[发明专利]一种配钥匙装置及方法

权利要求书

1.一种配钥匙装置，其特征在于：包括光学数字全息系统、图像处理系统（10）、钥匙固定装置（4）、二维旋转平台（5）、3D打印装置（12）；

所述光学数字全息系统包括半导体激光器（1）、光纤耦合器Ⅰ（2）、“Y”型分支光纤（3）、分束镜（6）、光纤耦合器Ⅱ（7）、光纤（8）、CCD相机（9）；

所述半导体激光器（1）和“Y”型分支光纤（3）通过光纤耦合器Ⅰ（2）耦合；“Y”型分支光纤（3）的一条支路端上放置有二维旋转平台（5）及钥匙固定装置（4），二维旋转平台（5）后方放置有光纤耦合器Ⅱ（7），光纤耦合器Ⅱ（7）与光纤（8）一端相连；光纤耦合器Ⅱ（7）用于使光线耦合至与之连接的光纤（8）；

“Y”型分支光纤（3）的另一条支路端上的光直接发送至分束镜（6），光纤（8）中的光和“Y”型分支光纤（3）的另一条支路端上的光在分束镜（6）产生干涉通过CCD相机（9）对多个角度平面图像进行采集；CCD相机（9）与图像处理系统（10）连接，图像处理系统（10）用于将采集的多个角度的平面图像合成完整的钥匙模具三维图像，图像处理系统（10）与3D打印装置（12）连接。

2.根据权利要求1所述的配钥匙装置，其特征在于：所述钥匙固定装置（4）用于固定需要配制的钥匙模具（11）；钥匙固定装置（4）置于二维旋转平台（5），二维旋转平台（5）能在水平面内0-360°的区间内旋转，二维旋转平台（5）每旋转10°时，光学数字全息系统的CCD相机（9）用于对需要配制的钥匙模具（11）进行一次平面成像，且把经过多次采集的平面图像数据传输至图像处理系统（10），图像处理系统（10）用于对多幅平面图像进行处理，合成完整的三维图像并发送给3D打印装置（12）；3D打印装置（12）用于接收合成的完整的钥匙外观三维图像并使用金属材料对钥匙外观进行快速成型复制。

3.根据权利要求1所述的配钥匙装置，其特征在于：所述半导体激光器（1）采用相干长度为1m、额定功率为1W的小功率波长532nm的半导体激光器。

4.根据权利要求2所述的配钥匙装置，其特征在于：所述二维旋转平台（5）侧面刻划有角度刻度，二维旋转平台（5）旋转台在水平面从0-360°顺时旋转，二维旋转平台每旋转10°时，CCD相机（9）拍摄一次全息图，直至钥匙模具（11）完成360°旋转为止。

5.根据权利要求1所述的配钥匙装置，其特征在于：所述二维旋转平台（5）具有用于调节其高度和水平旋转角度的微调节旋钮Ⅰ（052）。

6.根据权利要求1所述的配钥匙装置，其特征在于：所述钥匙固定装置（4）包括微调节旋钮Ⅱ（051）、转动轴（041）、圆形固定槽（042）、以及安装在圆形固定槽（042）内的由四块相同的90°的扇形金属块（043）；所述钥匙固定装置（4）与二维旋转平台（5）通过转动轴（041）连接，通过微调节旋钮Ⅱ（051）对圆形固定槽（042）的扇形金属块（043）向圆形固定槽（042）中心推进与后退，钥匙固定装置（4）用于锁住需要配制钥匙模具（11）的手柄端。

7.根据权利要求1所述的配钥匙装置，其特征在于：所述光学数字全息系统的CCD相机（9）接收面、半导体激光器（1）出光孔、分束镜（6）的中心、二维旋转平台（5）上的钥匙模具（11）、光纤（8）、光纤耦合器Ⅰ2的中心、光纤耦合器Ⅱ7的中心在同一水平高度。

8.根据权利要求1所述的配钥匙装置，其特征在于：所述“Y”型分支光纤的两条支路分光比为1：1，即物光和参考光的光强比为1：1。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述配钥匙装置进行配钥匙的方法，其特征在于：首先把需要配制的钥匙固定在置于二维旋转平台（5）上的钥匙固定装置（4）上；每旋转二维旋转平台10°时，光学数字全息系统的CCD相机（9）对需要配制的钥匙模具（11）进行一次平面成像，且把经过多次采集的平面图像数据传输至图像处理系统（10），图像处理系统（10）对多幅图像的特征点整合以及拼接处理，最终合成完整的三维图像并发送给3D打印装置（12）；3D打印装置（12）接收合成的完整的钥匙外观三维图像并使用金属材料对钥匙外观进行快速成型复制。

10.根据权利要求9所述的配钥匙的方法，其特征在于：所述方法的具体步骤为：

Step1、开启半导体激光器（1），调节光纤耦合器Ⅰ（2），使半导体激光器（1）发出的激光完全耦合进“Y”型分支光纤（3），将二维旋转平台（5）及钥匙固定装置（4）放置于“Y”型分支光纤（3）其中一条支路端，调节二维旋转平台（5）上的微调节旋钮Ⅰ（052），调整二维旋转平台（5）的高度；

Step2、钥匙固定装置（4）通过转动轴（041）嵌套在二维旋转平台（5）上，调节二维旋转平台（5）上的微调节旋钮Ⅱ（051），使钥匙固定装置（4）上的四块相同的扇形金属块（043）同时向圆形固定槽（041）圆心移动，直至锁紧需要配制的钥匙模具（11）的手柄段，根据钥匙模具（11）的最终高度，调整半导体激光器（1）发出光束的高度；

Step3、移开钥匙固定装置（4）及二维旋转平台（5），将光纤耦合器Ⅱ（7）放置于二维旋转平台（5）后方位置；调节光纤耦合器Ⅱ（7），使光线耦合至与之连接的光纤（8）；

Step4、重新将钥匙固定装置（4）和二维旋转平台（5）放回原光路中所在的位置，钥匙模具（11）能接收到激光束的一支作为O光，即物光，“Y”型分支光纤（3）的另一束直接发送至分束镜（6）作为R光，即参考光，O光（物光）和R光（参考光）在分束镜（6）处产生干涉；

Step5、调节转动轴（041），使二维旋转平台（5）侧面的分划刻度于0°重合；此时CCD相机（9）拍摄钥匙模具（11），顺时水平旋转二维旋转平台（5），旋转至10°时，CCD相机（9）对此角度下的钥匙模具（11）拍摄外观全息图，接着旋转至20°时，CCD相机（9）接着拍摄钥匙模具（11）拍摄外观全息图，依此以每10°的旋转角度增加，拍摄每次的外观全息图，每次拍摄的全息图都传输至图像处理系统（10）的计算机进行存储并以旋转角度编号；

Step6、图像处理系统（10）的计算机对拍摄的所有二维全息图进行叠加与拼接，还原钥匙模具（11）的三维信息，将还原的三维图像传输至3D打印装置（12）对钥匙模具（11）快速成型复制。