基于逆向工程的矯形鞋墊工藝研究

游云飛 張俊梅 張宇 郭團輝 李胤 李妙璇

摘 要：國內研究方面已經意識到了矯形鞋、矯形鞋墊對于偏癱、下肢疾病的重要意義，其可在不進行手術的情況下對病癥進行治療，現已被廣泛運用，但大多數醫療機構還是使用手工制作石膏腳模，之后根據模型制作矯形鞋墊的方法，存在著誤差較大，制作周期較長的缺點。本文簡單介紹了定制矯形鞋墊的概念與功能，主要敘述了一種新型的基于逆向工程的定制型矯形鞋墊的制造流程與主要運用技術，包括各設備簡介及在制作過程中使用的逆向工程軟件簡介，分析了目前該流程中存在的不足并提出了相應的可行解決方案。

關鍵詞：矯形鞋墊；定制生產；三維掃描；逆向工程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.169

大多數人每天都會花費大量時間在行走或體育鍛煉上，作為支撐全身重量的足部承受著相當大的負擔，有些人甚至由于過度或不當的下肢運動而導致患上足部或膝蓋等部位的疾病，于是近些年來，人們對于各類穿戴裝備的要求日益提高，希望借此來避免或修復各類運動損傷，而矯形鞋墊就是其中的一種。

矯形鞋墊即通過根據個人情況對鞋墊形狀進行調整，以達到緩解腳底壓力、改善腳部受力狀況等效果的定制化鞋墊，能夠對各類下肢疾病及腦部疾病起到一定的治療作用，因此，對于矯形鞋墊的調整設計及制作流程的制定有著重要的研究意義。其根據不同的制作方式可大致分為三類：預制型、定制型、定制-模制型[1]，其中，定制型矯形鞋墊一般包括一個預制的基礎構件，然后根據患者的需要對預制矯形鞋墊進行不同程度的改造[2]。

71 設備簡介

1.1 矯正鞋墊加工裝置

鞋墊加工部分使用一種自主研制的矯正鞋墊加工裝置，刀具可從四個維度對毛坯材料進行加工，提高了矯正鞋墊的加工精度，實現了加工流程無人化。加工雕刻材料選擇為EVA固定板料，裝置樣式如圖1，在機床上加裝第四軸，設計專門的夾具固定鞋墊板材。

1.2 三維掃描儀

在定制鞋墊的生產工程中，使用三維掃描儀用以采集腳部點云數據。使用時，將三維掃描儀平放固定于地面，擱置一個透明的定制外殼于其上，之后將腳掌擱于外殼之上，掃描后即可獲得腳掌三維掃描圖像。設定三維掃描儀的測量距離為0.5m，掃描精度為0.5mm。

2 加工流程

鞋墊的定制加工流程如圖2所示。

首先，利用三維掃描儀掃描出足底點云數據，保存成STL文件，利用Geomagic studio軟件打開STL文件，對其進行修剪，除去特征以外的數據，在最后存有的特征曲面上繪制關鍵曲線，并刪除其余曲面部分，保存成.igs格式。在Imageware中對特征曲線進行曲面重建，并進行修復，設計出足弓特種鞋墊表面。接下來在Solidworks中打開曲面文件，進行鞋墊立體造型，設計出符合要求的矯正鞋墊。

之后在JDpaint中打開Solidworks設計好的鞋墊整體曲面文件，將其上下表面進行分離，并放在固定板料模型中。設定基點，即加工對刀點，如圖2中，上表面定義為A點，對應下表面為B點，分別對上下表面定義刀具路徑，在加工裝置上對EVA固定板料的上下表面分別進行加工。最后，加工完成后將鞋墊部分切下，并用小型磨具進行打磨處理。

3 結論

本文通過逆向工程手段研究了矯正鞋墊制作工藝，但也存在一定的問題：a）目前使用的掃描儀掃描精度為0.5mm，整體掃描效果不算理想，為之后逆向工程的重建過程增添了很大的工作量；b）目前掃描高度需要距掃描儀1米距離，設備體積較大，操作不方便。

參考文獻：

[1]Nigg B M，Nurse M A，Stefanyshyn D J.Shoe inserts and orthotics for sport and physical applications[J].Medicine and Science in sports and Exercise，1999（07）：421-428.

[2]湯運啟，王幽幽，秦蕾，劉麗.矯形鞋墊的設計與制作[J].中國皮革，2015，44（16）：39-43.