화 하기 때문에 다양한 발의 모든 형태에 적합한 맞춤화를 제공하는 것은 여전히 한계가 있다.

가장 바람직한 것은 컴퓨터상에서 족문 설계의 지식을 지능화 하고 설계와 제조가 연동하여 자동화되는 일대일 맞춤 설계 및 제작 시스템을 구현하는 것이 바람직할 것이다.

한국공개특허 제2006-0107102호 한국등록특허 제935,443호 미국등록특허 제4,686,994호

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 족교정구 전문가 없이도 고객의 족형의 특징을 맞춤화하여 족교정구의 설계를 지능화할 수 있고, 설계된 족교정구에 따라 3D 프린터부를 이용하여 제작할 수 있는 컴퓨터를 이용한 족교정구 설계 및 제조시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 금형이나 사출장치를 이용하지 않고, 족교정구 베이스의 후가공 작업을 생략할 수 있어서 친환경적이고, 제작시간을 단축할 수 있으며, 고객의 작은 수정요청 사항에도 즉각 대응하여 즉각적인 데이터 수정과 함께 빠른 출력을 통해서 고객의 니즈에 즉각적으로 대응할 수 있는 족교정구 설계 및 제조시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 족교정구 설계 및 제조시스템은, 족교정구 주문자의 족문 이미지를 획득하는 족문 촬상부; 상기 족문 이미지 촬상유닛로부터 저장된 상기 족문 이미지를 이용하여 족교정구를 지능적으로 맞춤화 설계하고 이로부터 CAD 파일을 생성하는 족교정구 설계유닛; 및, 상기 족교정구 설계유닛로부터 수신된 상기 족교정구 CAD 파일에 기초하여 맞춤형 족교정구를 3D 프린터부에서 제조하게 하는 족교정구 제조유닛을 포함하며,
상기 족교정구 제조유닛은 상기 3D CAD 형상모델의 STL 파일을 프린팅 조건 값에 따라 슬라이싱하는 슬라이싱부를 더 포함하며,
상기 슬라이싱부가 G code 파일을 x3g 파일 포맷 등으로 변환하여 3D 프린터 부에 전송하고, 상기 3D 프린터부가 상기 전송된 x3g 포맷의 파일을 이용하여 맞춤형 족교정구를 프린팅하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 족교정구 설계 및 제조방법은, 제어유닛의 지시에 대응하여,
족문 이미지 촬상유닛이 족교정구 주문자의 족문 이미지를 획득하는 단계;
족문입력유닛의 족문입력 UI부가 상기 족문 이미지 촬상유닛로부터 상기 족문 이미지를 저장하는 단계;
족교정구 설계유닛 의 특징형상 추출부가 상기 족문입력 UI부에 수신된 족문 이미지의 특징형상을 추출하는 단계;
상기 족교정구 설계유닛의 유사사례 추출부가 유사사례 DB에 저장된 다수의 범주별 사례들로부터 상기 족문 이미지의 특징형상과 가장 유사한 표준 족문범주의 사례를 추출하는 단계;
상기 족교정구 설계유닛의 적응부가 상기 추출된 유사사례의 특징형상 인덱스값과, 상기 추출된 족문 이미지의 특징형상 인덱스값의 차이점을 분석하고, 상기 추출된 유사사례에 일대일 상응하는 3D CAD 파일을 CAD 파일 DB 로부터 추출하여 설계 파라미터 수치값을 수정하는 적응단계;
상기 족교정구 설계유닛의 CAD 부가 상기 설계 파라미터 수치값 정보를 이용하여 3D CAD 시스템을 실행하여 족교정구 형상모델을 생성하는 단계;
상기 생성된 3D CAD 형상모델 파일을 이용하여 족교정구 제조유닛의 슬라이싱부에서 프린팅 조건 값 DB의 가공조건을 이용하여 슬라이싱하는 단계;
상기 슬라이싱부가 G code 파일을 직접 전송하거나 또는 x3g 파일 포맷으로 변환하여 3D 프린터부에 전송하는 단계;
상기 3D 프린터부가 상기 전송된 x3g 포맷의 파일을 이용하여 맞춤형 족교정구를 프린팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 일 실시예에 따르면, 족교정구 전문가 없이도 지능화된 기법에 따라서 족문의 특징인 족형, 압력분포 및 기타 고객의 직업, 몸무게 등의 정보 등을 고려하여 고객별 일대일 맞춤화된 족교정구의 설계를 자동화할 수 있고, 설계된 족교정구에 따라 3D 프린터를 이용하여 제작도 자동화 할 수 있다.

또한, 본 발명은 일 실시예에 따르면, 금형이나 사출장치를 이용하지 않고, 족교정구 베이스의 후가공 작업을 생략할 수 있어서 친환경적이고, 제작시간을 단축할 수 있으며, 고객의 작은 수정요청 사항에도 즉각 대응하여 즉각적인 데이터 수정과 함께 빠른 출력을 통해서 고객의 니즈에 즉각적으로 대응할 수 족교정구 설계 및 제조시스템 및 제조방법을 제공할 수 있다.

도 1은 평발, 까치발, 정상발의 족궁에 대한 족문 이미지 예시도,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 족교정구의 설계 및 제조시스템에 따라 제조된 족교정구의 사시도,
도 3은 도 2의 A-A선을 따라 취한 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 촬상유닛(100), 족문입력유닛(200), 족교정구 설계유닛(300), 족교정구 제조유닛(400), 제어유닛(500)을 포함하는 족교정구의 설계 및 제조시스템의 구성도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 족교정구의 설계 및 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 경우에는 그에 대한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 도면부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되었다 하더라도 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 발의 변형정도에 따라서 발의 족문 이미지가, 예를 들어, (a)는 정상의 경우, (b)는 평발인 경우, (c) 까치발인 경우, 족궁의 변형된 모습에 따라 다양한 패턴을 보임을 알 수 있다.

족궁의 변형에 따른 족문의 넓이, 형태, 그리고 압력분포 등을 파악하여 평발과 까치발의 심화 정도, 발 모양 및 발가락의 변형 정도, 양 발의 비대칭 상태 등에 대한 정보를 제공함을 알 수 있다.

이에 근거하여 또한 부가적으로 고객으로부터 제공되는 고객의 직업, 나이 등을 고려하여 도 2에 도시된 바와 같이, 평발이나 까치발 등으로 인한 신체의 불균형이나 이에 의해서 유발되는 질병을 회복시킬 수 있는 족교정구를 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 족교정구(1)는 바닥면이 신발 내부의 바닥면과 일정한 공간을 두고 분리되어 족교정구의 종방향 중심부 단면은 초승달 모양과 유사한 단면의 형상을 갖는 유선형의 형태로 흔히 설계된다.

이는 족교정구에 체중이 가해질 때, 족교정구가 굽힘변형이 발생하는 재질로 구성하여 체중으로 인한 지면과의 보행 시의 충격을 족교정구의 굽힘변형 에너지로 흡수하고, 체중이 최대로 가해지는 상황에서 족교정구의 바닥면이 신발 바닥면과 점진적으로 맞닿게 하고, 체중이 제거되는 보행 자세 시에는 원래의 모습으로 형태가 환원되게 하기 위한 것이다.

또한 족교정구의 발바닥과 닿는 부위도 유선형의 모습을 갖는데 이는 족궁지지부(12)가 발바닥의 파여진 족궁을 보행 중에도 밀착 지지될 수 있도록 하기 위한 것이다.

흔히 이러한 족교정구는 일반적인 발바닥 크기와 유사한, 발가락 끝에서 시작되어 발뒤꿈치(heel)까지 이르는, 크기의 신발 안에 넣는 일반 깔창(insole) 과는 다르게 앞발(fore foot) 중심에서 시작하여 발꿈치에 이르는 일반 깔창보다 짧은 길이로 제작된다.

즉, 족궁과 족교정구의 족궁지지부(12)가 최대로 밀착이 되면서 발바닥의 압력분포가 족교정구의 상단 전체에 걸쳐 확장되어 변형된 족궁은 정상적으로 유도되면서 신체의 균형은 향상되고 일정한 기간 착용에 따라서 기존의 신체 불균형으로 인한 질병 요인을 제거하는데 도움이 된다.

또한 테두리부(14)는 보행 중에 족교정구가 발바닥 으로부터 좌우앞뒤 등의 방향으로 이탈되는 것을 저지하거나 지면과의 충격완화에 도움을 줄 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 족교정구는 족궁지지부(12)와 수납콘테이너(11)가 구비된 몸통부(10)와, 상기 수납콘테이너(11)의 입구를 개폐하기 위한 덮개부(20)를 포함하는 형태일 수 있다.

상기 몸통부(10)의 수납콘테이너(11)의 경우, 상기 몸통부(10)의 저면으로부터 상기 몸통부(10)의 내측으로 함몰된 형태로 실시할 수 있다.

상기 수납콘테이너(11)는 방향(芳香), 냄새 및 습기제거 또는, 피부자극파(예:원적외선, 치료용 전자기파, 음이온 등) 방출과 같은 기능성 제품을 삽입할 수 있는 소정의 공간 형태를 제공할 수 있으며, 상기 덮개부(20)는 상기 몸통부(10)의 수납콘테이너(11) 입구를 개폐하기 위한 것으로, 상자형 프레임 또는 소정의 곡률로 휘어진 유선형의 판재 형태 등 다양하게 실시할 수 있다.

상기 덮개부(20)는 상기 몸통부(10)를 맞춤 설계할 때, 그 크기 및 형상이 상기 수납콘테이너(11)와 상호 대응되게 함께 설계하는 것이 좋다.

한편, 상기 몸통부(10)와 덮개부(20) 간에는 소정의 체결수단(30)이 구비된 형태로 실시할 수 있다.

상기 관통공(21)은 상기 몸통부(10)의 수납콘테이너(11) 속 내용물의 크기나 존재 유무 등을 확인하기 위한 것은 물론, 상기 피부자극파가 사용자의 발바닥 피부에 직접적인 영향을 미치도록 하기 위한 것으로, 관통된 구멍의 형태나 크기, 개수 등은 다양하게 실시할 수 있다.

상기 체결수단(30)은 상기 덮개부(20)에 일체로 구비되는 소정 형태의 돌기(31)와, 상기 돌기(31)의 형상에 대응되게 상기 몸통부(10)의 수납콘테이너(11)에 형성되는 홈 형태의 그루브(32)로 구성된다.

상기 몸통부(10)와 상기 덮개부(20)는 3D 프린터를 이용하여 주문자의 개별 맞춤 효과를 극대화할 수 있도록 이루어진다. 즉, 주문자의 몸무게나 보행 시 하중의 분포 또는 족궁의 형태 변화에 적합한 개별 맞춤효과를 높임으로써, 족궁의 교정 및 보완효과를 향상시킬 수 있도록 할 수 있다. 상기 몸통부(10) 및 덮개부(20)는 고분자 탄성 재료를 이용하여 3D 프린터로 제작하는 것이 제품의 성능 및 경제적인 면에서 유리하다.

또한, 상기 몸통부(10) 및 상기 덮개부(20)는 물성이나 화학적 특성을 달리하기 위해서 3D 프린터를 이용하여 제작하는 과정에서 고분자재질로 된 족교정구 소재의 종류 변경, 족교정구 프린트물의 내부충진밀도(infill percentage)의 조절에 따른 굽힘 강도 및 탄성도의 조절 등을 달리하여 형성할 수 있다.

예를 들어, 족문의 압력분포나 체중 등을 고려하여 내부충진밀도에 변화를 줄 수 있다.

또한, 족교정구 자체를 3D 프린터를 이용하여 인쇄하는 과정에서 통풍구조를 형성하여 신발을 통해서 공기가 순환하여 무좀 등의 발생이 원인이 될 수 있는 신발 안의 습도를 제거 할 수도 있다.

또한, 고객에게 제공된 족교정구의 수정이 필요한 경우에는 기존의 족교정구 베이스의 경우에는 일반적으로 별도의 절삭 공정이나 덧붙이기 공정을 거쳐야 하는 데, 본 발명의 일 실시예에 따르면 원격설계지원부(370)를 통하여 설계를 부분 수정할 수 있어 지능형 설계의 결과에 대한 전문가의 보강된 설계를 통한 완성도 높은 설계가 가능하다.

이제 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 족교정구의 설계 및 제조시스템 및 방법에 대해서 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 족교정구의 설계 및 제조시스템의 구성도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 족교정구의 설계 및 제조 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 족교정구 설계 및 제조시스템은, 족문 이미지 촬상유닛(100)와, 족문입력유닛(200), 족교정구 설계유닛(300), 족교정구 제조유닛(400), 및 제어유닛(500)을 포함한다.

상기 족문 이미지 촬상유닛(100)는 주문자의 족문을 찍고, 이것을 스캔하는 디지털 스캐너(digital scanner) 혹은 족문을 파일화하는 디지털 카메라(digital camera), 주문자의 발바닥과 직접 접촉하여 접촉부위의 압력 분포를 디지털적으로 측정하여 스캐닝하는 발 스캐너(foot scanner), 족의 형상이나 족의 형상을 석고 등으로 본뜬 모델을 3차원적으로 스캐닝할 수 있는 디지털 스캐너 일 수도 있다.

또한, 족문 이미지 촬상유닛(100)은 주문자가 자신의 족문 이미지를 촬상하고, 촬상된 족문 이미지 디지털 데이터 파일을 email 이나 인터넷으로 족교정구 공급자에게 전달하는 장치일 수도 있다.

한편, 상기 족문 이미지 촬상유닛(100)은 주문자의 신발 내에 설치된 족압(foot pressure) 측정장치로부터 획득된 족 부위별 압력신호를 유무선 통신망을 통하여 수신하여 디지털 족문을 생성할 수 있는 족압측정 및 족문생성 장치일 수 있으며, 또 다른 족문 이미지 촬상유닛(100)로는 주문자의 족궁 형태를 보다 정확하게 파악할 수 있도록 발의 전체적인 형태를 3차원으로 스캐닝하는 3D 스캐닝 장치를 이용할 수도 있다.

즉, 상기 족문 이미지 촬상유닛(100)에 의하여 2차원의 족문 이미지 데이터 또는 3차원의 발 모양 이미지 데이터가 획득된다(S100).

상기 족문입력유닛(200)는 족문 이미지 촬상유닛(100)로부터 상술한 2차원의 족문 이미지 데이터 또는 3차원의 발 모양 이미지 데이터를 전송받아 족문 이미지 파일 DB(215)에 저장하고(S200), 입력된 데이터는 설계 및 제조하고자 하는 맞춤형 족교정구의 3D CAD 형상모델 파일을 생성하는 기초정보를 제공하는 역할을 한다.

Email 이나 인터넷 등을 통하여 족문 이미지 파일이 존재하는 경우는 파일을 직접 입력도 가능하며, 족교정구의 설계자에 의해 상기 데이터 파일이 직접 업로딩 입력되는 사용자 인터페이스를 구비할 수도 있다.

족문입력 UI부(210)는 유선 또는 무선 방식으로 상기 데이터가 입력될 수도 있다.

본 발명에 따른 족교정구 설계유닛(300)는 족교정구를 주문자의 족문형상에 대응하여 최적의 3D CAD 형상모델을 도출하기 위한 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이 지능설계부(310)와, 3D CAD 시스템(360)과 CAD 파일 DB(365)로 된 CAD부(350)로 구성된다.

상기 지능설계부(310)는 족교정구의 설계 논리를 인공지능의 사례기반 추론 기업에 따라서 설계를 담당하는데 특징형상 추출부(320), 유사사례 추출부(330), 유사사례 DB(335) 그리고 적응부(340)를 포함한다.

유사사례 DB(335)는 족문의 형태를 표준화된 다수의 사례(case)로 구성하고 각 사례는 발의 형상(geometry) 중 특징부위에 대한 파라미터와 족교정구의 설계에 필요한 3D CAD 형상모델 설계파라미터들과 발의 변형과 관계되는 비형상 데이터(non-geometric data)로 구별되어 구성한다.

전자의 특징부위 파라미터의 예로는 발의 길이:265 mm, 앞발의 최대폭:11mm, 발꿈치 폭:8mm 등과 족교정구의 설계에 필요한 3D CAD 형상모델 설계파라미터들로는 p1:13mm, p2:45mm, p3:32도 등으로 구성 가능하다.

후자의 발의 변형과 관련된 비 형상 파라미터들의 예로는 족궁의 변형 타입:평발, 변형정도:3등급, Zone 1 압력분포:하, Zone2 압력분포: 중 등의 다수의 발바닥 zone 별 압력분포 파라미터들과 그 값, 그리고 연령층: 50-55, 성별: 남, 직업:노동자, 직업종사기간:3년, 현재 질병: 허리통증 등으로 구성될 수 있다.

지능형 설계부(310)의 설계작업은 제어유닛(500)의 지시에 의하여 특징형상 추출부(320)로부터 시작된다. 즉, 인공지능의 사례기반 추론에 기반하여 족교정구 주문자의 상기 족문입력유닛(200)을 통하여 입력된 족문 이미지로부터 특징형상을 추출하고(S310), 추출된 특징형상 정보로 가장 유사한 유사사례를 상기 유사사례 DB(335)로부터 추출하여(S320) 이 사례에 있는 설계 파라미터들 중 주문자의 추출한 특징형상 값과 상이한 파라미터의 값들은 그 값을 주문자의 값에 맞도록 적응시켜 일부 파라미터의 값을 수정하고(S330), 결과는 3D CAD 시스템(360)에 전송하여 비로소 신규 족교정구의 3D CAD 형상모델을 생성한다(S370).

또한 S370 단계에서 상기 생성된 족교정구 CAD 형상 정보와 상기 수정된 특징형상 설계 파라미터 그리고 상기 기타 고객의 직업, 몸무게 등의 정보 등이 필요한 경우에는 원격 설계지원부(370)에 있는 족교정구 설계 전문가에게 전달되고 전문가는 이들의 값을 검토하여 새로운 설계 파라미터들의 값을 입력하면, 3D CAD 시스템(360)은 상기 원격 설계지원부(370)을 통하여 유무선 통신을 통하여 입력되는 상기 신규 설계 파라미터의 값을 수신하여 최적의 신규 CAD 형상모델을 생성 하는 단계를 갖출 수 있다.

상기 유사사례 추출부(330)가 입력된 족문으로부터 추출한 특징형상과 유사사례 DB(335)에 저장된 제 사례들과 하나씩 비교하는 유사도 판단은 특징형상들을 인덱스(index)화하고 그 값(value)을 부여하고, 사례별로 인덱스를 순차적으로 비교하여 인덱스값들이 가장 유사한 사례가 유사도가 가장 높은 것으로 판단하게 된다.

한편, 추가적으로 매칭(matching) 인덱스로서는 상기 발의 변형과 관계되는 비형상 데이터인 통증이나 질병부위, 직업, 성별, 나이 등이 적용될 수 있다.

이는 족문 이미지가 유사한 경우라도 상기 추가 인텍스들로부터 특정 족교정구의 형상 설계 파라미터에 상이한 값을 부여하여 상이한 족교정구를 설계하기 위함이다.

직업 등을 고려하면 족교정구의 3D 형상에 있어서 차이가 있을 수 있기 때문이다. 예로써 육체노동을 하는 근로자와 사무실 근로자의 경우는 족교정구에 대한 족궁의 3D 설계 형상이 달리 정의될 수 있다.

참고로, 상기 적응부(340)에서 수정되는 설계 파라미터 정보의 수정의 의미는 상기 족교정구 베이스의 맞춤화 행위인 깍아내거나(trimming) 덧붙이는(attaching) 대신 설계단계에서의 맞춤화가 가능함을 보여 주는 것이기도 하다.

상기 3D CAD 시스템(360)은 Unigraphics, CATIA, Solid Works 등과 같은 범용 CAD 시스템을 이용할 수 있다.

이러한 시스템을 이용하여 parametric modeling 된 CAD 파일의 설계 파라미터 수치값을 상기 적응부(340)에서 생성한 주문자의 족문에 최적화되게 수정한 설계 파라미터의 값들을 이용하여 제어유닛(500)은 3D CAD 시스템(360)으로 하여금 주문자의 족교정구 3D CAD 형상모델을 생성하도록 하고 이를 또한 CAD 파일 DB(365)에 저장시킬 수 있다.

참고로 상기 CAD 시스템들은 소위 ‘parametric modeling’ 기법을 제공하며 이는 형상모델을 파라미터와 그 값으로 정의하거나 파라미터들 간에 관계식을 설정할 수 있으며 관계식에서 독립 변수에 해당하는 설계 파라미터의 값이 변경되면 종속변수에 해당하는 설계 파라미터가 자동으로 그 값이 변경된다.

따라서 CAD 파일 DB(365)에는 parametric model로 정의된 형상모델이 있어야 하고 상기 적응부(340)에서 제시되는 설계 파라미터들과 그 값이 3D CAD 시스템 (360)의 parametric model의 해당 파라미터 값으로 입력되면서 새로운 족교정구 CAD 형상모델을 생성시킬 수 있다. 상기 3D CAD 시스템(360)의 이러한 실행 명령은 제어유닛(500)에 의하여 처리될 수 있다.

상기 3D CAD 시스템(360)이 새로운 족교정구 CAD 형상모델을 생성할 때 사용할 수 있는 CAD 형상모델 파일로는 유사사례 DB(335)의 사례 각각에 해당하는 것을 준비하고 이를 이용할 수 있다.

또한, 상기 제어유닛(500)은 주문자의 주문에 따라 3D CAD 파일이 신규로 생성되면 이와 관련된 사례 데이터를 유사사례 DB(335) 또는 CAD 파일 DB(365)에 추가함으로써 사례기반 추론에 있어서의 사례 베이스를 계속적으로 보완할 수 있다.

이로 인해 시간이 지날수록 사례 베이스가 풍부해져 특징형상 추출부(320)의 유사도 판단 및 유사사례 추출부(330)의 수정 작업이 더욱 효율적으로 이루어지게 된다. 시스템의 이러한 경험정보의 증가는 전문가의 경험 증가에 따르는 지능화에 해당한다

상기 3D 프린터부(450)에서 제작을 하기 위해서는 제어유닛(500)의 제어에 따라서 CAD부(350)의 3D 형상파일이 슬라이싱(slicing)부(410)로 STL 파일 포맷으로 전달되어야 하는데 상기 3D CAD 형상모델 파일은 3D CAD 시스템(360)에 의하여 사전 STL 파일로 저장된 것을 사용하거나 저장된 파일을 STL 파일로 변환하여 슬라이싱부(410)에서 모델의 슬라이싱이 수행되어야 한다.

상기 제어유닛(500)은 STL 파일을 슬라이싱부(410)로 전송하고(S380) 상기 슬라이싱부(410)의 실행 시에 슬라이싱에 필요한 3D 프린터부(450)의 종류에 따른 프린팅 조건 데이터(FDM 방식을 사용하는 경우의 조건데이타 예: 서포터 설정 여부, 프린트 재질, extruder 온도, 레이어두께, 내부충진밀도(infill 퍼센티지), 노즐 이송속도, 급속이송속도, 베이스 플랫폼 온도 등) 파일을 호출 입력 받고 슬라이싱을 실행하면(S400) 3D 프린터가 필요로 하는 G code 파일 및 .x3g 파일 등을 생성시킬 수 있다.

한편 제어유닛(500)은 상기 생성된 .x3g 파일 등을 슬라이싱부(410)로 하여금 3D 프린터부(450)로 온라인 전송시킬 수 있으며(S500), 3D 프린터부(450)로 하여금 제작을 수행하도록 명령할 수 있다(S600).

참고로, 상기 슬라이싱부(410)로 사용되는 범용 SW 로는 ReplicatorG, Slic3r, Kisslicer 등이 사용 가능하다.

상기 슬라이싱부(410)의 실행 시에 입력되어야 하는 프린팅 조건 값들은 프린팅 조건 값 DB(413)로부터 호출되며 필요한 경우에는 상기 제어유닛(500)의 제어에 따라서 원격 제조지원부(470)가 상기 슬라이싱부에서 설정된 프린팅 조건 값을 전문가에게 제공하고 이를 검토한 전문가가 입력한 신규 프린팅 조건 값을 유무선 통신을 통하여 입력을 받아 이용할 수 있으며, 슬라이싱의 결과물인 G code 파일은 G code 파일 DB(415)에 저장하고, 또한 G code를 직접 전송하거나 G code로부터 .x3g 파일을 생성하여 온라인으로 3D 프린터로 전송하게 된다.

일반적으로, 슬라이싱부(410)가 탑재된 컴퓨터는 3D 프린터부(450)와 온라인으로 연결이 가능하다.

상기 구성에서 상기 족문입력유닛(200), 족교정구 설계유닛(300), 족교정구 제조유닛(400), 제어유닛(500)은 동일한 컴퓨터에 탑재가 가능하며 분리된 경우에는 통신으로 제어유닛(500)에 의하여 통신이 가능하다.

또한, 본 발명은 일 실시예에 따르면, 족교정구 제조가 자동화 가능하며, 금형이나 사출장치를 이용하지 않고, 족교정구 베이스의 후가공 작업을 생략할 수 있어서 친환경적적이고, 제작시간을 단축할 수 있으며, 고객의 작은 수정요청 사항에도 즉각 대응하여 원격 설계지원부(370)를 통한 전문가의 설계 파라미터의 수정 또는 신규 입력 만으로 즉각적인 데이터 수정과 함께 빠른 3D 프린터 제작 출력을 통해서 고객의 니즈에 즉각적으로 대응할 수 족교정구의 설계 및 제조시스템 및 방법을 제공할 수 있다.

한편, 제어유닛(500)은 상기 3D 프린터부가 상기 전송된 족교정구 형상모델의 CAD 파일에 기초하여 맞춤형 족교정구를 프린팅한 이후에 상기 족문이미지를 족문 이미지 파일 DB(215)에 저장하고, 상기 고객 특징형상 추출 사례를 유사사례 DB(335)에 저장하고, 지능설계부(310)의 적응부(340)에서 생성한 설계 파라미터 값이나 혹은 상기 원격 설계지원부(370)를 통하여 입력된 설계 파라미터 값들은 유사사례 DB(335)에 저장하고, 상기 파라미터들을 통하여 생성된 족교정구 형상모델의 CAD 파일들은 CAD 파일 DB(365)에 저장하고, 그리고 슬라이싱부(410)에서 이용한 프린팅 조건 값들이나 원격 제조지원부(470)를 통하여 입력된 프린터 조건 값들은 프린팅 조건 값 DB(413)에 저장하고, 마찬가지로 슬라이싱부(410)에서 생성한 G code 파일은 G code 파일 DB(415)에 저장한다(S700).

상기 원격 설계지원부(370)는 상기 3D CAD 시스템의 형상모델의 생성 시 경우에 따라서 설계 파라미터 수치값을 제공하여 설계 파라미터 수정을 지원할 수 있다(S1100).

상기 원격 제조지원부(470)는 가공조건 값을 수정하여 G code 파일을 생성할 수 있도록 슬라이싱을 지원할 수 있다(S1200).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

10 : 몸체부 12 : 족궁 지지부
14 : 테두리부 20 : 덮개부
100 : 촬상부 200 : 족문입력유닛
210 : 족문입력 UI부 215 : 족문 이미지 파일 DB
300 : 족교정구 설계유닛 310: 지능 설계부
320 : 특징형상 추출부 330: 유사사례 추출부
335 : 유사사례 DB 340 : 적응부
350 : CAD부 360: 3D CAD 시스템
365 : CAD 파일 DB 370: 원격 설계지원부
400 : 족교정구 제조유닛 410 : 슬라이싱부
413 : 프린팅 조건 값 DB 415: G code 파일 DB
450: 3D 프린터부 470 : 원격 제조지원부
500 :제어유닛

Claims

족교정구 주문자의 족문 이미지를 획득하는 족문 이미지 촬상유닛;
상기 족문 이미지 촬상유닛로부터 수신된 상기 족문 이미지를 이용하여 족교정구를 지능적으로 맞춤화 설계하고 이로부터 CAD 파일을 생성하는 족교정구 설계유닛; 및,
상기 족교정구 설계유닛로부터 수신된 상기 족교정구 CAD 파일에 기초하여 맞춤형 족교정구를 3D 프린터부에서 제조하게 하는 족교정구 제조유닛을 포함하며,
상기 족교정구 제조유닛은 상기 3D CAD 형상모델의 STL 파일을 프린팅 조건 값에 따라 슬라이싱하는 슬라이싱부를 더 포함하며,
상기 슬라이싱부가 G code 파일을 직접 전송하거나 또는 x3g 파일 포맷으로 변환하여 3D 프린터 부에 전송하고, 상기 3D 프린터부가 상기 전송된 x3g 포맷의 파일을 이용하여 맞춤형 족교정구를 프린팅하는 족교정구 설계 및 제조시스템.
제1항에 있어서,
상기 족교정구 설계유닛은 족문의 형태를 표준화된 다수의 사례로 구성하고 각 사례는 발의 형상 중 특징부위에 대한 파라미터와, 족교정구의 설계에 필요한 3D CAD 형상모델 설계파라미터들과, 발의 변형과 관계되는 비형상 데이터(non-geometric data)로 구별되어 저장되는 유사사례 DB를 포함하는 족교정구 설계 및 제조시스템.
제2항에 있어서,
상기 족교정구 설계유닛은, 인공지능의 사례기반 추론(CBR: Case Based Reasoning)에 기반하여 족교정구 주문자의 족문 이미지로부터 특징형상을 추출하는 특징형상 추출부와, 상기 추출된 특징형상 정보로 가장 유사한 유사사례를 상기 유사사례 DB로부터 추출하는 유사사례 추출부와, 상기 유사사례 추출부가 추출한 유사사례의 설계 파라미터들 중 주문자의 추출한 특징형상 값과 상이한 파라미터의 값들은 그 값을 주문자의 값에 맞도록 적응시켜 일부 파라미터의 값을 변경하는 적응부를 포함하는 족교정구 설계 및 제조시스템.
제2항에 있어서,
상기 족교정구 설계유닛은 온라인상으로 설계파라미터 값을 제공 및 수정할 수 있는 원격 설계지원부를 포함하는 족교정구 설계 및 제조시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 프린팅 조건 값들은 온라인 상으로 제공 및 수정할 수 있는 원격 제조지원부를 더 포함하는 족교정구 설계 및 제조시스템.
제어유닛의 지시에 대응하여,
족문 이미지 촬상유닛이 족교정구 주문자의 족문 이미지를 획득하는 단계;
족문입력유닛의 족문입력 UI부가 상기 족문 이미지 촬상유닛로부터 상기 족문 이미지를 저장하는 단계;
족교정구 설계유닛 의 특징형상 추출부가 상기 족문입력 UI부에 수신된 족문 이미지의 특징형상을 추출하는 단계;
상기 족교정구 설계유닛의 유사사례 추출부가 유사사례 DB에 저장된 다수의 범주별 사례들로부터 상기 족문 이미지의 특징형상과 가장 유사한 표준 족문범주의 사례를 추출하는 단계;
상기 족교정구 설계유닛의 적응부가 상기 추출된 유사사례의 특징형상 인덱스값과, 상기 추출된 족문 이미지의 특징형상 인덱스값의 차이점을 분석하고, 상기 추출된 유사사례에 일대일 상응하는 3D CAD 파일을 CAD 파일 DB 로부터 추출하여 설계 파라미터 수치값을 수정하는 적응단계;
상기 족교정구 설계유닛의 CAD 부가 상기 설계 파라미터 수치값 정보를 이용하여 3D CAD 시스템을 실행하여 족교정구 형상모델을 생성하는 단계;
상기 생성된 3D CAD 형상모델 파일을 이용하여 족교정구 제조유닛의 슬라이싱부에서 프린팅 조건 값 DB의 가공조건을 이용하여 슬라이싱하는 단계;
상기 슬라이싱부가 G code 파일을 직접 전송하거나 또는 x3g 파일 포맷으로 변환하여 3D 프린터부에 전송하는 단계;
상기 3D 프린터부가 상기 전송된 x3g 포맷의 파일을 이용하여 맞춤형 족교정구를 프린팅하는 단계를 포함하는 족교정구 설계 및 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 3D CAD 시스템의 형상모델의 생성은 경우에 따라서 원격 설계지원부에 의하여 제공 또는 수정된 설계 파라미터 수치값을 이용하여 수행 되는 단계를 포함하는 족교정구 설계 및 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 슬라이싱은 경우에 따라서 상기 원격 설계지원부에 의하여 가공조건 값이 수정되어 슬라이싱 하여 G code 파일을 생성하는 단계를 포함하는 족교정구 설계 및 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 족교정구 형상모델을 생성하는 단계는 상기 족교정구 형상모델을 STL 파일로 생성하는 단계를 포함하는 족교정구 설계 및 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 3D 프린터부가 상기 전송된 족교정구 형상모델의 CAD 파일에 기초하여 맞춤형 족교정구를 프린팅하는 단계 이후에 상기 제어유닛이 신규 설계한 족교정구와 관련된 설계파라미터 값을 신규 유사사례로 유사사례 DB에 저장하고, 신규 생성한 3D CAD 파일을 CAD 파일 DB 에 저장하고, 신규 프린팅 조건 값을 프린팅 조건 값 DB에 저장하고, 그리고 신규 G code 파일을 G code 파일 DB에 저장하는 단계를 포함하는 족교정구 설계 및 제조방법.