钥匙制造方法

发明领域

概括来说本发明涉及钥匙复制方法，更准确地说涉及一种无需原 始钥匙而制造复制品钥匙的方法，并涉及一种与自动钥匙制造兼容的 制造方法，使钥匙制造过程无需专门的钥匙毛坯和训练有素的人员。

背景技术描述

以下的现有技术说明了本领域的现有状态：

美国专利No.3,796,130(Gartner)描述了一种为公众使用的无人 看守半自动投币式复制钥匙自动售货机，该机械保存有不同横截面形 状的钥匙片毛坯源。顾客通过将他的钥匙放在多个槽其中之一或选择 器开口中，可以迅速选择正确的毛坯。每个槽适合于容纳不同形状的 钥匙片，其横截面与所保存的其中一个毛坯的形状相应。

美国专利No.4,062,261(Stahl)描述了一种钥匙切割设备，用来 根据钥匙制造商代码本中给出的尺寸规格，在钥匙毛坯片中切出一系 列纵向分开的凹口。该设备包括一安装在一底座上的切割机，和一可 移动地安装在该底座上的支架装置，能可操纵地朝向或远离该切割器 运动。该支架装置包括一子支架，用于可控制地沿垂直于该支架装置 运动的方向独立运动。

美国专利No.4,117,763(Uyeda)描述了一种解码和复制钥匙的 方法和装置，其中将钥匙柄部中的凹口编码成预先确定的编码深度和 间距。将一上面有与预定编码深度相应的顺序索引的索引卡插入机体 中，并将待复制的钥匙插入该机体内的一个槽中，其与一个索引成员 咬合，插入钥匙上的一个凹口，并在该卡片上指示出该凹口的编码深 度。

美国专利No.4,143,582(Heimann)描述了一种采用弹性压力元 件的小型且操作简单的记录装置，被用于在薄金属箔中由原钥匙两侧 中的每一侧进行三维记录，从而制造出副钥匙，设置在译码装置中的 记录可以远离记录装置，允许精确地抽取记录中所保存的三维数据， 之后在钥匙切割设备中使用所抽取的数据制造副钥匙，所有这些装置 构成一钥匙制造系统。

美国专利No.4,251,173(Saucedo)描述了一种钥匙切割机，包括 一用于切割大多数销式转向齿轮(pin tumbler)或盘式转向齿轮(disc tumbler)锁用的钥匙的机械。该机械不是一个复制器，而是一种通过 编码或数字切割钥匙的机械。该机械包括底座、回转装置和一用于操 纵或驱动切割轮的电机。

美国专利No.4,526,498(Fieldhouse)描述了一种钥匙加工机， 包括一机座；安装在该机座上、可操作地在钥匙坯料中切割出预先选 择位置和深度的钥匙齿以形成钥匙的钥匙切割装置；以及一适于支撑 钥匙毛坯，并安装在该机座上的车架总成(a carridge assembly)，用 于将钥匙毛坯导引到钥匙切割装置。第一和第二索引机构安装在该机 座上，可操作地移动车架总成，用于将所支撑的钥匙毛坯呈现 (presentation)给钥匙切割装置，呈现给分别相应于预先选择的切削 位置和切削深度的索引位置。

美国专利No.4,657,448(Alexander)描述了一种缩放式角度咬合 钥匙(pantograph angular bitted key)切割机，便于通过自动复制每 个齿的位置、深度和弯曲度，复制通常称作Medeco钥匙的角度咬合 钥匙。通过确保角齿壁的旋转中心垂直于切割头半径，可以保证精确 的弯曲度这一对于复制而言最难的变量。提供了两个主要实施例。在 第一实施例中，将切割头和与原钥匙对准的导杆固定在同一直线中。 在第二实施例中，导杆和原钥匙直接放在切割头和毛坯复制品钥匙下。

美国专利No.4,780,032(Uyeda等)描述了一种钥匙复制设备， 包括支撑一往复式车架总成的底座和平台，以及一枢轴安装的外壳。 该车架总成具有一钥匙固定装置，其将毛坯钥匙和模板钥匙固定，分 别与凹口切割装置和凹口深度指示装置对准以进行定位，使得通过在 毛坯钥匙柄部切出预定深度与位置的凹口，对模板钥匙进行复制。

美国专利No.5,042,330(Lo)描述了一种钥匙制造方法，包括通 过材料模压成型，侧边切割过程，厚度、曲率和长度铣削过程，咬齿 形成过程和根据咬齿形状进行的编号和分类过程制造钥匙体的第一工 序；和通过铜棒刨平过程，圆锥形前端铣削过程，沟槽车成过程和相 对内壁修整过程制造鞘的第二工序；以及将钥匙体牢固固定在鞘中以 形成单个圆形钥匙的第三工序。

美国专利No.5,128,531(Fadel)描述了一种光学齿形读出器，特 别是用于钥匙复制机，在待读出齿形的一侧具有一光电发射器，以及 一与该光电发射器相对的光电探测器，不过该光电探测器位于待读出 齿形相反的另一侧。包含有步进电机，用于使待读出齿形垂直于照射 待读出齿形的光束方向移动。还具有一由该光电探测器的输出信号控 制的电路。该电路使用一阈值鉴别器，该阈值鉴别器设置成与该光电 探测器最大和最小照射状态相应的数值之间的值。阈值鉴别器电路还 控制步进电机的操作。

美国专利No.3,826,555(Matsumoto)描述了一种全息装置，包 括一设置在来自光源的入射光束光路中的分束器，并且该分束器将所 述入射光束分成至少三束。至少一个透射光束和至少两个反射光束， 所述透射光束和至少一个所述反射光束用作物体的照明光束，另一反 射光束用作参考光束，所述物体将其照明光束转换成信号光束。

传统的钥匙复制机械一般为手工操作，其中需要熟练的技师安 装、操作和控制夹持装置，以产生制成品。设计这种复制机械，使技 师必须具备先验知识、技术和能力，以选择与被复制或备份的主或原 钥匙相匹配的特定钥匙毛坯或坯料。

针对其初始意图的性能大小，将这类装置(机械)制造成具有特 定操作。有些机器专门设计成仅用于切割和复制某些制造商的钥匙， 例如：Medeco，Abloy，Assa，Schlage Primus，具有侧面铣削、凹纹 和沟槽的钥匙。其他装置设计成仅切割简单的普通钥匙，如家用锁中 通常所用的Kwikset，Weslock和Weiser。

由于电机驱动带，旧钥匙切刃，以及钥匙对准导轨、定位装置和 挡块的磨损和破损，这类机械时不时地需要频繁调节和调整。

并且，使用者必须正确并始终如一地在钥匙机械夹持装置中安装 和对准原或原始钥匙与钥匙毛坯，以保证在切割过程中深度和间隔的 正确校准。钥匙夹持装置的非适当拧紧也会引发严重问题，因为在接 触时切割刀片可能会引起钥匙移动或弹射出，从而导致复制失败。

在原钥匙上的“挡块”已经磨掉时会引发另一个问题，并且没 有将原钥匙与钥匙毛坯均对准在钥匙机械的夹持装置上的一致做法。 将产生不正确的切口间隔，导致所切割的钥匙不能正常工作。

某些现有钥匙机械用钥匙毛坯中的实际沟槽卡住待切割的原钥 匙。为此，必须购买特殊的夹具和支架，导致必须重新装配钥匙机械。 需要再次对准和调节。

Fadel给出了用于钥匙复制机械的光学齿形读出器的教导。这类 非常适用于自动切割复制品钥匙、无需使用与侧隙规接触的原始钥匙 的装置，依然需要使用制造商提供的钥匙毛坯或坯料。从而，又回到 了对准，校正，人为误差，间隔，旧钥匙切刃，磨损驱动(电机)带， 鸠尾式滑动的润滑，夹持装置中钥匙毛坯的设置，可能打破光读出器 的平衡产生错误读出的光侵害，和原钥匙上对准挡块的磨损的问题， 将使待复制的钥匙毛坯不匹配。有些原钥匙，如福特汽车钥匙，没有 用于对准的“挡块”，会引发初始对准问题。

现有技术教导复制所有类型钥匙的方法，包括普通的扁平刃钥 匙，以及包括中空圆柱形轴的桶状钥匙，挫齿钥匙(万能钥匙)和许 多具有复杂横截面的新类型设计如改进的管状钥匙。不过，除了至少 为半自动化的最普通钥匙类型以外，钥匙复制依然受到慢速和技术劳 动因素的控制。而目前钥匙结构和尺寸类型已经增长到真正庞大的数 目，使之几乎不可能对所有范围的钥匙复制操作提供廉价且迅速的解 决方案。在该领域中控制价格和实用性的主要因素在于，非常大量的 钥匙毛坯类型库存量的费用，以及对人员进行毛坯选择和钥匙复制以 及修整的训练。

对更大范围钥匙切割和更廉价钥匙复制的简单解决方案，如 Fadel提供的二维光电检测方法，以及对自动控制的简单解决方案，如 Gartner教导的钥匙复制和自动售货机存在两个问题。第一，这些方 法不通用，因为采用标准钥匙切割方法，它们仅适于实际中有限数量 的钥匙类型。第二，这些方法在制造复制品钥匙时，需要原始钥匙作 为模板。

因此，需要一种新颖的钥匙制造方法，它通过刻痕复制、备份、 克隆或制造实际所需的钥匙结构，并且不如现有钥匙制造和复制方法 复杂，且问题较现有钥匙制造和复制方法少。另外，这种新型方法能 保存信息，编码，钥匙切口，制造商数据和规格，并在需要时在任何 时间使用。可以根据存储器中保存的数据制造复制品钥匙，切割第一 或复制品钥匙，或者甚至在需要时改变其规格。本发明满足这些需要， 并提供其他相关优点。

发明概述

本发明的主要目的在于提供一种易于自动进行的钥匙制造方法， 以便需要很少的操作技能或知识，并且无需调定，无需钥匙毛坯。

本发明的另一个目的在于提供一种根据所存储的原始钥匙轮廓 的电子表示(an electronic representation)制造复制品钥匙的方法。

又一个目的在于提供一种能在实际上原始钥匙难以获得时制造 复制品钥匙的方法。

再一个目的在于提供一种方法，可以简化为廉价且全自动的快速 钥匙复制过程，以便能进行低成本钥匙复制，无需锁匠或其他复制机 械操作人员。

另一个目的在于提供一种能使用数据库和CAD-CAM或CIM系 统，通过编码制造原始钥匙的方法。

本发明可实现上述目的，其提供一种根据所存储的原始钥匙三维 轮廓的电表示制造复制品钥匙的方法，原始钥匙可以是真实或虚拟的。 本发明方法使用能获取所有钥匙类型的任意尺寸和形状结构，作为电 子信号的途径。从而在最初制造钥匙时，将随后复制所需的所有信息 下载成该钥匙的电子信号备份(a copy)，而不是原始钥匙本身，当 然，原始钥匙可能丢失或不可得到。该方法还包括一装置，该装置使 用电子信号由一般的原料，而不是由钥匙毛坯制造复制品钥匙。这通 过使用三维扫描仪，CAD-CAM技术和一制造装置来实现。该方法避 免目前对大量钥匙毛坯的需要以及专业操作员，并且克服了原始钥匙 丢失时牵扯到的时间和代价问题。

用来根据与原始钥匙相关的外形数据制造复制品钥匙的方法，通 常包括下列步骤：首先，获取原始钥匙的外表面形态，作为三维电信 号表示(an electrical signal representation)；第二，将该电信号表示 存储为永久数据图象；第三，利用所存储的电信号表示，操纵钥匙制 造装置，以由非传统的钥匙毛坯原料构制复制品钥匙。

用来获取原始钥匙外表面形态的方法，可以包括一使用全息摄像 机或机械探针的光学扫描方法。可以赋予所产生的电信号表示一唯一 代码，并将该电信号表示存储在数据库中以备随后检索。

一般，使用三维成型装置制造复制品钥匙。这种三维成型装置可 包括一使用热塑性细丝构制复制品钥匙的熔融沉积成型装置，或一使 用立体平版印刷液的立体平版印刷装置。或者，可以使用铣削装置或 高能量束由金属片状毛坯构制复制品钥匙。另外，可以利用一使用高 密度压模树脂的注模装置(an injection)构制复制品钥匙。

通过下面用例子说明本发明原理的更加详细的描述，本发明的其 他特征和优点将是显而易见的。

附图简要说明

附图说明了本发明。在附图中：

图1为本发明最佳实施例的功能块原理图，用于根据原始钥匙的 数字存储文件制造复制品钥匙。

最佳实施例的详细描述

如附图所示，本发明包括一种钥匙制造方法，用于根据所存储的 预先从原始钥匙获得的数据制造一或多个钥匙。本发明概括来说包括 将原始钥匙的表面轮廓成像，将所接收的图象转换成电子表示，并在 不使用钥匙毛坯的条件下，使用该电子表示制造复制品钥匙。下面的 说明描述了实现这些步骤的最佳和可供选择的方法。

参见图1，利用扫描装置100获取原始钥匙10的外表面形态，作 为电信号表示。或者，可由表示钥匙形态的软件直接合成该信号表示 (the signal representation)。这种软件方法在本领域中众所周知，不 过对于专用于钥匙制造不为人所知。

在本发明的一种形式中，该用于获取原始钥匙10外表面形态的 装置具有一全息摄像机12或类似部件。实质上，该扫描装置包括一光 束发射器14，一般为激光器，将光束发射到一系列反射镜16和分束 器18上。这种光学扫描仪所基于的原理为，能在不同角度看到物体反 射的直线光，揭示出该物体的表面外形形态。或者移动该物体，或者 调节反射镜系统，完全扫描该物体，进行读出。一般，将入射光束分 成两束或多束，将至少一个透射光束用作物体照射光束，将其他光束 用作参考光束。产生信号光束，摄像机12截取和读出该信号光束，并 将其转换成电子数据20。

还可以使用光学扫描技术获取原始钥匙的外表面形态。3-D扫描 仪有限公司于1996年推出了ModelMakerTM。该扫描系统能使用称作 “激光条纹扫描”的技术对非常精细的物体进行高精度三维扫描。 ModelMakerTM使用被称作激光三角测量的扫描原理，其中将激光束 作为一条投射在三维物体上，并使用摄像机在某一角度进行观看。屏 幕上看到的图象显示出该物体的轮廓，激光与物体表面相交于轮廓处。 直接将该方法得出的结果用于切割复制品钥匙，正如此处将进一步描 述的。可以根据美国专利No.3,826,555(Matsumoto)，名称为 “Holographic Camera for Forming Planar of Volume Holograms” 的教导制造和使用扫描装置100，该专利在此引作参考。

也可以使用其他类似的扫描装置100。这些扫描仪通常也使用光 束扫描物体的表面轮廓，并将该读出传送给观察器或成像器，如摄像 机12，用于进行电子处理并产生电子数据文件。例如，明尼苏达州明 尼阿波利斯的Laser Design公司给出了如何扫描和获取物体外表面形 态的教导，在其Surveyor1200 3D激光数字化系统中给以体现。这种 机械的详细操作是有专利权的，不过可购得，且其性能足以产生完全 定义原始钥匙的电子数据集。加利福尼亚Monterey的Cyberware公 司也在一系列光学扫描仪中提供了该技术，如整体扫描仪Model WB4或Model 15。在本申请的技术摘要集中描述了这些扫描仪的工 作原理和性能，在此引作参考。

在本发明另一种形式中，可使用机械探针获取原始钥匙的外表面 轮廓。在本领域中这类探针是众所周知的，并且通常构成一系列对准 深度的量规，从而可以获取表面特征，其精确度仅由各个量规和量规 末端的数量和尺寸限定。为了实现三维探测，将线性量规阵列设置成 与物体接触，同时围绕一选定轴旋转该物体。在普通钥匙情形中，最 好围绕该钥匙的功能轴旋转。分析并电存储所产生的探针读数。

一旦已经将原始钥匙10的三维图象记录成电子信号20，一般将 其数字化并作为磁表示(representation)存储在磁性大容量存储装置 200上。例如，将从扫描装置100，例如Surveyor1200机，或者从 Cyberware装置获得的数据20，作为电信号表示保存在数据存储装置 200中。例如可使用任何磁存储介质来完成保存，即任何普通型磁表 面畴数字数据存储装置，如本领域中众所周知的磁带，磁盘，CD等。 由于在扫描装置100处通常将信号转换成数字格式，所以这些必需信 号表示的产生及其存储完全兼容。

直接使用由扫描装置100或其他类似装置产生的电子信号数据 20驱动钥匙制造装置300，复制复制品钥匙22，无需本领域中目前需 要的钥匙毛坯。通过使用普通制造过程，使用几种众所周知的原料， 可利用所保存的原始钥匙10的表示(representation)20，制造复制 品钥匙22。在本发明中，根据所保存的电信号表示20操纵复制钥匙 制造机，以便制造新的或复制品钥匙22。

制造复制品钥匙22的最佳方法，使用立体平版印刷成型机，快 速原型机或其他类似使用诸如AAROFLEX有限公司使用的具有专利 权的聚合体物质作为原料的三维制造机，可利用任何能制成可使用复 制品钥匙22的适当的三维成型物质，如立体平版印刷液，光敏聚合物 等。使用这类原材料，采用用于描绘原始钥匙10表面轮廓的CAD/CAM 图象形式或其他类似输入形式的数字表示(representation)20，制造 复制品钥匙。通过使用Matsumoto摄像机或使用上面已经描述和定义 的三维光学扫描，很容易得到这类图象。

在一种钥匙制造装置300中，包括一熔融沉积成型设备，该熔融 沉积成型设备具有一根据所存储的电信号表示20操纵该设备的材料 分配器的处理器，用连续层构造复制品钥匙22，该处理器可以根据该 器件的使用需要而改变。分配器包括一压电喷嘴或类似元件，随着分 配器沿预先确定的行进路径前进，压电喷嘴将一连串热塑性细丝原构 造材料等的脉冲喷射在一系列相应目标位置处。用点火信号限定每个 脉冲，点火信号指示分配器相当快速地连续喷射出刚好保持高于原料 熔点的多个液滴，从而原构造材料在各个目标位置融合。控制脉冲之 间的间隔和所融合原料的聚集，从而制造出复制品钥匙22，作为原始 钥匙12的复制品。

本领域中已知上面所述用于在结构上构造实心物理元件的技术， 如Bill Masters先生在1987年中请专利的称为Ballistic Particle Manufacturing的技术。这些技术能制造由陶瓷或金属构成的实心物 体。另一专利，Menhennett等人的美国专利No.5,555,176，解释了一 种与Bill Master的技术类似的固体制造方法，该专利在此引作参考。 一种可使用的熔融沉积成型装置为StratasysTM的型号No.FDMl650。 在下列美国专利No.5,130,064；5,545,367和5,192,469中教导了其他类 似制造技术，所有这些专利在此引作参考。

还可以将更传统的立体平版印刷术用于钥匙制造装置300中。这 种快速原型方法是层叠加型，因为软件程序将电信号表示20(原始钥 匙12的三维CAD模型)切成(slice)薄的剖面或层。光束，如紫外 激光束，将每一层绘制在液态光聚合材料桶的表面上，该液态光聚合 材料在照射紫外光时发生固化。在固化时该层通常仅为大约0.005至 0.006英寸厚。激光根据电子图象文件中的几何结构固化液体。然后将 所固化的层降入桶中，使另一层液体为暴露于激光束做好准备。重复 这个过程直至所有剖面组合成原始钥匙原始CAD模型的实心复制品， 产生复制品钥匙22，将复制品钥匙22从桶中取出。

或者，可以根据计算机驱动三维成象，在自动过程中使用来自电 信号表示20的类似三维CAD图象制造小元件的模具。这类模具用在 注射、离心和吹塑技术中，快速并且自动制造元件。

另外，还可以采用诸如适当的金属或非金属毛坯的机械铣削、激 光切割或电子束切割的材料去除方法，该毛坯不是传统的钥匙毛坯。 控制原料毛坯，使切割装置能有选择地去除材料。目前产生这种材料 去除的方法为机床工业中广泛使用的软件程序；一般称为计算机辅助 制造(CAM)。

在所有情形中，都使用三维计算机驱动成象控制切割或成型制造 装置。上面概述的方法说明了几个不同实施例，不过每个实施例就其 功能而言均能实现本发明的目的，虽然具有时间和成本效率的差异。 这些方法均遵循相同的基本步骤：对原始钥匙12成像，产生并在需要 时存储电信号表示20，并操纵钥匙制造装置300产生复制品钥匙22， 而不使用传统钥匙毛坯。

注意，制造复制品22不必要有原始钥匙10，而仅需要如上所述， 在过去某一时间通过扫描该原始钥匙10产生的原始钥匙的数据表示 20。

虽然可以使用原始钥匙10本身产生复制品钥匙22，不过实际中， 最佳方法是仅根据信号表示20制造复制品钥匙22。目前，通过计算 机程序操纵对给定和现存钥匙毛坯的切割操作，实现大规模自动钥匙 制造，从而从一个钥匙切割步骤到下一个，该程序所控制和修改的变 量相当少。而目前，要控制和修改钥匙物理形态的所有方面或变量。

理想情况下，当制造原始钥匙10时，保存其信号表示，并使之 在商业上可购得。在需要复制品钥匙22时，钥匙的主人仅需到钥匙代 码库中验证他/她自己，钥匙代码库可在网络上得到，如Internet。当 进行了正确验证时，将代码下载到与钥匙制造装置300相联的计算机， 从而制造复制品钥匙22。该方法还避免从复制品进行钥匙复制所产生 的质量降低。可以实现这类系统，其中消费者将代码输入使用基于该 代码的电信号表示制造复制品钥匙22的自动钥匙制造装置300中，无 需带来原始钥匙或复制品钥匙进行复制。

而且，本发明的使用消除了对磨削机获取并保存数百个不同钥匙 毛坯的需要，以及不需要目前所需的必须正确识别适当的钥匙毛坯， 并使用磨削机复制该钥匙所需的训练。

虽然为了说明的目的描述了几个实施例，不过在不偏离本发明范 围和精神的条件下可以进行多种变型。因此，本发明仅受所附权利要 求限制。

发明背景