CN106562517A - 一种三维脚形扫描仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三维脚形扫描仪。其技术方案是包括壳体部分、扫描仪旋转部分、扫描仪机头、控制器部分，壳体部分设有分节式脚托部分和后跟高度调节部分，壳体部分外侧通过扫描仪旋转部分连接扫描仪机头对分节式脚托部分进行旋转扫描；本发明可对各种状态的脚形进行扫描，而且是在脚承受人体自重的情况下发生的变形，这样扫描出来的脚形数据更符合实际情况，较普通扫描仪和只能水平站立的脚形扫描仪在脚形数据的获取方面有明显的优势。为后续的脚形数据的利用提供了可靠的数据，便于制鞋行业的开发设计和制作，也可以为医学脚型矫治、人机工程脚型统计、人体足部研究等领域提供更可靠的数据参考。

Description

一种三维脚形扫描仪
技术领域
本发明涉及一种脚形扫描仪，特别涉及一种三维脚形扫描仪。
背景技术
在很多情况下需要对脚的形状进行比较准确的测量，例如鞋类设计开发加工，个性化量脚订制鞋，鞋楦开发设计，医学脚型矫治，人机工程脚型统计，人体足部研究等领域。在以前，人们一般是通过手工的方式利用皮尺来测量脚部多个部位的数据，这种用皮尺测量的脚形数据不但有限而且精度不高。随着科学技术的发展，目前是用足部三维扫描仪来测量脚形的三维数据，所测量的脚型数据不但精确而且其后续开发利用价值也更高。
但是现有技术中的足部三维扫描仪存在以下缺点：1、不可承重的足部三维扫描仪，只能在人的脚部悬空的情况下，利用三维扫描仪进行扫描，所取的脚形三维数据不能体现脚部在人站立承受体重时的变形；2、可承重的足部三维扫描仪，通常是要求人水平站立在一个平台上，然后通过三维扫描仪获取脚形的三维数据，所获取的脚形三维数据也只能反映足部在水平站立时的脚部形状，并不能获取脚在承重并且后跟有一定高度的条件下脚形的三维数据。
上述两个缺点，在应用于鞋类设计开发加工，个性化量脚订制鞋，鞋楦开发设计，医学脚型矫治，人机工程脚型统计，人体足部研究等领域时，都有很大的不足，尤其不能满足制鞋行业对脚形的数据需求；我们知道鞋子是要分跟高的，尤其是女性的鞋子，从平底鞋到十几公分的高跟鞋有着不同的跟高，人在穿平底鞋和高跟鞋时，足部会发生很大的形变，包括人在水平站立和运动的时候，脚形也是不断变化的，显然单纯扫描足部在悬空状态下或者足部水平站立时的脚形数据是不够的，不能满足制鞋业实际的需求。那么就需要一种扫描设备，能够更加精确的扫描出脚在各种变形的情况下的数据，一种分节式后跟高度可调节三维脚型扫描仪就是为适应这样的需求发展出来的，在制鞋行业，鞋类设计开发加工，个性化量脚订制鞋，鞋楦开发设计，脚形扫描仪是一项重要的技术之一，希望本发明能为制鞋行业的改型升级贡献一份力量。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种三维脚形扫描仪，这是基于脚形随后跟高度变化而变形的前提下，可以获取脚在不同跟高的情况下脚形的三维数据，满足不同行业对脚形数据的不同要求，解决了扫描足部时只能悬空和只能水平站立的缺点，增加了脚形三维数据的实用性。
一种分节式可调节三维脚形扫描仪，包括壳体部分、扫描仪旋转部分、扫描仪机头、控制器部分，壳体部分设有分节式脚托部分，壳体部分外侧通过扫描仪旋转部分连接扫描仪机头对分节式脚托部分进行旋转扫描；
所述的壳体部分包括盖（1）、围子（2）和底座（8-8），围子（2）的上部为盖（1），下部与底座（8-8）活动连接；所述分节式脚托部分包括脚托前头（3-1）、脚托后跟（3-2）、分节式脚托面（3-3）、弹簧卡子（3-4）、弹簧（3-5）、定位杆（3-6）、连接柱（3-0），分节式脚托面（3-3）的前部为脚托前头（3-1），后部为脚托后跟（3-2），所述分节式脚托面（3-3）将托住脚的平面分成若干个小面以满足变形的要求，若干个小面的下表面的两侧设有弹簧卡子（3-4）和弹簧（3-5），中间设有定位杆（3-6），弹簧（3-5）可使托住脚的若干个小面跟随脚形的变化而变化，弹簧卡子（3-4）固定各个脚托面在弹簧上的固定位置，所述定位杆（3-6）插在后跟高度调节部分的支柱（7-1）上相应的孔里，从而将脚托面固定在上下的方向上。
上述的分节式脚托部分的正下方安装后跟高度调节部分，所述后跟高度调节部分包括支柱（7-1）、电动推杆（7-2）、伸缩杆（7-3）、推杆卡子（7-5），电动推杆（7-2）连接伸缩杆（7-3），使伸缩杆（7-3）通电后可伸缩，用来调节后跟的高度，伸缩杆（7-3）的顶部与脚托后跟（3-2）通过连接柱（3-0）连接，推杆卡子（7-5）将电动推杆（7-2）与支柱（7-1）固定在一起。
上述的扫描仪旋转部分包括步进电机（8-1）、步进电机电源线（8-2）、同步轮（8-3）、同步带（8-4）、齿轮（8-5）、环形齿条（8-6）、扫描仪机头撑杆（8-7）、轴承（8-9），在底座（8-8）上安设步进电机（8-1）、同步轮（8-3）、同步带（8-4）和齿轮（8-5），且齿轮（8-5）与环形齿条（8-6）啮合，环形齿条（8-6）的外侧通过扫描仪机头撑杆（8-7）固定扫描仪机头（4）；所述的步进电机（8-1）通电后提供动力，通过同步轮（8-3）带动同步带（8-4），从而带动齿轮（8-5）旋转，从而带动环形齿条（8-6）旋转，进而带动扫描仪机头（4）旋转360度扫描。
上述的弹簧卡子（3-4）内侧设有弹簧定位隔片（3-9），用于对弹簧进行定位。
上述的控制器部分设置有步进电机开关按钮（5-1）、后跟高度参数设置按钮（5-2）、电动推杆开关按钮（5-3）。
上述的将脚托前头（3-1）通过定位螺丝（3-8）与支柱（7-1）连接在一起；弹簧两端定位螺丝（3-7）将弹簧（3-5）固定住。
上述的脚托前头（3-1）与分节式脚托面（3-3）以及脚托后跟（3-2）依次排列形成一个放置脚掌的平面，弹簧卡子（3-4）通过定位螺丝（3-8）将弹簧（3-5）固定在分节式脚托面（3-3）的下方；定位杆（3-6）通过连接柱（3-0）与分节式脚托面（3-3）连接；弹簧两端定位螺丝（3-7）将脚托前头与支柱（7-1）连接在一起，同时也把弹簧（3-5）的两端固定住；弹簧定位隔片（3-9）卡在弹簧（3-5）的横截面上，起到固定分节式脚托面（3-3）和弹簧（3-5）的相对位置的作用。
本发明提到的一种分节式可调节三维脚形扫描仪的使用方法，包括以下步骤：
动作一：连接电源后，人光脚站立在分节式脚托面（3-3）上，打开扫描仪旋转按钮（5-1），步进电机（8-1）开始旋转使同步轮（8-3）开始旋转，带动同步带（8-4）运动，同步带（8-4）带动齿轮（8-5）旋转，齿轮（8-5）带动环形齿条（8-6），由于扫描仪机头（4）通过扫描仪机头撑杆（8-7）与环形齿条（8-6）是连在一起的，扫描仪机头（4）会因为步进电机（8-1）的旋转而旋转，从而完成足部水平站立时对脚形的三维扫描，完成扫描后关闭步进电机开关按钮（5-1）；
动作二：对指定后跟高度的脚形进行三维扫描时：打开后跟高度参数设置按钮（5-2）并设置后跟高度的上升参数，打开电动推杆开关按钮（5-3），与电动推杆（7-2）连接的伸缩杆（7-3）就会上升，由于脚托后跟（3-2）与伸缩杆（7-3）是连在一起的，脚托后跟（3-2）就会随伸缩杆（7-3）一起上升，脚托后跟（3-2）的上升会通过弹簧（3-5）的连接作用引发分节式脚托面（3-3）的依次上升，当伸缩杆（7-3）上升到设置的高度时会停下静止不动，足部会因为后跟高度的变化而发生相应的变形，这时分节式脚托面（3-3）会随着脚形的变化而变化并始终贴在脚底上；然后重复动作一就可以完成对后跟高度升高后脚形的三维扫描。
本发明的有益效果是：本发明可对各种状态的脚形进行扫描，而且是在脚承受人体自重的情况下发生的变形，这样扫描出来的脚形数据更符合实际情况，较普通扫描仪和只能水平站立的脚形扫描仪在脚形数据的获取方面有明显的优势。为后续的脚形数据的利用提供了可靠的数据，便于制鞋行业的开发设计和制作，也可以为医学脚型矫治、人机工程脚型统计、人体足部研究等领域提供更可靠的数据参考。
附图说明
附图1是本发明的外观效果图；
附图2是本发明的内部结构原理图；
附图3是本发明的脚托部分和后跟高度调节部分结构原理图；
附图4是本发明的脚托部分的结构原理图；
附图5是脚托前头结构图细节；
附图6是脚托面与弹簧、弹簧卡子、定位杆的连接结构图；
附图7是脚托后跟结构图细节；
附图8是本发明的扫描仪旋转部分的结构原理图；
上图中：盖1、围子2、脚托3、扫描仪机头4、控制器5、数据线6、后跟高度调节部分7、扫描仪旋转部分8、电源接头9；
连接柱3-0、脚托前头3-1、脚托后跟3-2、分节式脚托面3-3、弹簧卡子3-4、弹簧3-5、定位杆3-6、弹簧两端定位螺丝3-7、定位螺丝3-8、弹簧定位隔片3-9；
步进电机开关及调速按钮5-1、后跟高度参数设置按钮5-2、电动推杆开关5-3；
支柱7-1、电动推杆7-2、伸缩杆7-3、电动推杆电源线7-4、推杆卡子7-5；
第一轴承8-0、步进电机8-1、步进电机电源线8-2、同步轮8-3、同步带8-4、齿轮8-5、环形齿条8-6、扫描仪机头撑杆8-7、底座8-8、第二轴承8-9。
具体实施方式
参照附图1，本发明提到的分节式可调节三维脚形扫描仪包括：壳体部分、扫描仪旋转部分、扫描仪机头、控制器部分，壳体部分设有分节式脚托部分，壳体部分外侧通过扫描仪旋转部分连接扫描仪机头对分节式脚托部分进行旋转扫描；所述的壳体部分包括盖1、围子2和底座8-8，围子2的上部为盖1，下部与底座8-8活动连接；盖1与围子2通过定位螺丝3-8连接在一起；围子2与底座8-8通过定位螺丝3-8连接在一起；脚托3是足部站立的位置；扫描仪机头4是扫描脚形的构件；控制器5是步进电机8-1和电动推杆7-2的控制系统；数据线6是连接控制器5、步进电机8-1和电动推杆7-2的电源线；环形齿条8-6通过定位螺丝3-8与扫描仪机头撑杆8-7连接；扫描仪机头8-7与扫描仪机头通过定位螺丝3-8连接；电源接头9是连接外部电源的位置。
参照附图2，支柱7-1通过定位螺丝3-8 固定在底座8-8上，推杆卡子7-5将电动推杆7-2固定在支柱7-1上保证其受力时的稳定性，电动推杆电源线7-4连接在控制器5上；步进电机8-1固定在底座8-8的凹槽里；步进电机电源线8-2连接步进电机8-1和控制器5；同步轮8-3与步进电机8-1的旋转轴连在一起；同步带8-4连接同步轮8-3和齿轮8-5；齿轮8-5与环形齿条8-6啮合在一起；环形齿条8-6与扫描仪机头撑杆8-7连接在一起，扫描仪机头撑杆8-7与扫描仪机头4连在一起；第二轴承8-9固定在底座8-8上，并与固定在围子2上的第一轴承8-0固定住环形齿条8-6，使环形齿条8-6绕着底座的中心轴旋转而不会偏离位置，而且第二轴承8-9与第一轴承8-0的自转有利于环形齿条8-6的旋转；
如图3所示，脚托面前头3-1通过定位螺丝3-8与支柱7-1连接；脚托后跟3-2与电动推杆7-2的伸缩杆7-3通过连接柱3-0连接在一起；分节式脚托面3-3通过定位杆3-6与支柱7-1连接在一起；定位杆3-6要插在所示支柱7-1相应的孔里。
如图4所示，脚托前头3-1与分节式脚托面3-3以及脚托后跟3-2依次排列形成一个放置脚掌的平面，这也就是的分节式脚托面的来历；弹簧卡子3-4通过定位螺丝3-8将弹簧3-5固定在分节式脚托面3-3的下方；定位杆3-6通过连接柱3-0与分节式脚托面3-3连接；弹簧两端定位螺丝3-7将脚托前头与支柱7-1连接在一起，同时也把弹簧3-5的两端固定住；隔片3-9将卡在弹簧3-5的横截面上，起到固定分节式脚托面3-3和弹簧3-5的相对位置的作用；
如图5所示，定位螺丝3-8将脚托前头与支柱7-1连接在一起；弹簧两端定位螺丝3-7将弹簧3-5固定住；
如图6所示，弹簧卡子3-4通过定位螺丝3-8固定在分节式脚托面3-3下面；隔片3-9将弹簧3-5固定在相应的位置；连接柱3-0将定位杆3-6和分节式脚托面3-3连接在一起；
如图7所示，弹簧两端定位螺丝3-7将弹簧3-5的一端固定在脚托后跟的下方位置；脚托后跟3-2通过连接柱3-0与伸缩杆7-3连接在一起；
如图8所示，步进电机8-1固定在底座8-8的凹槽里；步进电机电源线8-2连接步进电机8-1和控制器5；同步轮8-3与步进电机8-1的旋转轴连在一起；同步带8-4连接同步轮8-3和齿轮8-5；齿轮8-5与环形齿条8-6啮合在一起；环形齿条8-6与扫描仪机头撑杆8-7连接在一起，扫描仪机头撑杆8-7与扫描仪机头4连在一起；第二轴承8-9固定在底座8-8上，并与固定在围子2上的第一轴承8-0固定住环形齿条8-6，使环形齿条8-6绕着底座的中心轴旋转而不会偏离位置，而且第二轴承8-9与第一轴承8-0的自转有利于环形齿条8-6的旋转。
本发明提到的分节式可调节三维脚形扫描仪的使用方法，具体步骤如下：
动作一：连接电源后，人光脚站立在脚托面3上，打开扫描仪旋转按钮5-1，步进电机8-1开始旋转使同步轮8-3开始旋转，带动同步带8-4运动，同步带8-4带动齿轮8-5旋转，齿轮8-5带动环形齿条8-6，由于扫描仪机头4通过扫描仪机头撑杆8-7与环形齿条8-6是连在一起的，扫描仪机头4会因为步进电机8-1的旋转而旋转，从而完成足部水平站立时对脚形的三维扫描，完成扫描后关闭步进电机开关按钮5-1，这一系列动作可简称为动作一；
动作二：然后想要对指定后跟高度的脚形进行三维扫描时可以这样做:打开后跟高度参数设置按钮5-2并设置后跟高度的上升参数，打开电动推杆开关按钮5-3，电动推杆7-2的伸缩杆7-3就会上升，由于脚托后跟3-2与伸缩杆7-3是连在一起的，脚托后跟3-2就会随伸缩杆7-3一起上升，脚托后跟3-2的上升会通过弹簧3-5的连接作用引发分节式脚托面3-3的依次上升，当伸缩杆7-3上升到设置的高度时会停下静止不动，足部会因为后跟高度的变化而发生相应的变形，这时分节式脚托面3-3会随着脚形的变化而变化并始终贴在脚底上，一系列的动作可简称为动作二，然后重复动作一就可以完成对后跟高度升高后脚形的三维扫描。因为在扫描过程中足部始终是承受人的体重的，所以足部的变形是符合实际情况的，由此扫描获得脚形三维数据也是最实用的。
本发明的实验结果及分析：
本发明的关键部分是分节式脚托部分和后跟高度调节部分，实验中分节式脚托部分完全可以跟随脚底部的变形而变形，而且由于弹簧的作用使脚托面始终紧贴在脚底部，为扫描仪机头的扫描工作提供了完整的底部轮廓，从而得到完整的三维脚形数据；所述后跟高度调节部分的电动推杆完全能够满足对后跟高度的调节作用，而且可以精确的设置后跟上升的高度参数，为获得不同跟高的脚形三维数据提供了条件。
实验证明一种分节式高度可调节三维脚形扫描仪，是可以实现在不同后跟高度的情况下对脚形的三维扫描，从而获取脚形的全方位三维数据，较普通三维扫描仪和水平站立式扫描仪有明显的优势。
上述的实施例仅仅是本发明的一种具体实施例，普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下获得的所有其他的实施例，都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种分节式可调节三维脚形扫描仪，其特征是：包括壳体部分、扫描仪旋转部分、扫描仪机头、控制器部分，壳体部分设有分节式脚托部分，壳体部分外侧通过扫描仪旋转部分连接扫描仪机头对分节式脚托部分进行旋转扫描；
所述的壳体部分包括盖（1）、围子（2）和底座（8-8），围子（2）的上部为盖（1），下部与底座（8-8）活动连接；所述分节式脚托部分包括脚托前头（3-1）、脚托后跟（3-2）、分节式脚托面（3-3）、弹簧卡子（3-4）、弹簧（3-5）、定位杆（3-6）、连接柱（3-0），分节式脚托面（3-3）的前部为脚托前头（3-1），后部为脚托后跟（3-2），所述分节式脚托面（3-3）将托住脚的平面分成若干个小面以满足变形的要求，若干个小面的下表面的两侧设有弹簧卡子（3-4）和弹簧（3-5），中间设有定位杆（3-6），弹簧（3-5）可使托住脚的若干个小面跟随脚形的变化而变化，弹簧卡子（3-4）固定各个分节式脚托面在弹簧上的固定位置，所述定位杆（3-6）插在后跟高度调节部分的支柱（7-1）上相应的孔里，从而将分节式脚托面固定在上下的方向上；
所述的分节式脚托部分的正下方安装后跟高度调节部分，所述后跟高度调节部分包括支柱（7-1）、电动推杆（7-2）、伸缩杆（7-3）、推杆卡子（7-5），电动推杆（7-2）连接伸缩杆（7-3），使伸缩杆（7-3）通电后可伸缩，用来调节后跟的高度，伸缩杆（7-3）的顶部与脚托后跟（3-2）通过连接柱（3-0）连接，推杆卡子（7-5）将电动推杆（7-2）与支柱（7-1）固定在一起；
所述的弹簧卡子（3-4）内侧设有弹簧定位隔片（3-9），用于对弹簧进行定位；
所述的控制器部分设置有步进电机开关按钮（5-1）、后跟高度参数设置按钮（5-2）、电动推杆开关按钮（5-3）；
所述的脚托前头（3-1）通过定位螺丝（3-8）与支柱（7-1）连接在一起；弹簧两端定位螺丝（3-7）将弹簧（3-5）固定住。
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