基于脚型三维形貌的自动化鞋楦定制关键技术研究

论文摘要

为了让人们穿上合脚的鞋,设计生产出符合人体个性化特点的鞋一直是制鞋业厂商的理想。本论文围绕基于脚型三维形貌的自动化鞋楦定制技术展开,使用数控鞋楦机与三维脚形测量仪相结合,以脚型扫描后得到脚型的三维数据文件为基础,实现了定制鞋楦的自动化生产。论文内容主要包括:采用改进的方法对脚型测量数据进行去噪与平滑。利用三维半径补偿和U方向离散化的方法,结合小波变换原理,对标准鞋楦数据进行平滑处理。使用开放的组织结构建立的标准鞋楦数据库。标准鞋楦的父点集、一级子点集和二级子点集统一存放在各个鞋楦模型数据文件中,构成数据库的物理层,将标准鞋楦的楦长、楦宽度和楦围度等信息放置于数据库的逻辑层中。给出脚型关键部位特征段的自动获取方法及脚型关键尺寸的计算方法,利用脚型的关键尺寸与标准鞋楦数据库中的标准鞋楦进行匹配,找出与脚型基本符合的鞋楦。提出脚型与鞋楦的初步匹配原则,在鞋楦数据库中寻找最适合当前用户脚型的标准鞋楦数据。建立以产生式表达规则所表示的分段脚-楦舒适度经验映射关系模型。给出脚型分段方法,运用推理机制根据脚型得出标准鞋楦模型整体修改和局部变形的型值点以及型值点对应的变形量。根据脚长与标准鞋楦长度进行鞋楦长度插值,根据各分段的脚印—底样宽度来计算缩放因子从而求取所有二级子点集的宽度缩放量。此外,提出由变化特征点构建两条容许偏差曲线从而修改实际曲线在容许偏差限之内的方法来计算局部修改量。将脚型与整体缩放后的标准鞋楦通过最小二乘逼近分别拟合为若干条U向NURBS曲线,基于最小能量法则,根据推理机制中计算得出的所有型值点的局部修改量,同时修改鞋楦的NURBS曲线的控制顶点和权因子,达到使鞋楦适应于脚型的目的。对所有控制顶点沿V向进行重排列,将这些控制顶点作为V向NURBS曲线的型值点进行反求,即可得到脚型和鞋楦NURBS曲面的控制顶点和权因子,来实现基于NURBS曲线的自由曲面建模。利用等距面法求解出刀位轨迹面,最后利用Unigraphic软件进行加工的仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 鞋楦的基本概念
• 1.2.1 鞋楦的主要功能
• 1.2.2 鞋楦的加工制作技术及发展状况
• 1.3 自由曲面测量方法研究状况
• 1.3.1 脚型测量技术及产品
• 1.3.2 鞋楦数字化测量技术
• 1.3.3 测量数据预处理技术
• 1.4 鞋楦CAD/CAM 技术研究状况
• 1.4.1 曲面建模技术研究现状
• 1.4.2 模型修改技术现状
• 1.4.3 鞋楦CAM 技术研究现状
• 1.5 课题来源
• 1.6 论文主要内容
• 第2章 基于脚型三维形貌的鞋楦定制的设计与实现
• 2.1 引言
• 2.2 基于脚型三维形貌的鞋楦定制总体设计及工作流程
• 2.3 基于脚型三维形貌的鞋楦定制硬件组成
• 2.3.1 脚部三维形貌测量仪
• 2.3.2 数控刻楦机床
• 2.4 基于脚型三维形貌的鞋楦定制软件设计
• 2.4.1 脚部三维形貌测量程序设计
• 2.4.2 定制鞋楦程序设计
• 2.5 小结
• 第3章 半规则化点云的预处理技术研究
• 3.1 引言
• 3.2 半规则化点云模型的获取
• 3.2.1 脚型点云模型获取
• 3.2.2 标准鞋楦点云模型获取
• 3.3 点云模型的预处理
• 3.3.1 脚型数据点云的预处理
• 3.3.2 标准楦型点云的预处理
• 3.3.3 规则化点云数据结构
• 3.4 预处理的结果与误差分析
• 3.4.1 脚型点云的预处理误差分析与光顺质量检查
• 3.4.2 标准鞋楦点云的预处理误差分析
• 3.5 小结
• 第4章 基于点的分段脚-楦舒适度映射关系建模
• 4.1 引言
• 4.2 脚型规律和脚-楦舒适度规律研究
• 4.2.1 脚型各部位标准与量测依据
• 4.2.2 鞋楦各部位标准与量测依据
• 4.2.3 脚的各部位与鞋楦各部位对应关系
• 4.3 基于规则化点云的标准鞋楦数据库
• 4.4 分段脚-楦舒适度映射关系模型
• 4.4.1 脚-楦特征段的划分
• 4.4.2 各特征段的脚-楦舒适度关系
• 4.4.3 产生式的映射关系表达规则
• 4.4.4 鞋楦缩放及修改的推理机制
• 4.5 特殊脚型的脚-楦舒适度映射关系模型
• 4.6 小结
• 第5章 鞋楦定制的CAD/CAM 技术
• 5.1 引言
• 5.2 定制鞋楦的自适应局部修改算法
• 5.2.1 由点云数据构造NURBS 曲线
• 5.2.2 定制鞋楦的局部适应性修改
• 5.3 脚型及定制鞋楦的CAD 建模方法
• 5.3.1 曲面造型及方法研究
• 5.3.2 脚型与定制鞋楦的建模过程
• 5.4 定制鞋楦CAM 方法
• 5.4.1 鞋楦数控加工方式
• 5.4.2 基于参数化曲面的定制鞋楦的刀具轨迹计算
• 5.4.3 刀具轨迹算法分析加工仿真
• 5.5 小结
• 第6章 基于脚型三维形貌的鞋样定制实例
• 6.1 引言
• 6.2 脚型三维形貌测量实例
• 6.2.1 脚型三维形貌获取
• 6.2.2 脚型特征参数提取
• 6.3 鞋楦定制实例
• 6.3.1 标准鞋楦初步匹配
• 6.3.2 鞋楦整体缩放
• 6.3.3 鞋楦局部修改
• 6.3.4 鞋楦三维建模
• 6.3.5 刀轨计算与NC 加工
• 6.3.6 定制鞋楦舒适度分析
• 6.4 鞋样定制实例
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论
• 7.1 论文主要成果和创新点
• 7.2 需进一步研究的工作
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果