專利名稱：用于在智能卡陳列內嵌入線狀天線的高速系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于高效地制造許多“智能”卡的系統(tǒng)，每張卡具有安裝其上的用來接收、傳送和存儲數(shù)據(jù)的電子芯片。該系統(tǒng)適合在塑料片內安裝線狀天線以至處于和形成在片上的各個智能卡的電子芯片通信的狀態(tài)。
背景技術：
長久以來，塑料卡被用于制造貸記和借記交易，操作磁鎖，提供身份識別的一種方式等等。這種卡典型地包括其中的預定信息被編碼的磁條。然而，應該知道，磁條隨時間而磨損，以至需要更換帶有磁條的卡。因此，這種類型的卡的壽命和應用不合需要地有限。
而且，傳統(tǒng)的磁性編碼卡本質上是被動的。也就是說，除非完全地換一張新卡，存儲在磁條上的信息不能改變。同樣的在這方面，傳統(tǒng)的磁條卡必須放在讀卡器內或離讀卡器最近的位置才有效。這增加了如上所述的卡系統(tǒng)的成本和復雜性。
為了克服上述磁條卡的缺點，人們已經制造出帶有一個或多個能夠傳送、接收和存儲信息的電子芯片的非接觸智能卡。這種智能卡需要天線使得它們的芯片能夠有效地和外部數(shù)據(jù)傳送器/接收器通信而不用讀卡器。在這種情況下，該卡不帶板載電源，并且無線電頻率能量源用于激勵天線以激活芯片使其能夠讀取、寫入和存儲數(shù)據(jù)。
不幸的是，用于在智能卡內安裝天線的設備是緩慢、累贅和通常低效的。特別地，電機驅動機械設備通常用于連接天線到卡。這些機械設備的特點是具有許多齒輪和軸，這通常導致在天線輸入線內的拉力增加并且因此堵塞機械設備。因此，這些機械設備需要經常修理和停工，從而，理論上，這些機械設備不適合制造許多的卡，其中相應的許多天線必須以相對短的時間安裝在這些卡上。

發(fā)明內容
描述了一種高速系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，銅制天線導線被嵌入在塑料片上制造的智能卡陣列內，以至該天線導線處于與安裝在各自卡上的電子芯片電接觸的狀態(tài)。該系統(tǒng)包括帶有超聲加載器的滑動組件。超聲加載器的尖端被連接以接收超聲能量的供給，用于在將要嵌入天線導線的塑料卡內燒制路徑。一條軌道在超聲加載器的尖端內形成，一段天線導線通過該尖端被輸入，因此，天線可以高速在卡中燒制的路徑內直接安裝。
滑動組件適合相對于塑料片相應地上下往復移動超聲加載器，以至其中的卡到卡陣列被重新定位。該滑動組件包括接收直流電流的音圈。該音圈按照分開對準固定的音圈磁體的方式排列。根據(jù)被音圈接收的直流電流的方向，當音圈和固定的音圈磁體的極性相反時，滑動組件和被其帶有的超聲加載器將朝著卡的塑料片向下運動。當音圈和固定的音圈磁體的極性相同時，滑動組件和被其帶有的超聲加載器將離開卡的塑料片向上運動。
沿導線輸入路徑從導線分配線軸到超聲加載器的尖端，通過使平滑發(fā)送導線的惰輪組件和保持導線嵌入到塑料卡的螺線管激勵的夾緊組件，天線導線被發(fā)送。線軸電機控制導線分配線軸旋轉的速度和方向。線軸電機軸編碼器和線軸電機的軸耦合以提供導線分配線軸旋轉的速度和方向的指示。
位于導線分配線軸和超聲加載器之間的惰輪組件包括多個其上圍繞導線的惰輪。惰輪將天線導線輸入到通過滑輪電機驅動以恒定速度和單一方向旋轉的滑輪，以避免沿著天線導線輸入路徑束縛。惰輪組件包括惰輪臂，該惰輪臂具有在其中的相對末端連接的惰輪。如果拉力在導線輸入路徑增加，導致惰輪臂旋轉。惰輪臂編碼器響應惰輪臂的旋轉，作為在天線輸入路徑內增加拉力的指示。因此，在天線輸入路徑內的拉力消除以前，線軸電機和導線分配線軸的旋轉方向和速度依靠由線軸電機軸編碼器和惰輪臂編碼器提供的信息來控制，以至確保在塑料卡陣列內的天線導線的高速和有效的安裝。
導線天線136的源124指的是導線分配線軸124。一組位置線84指的是光學刻度尺84。


圖1示出了帶有本發(fā)明的天線導線嵌入系統(tǒng)的超聲加載器，其用于在智能卡的塑料片上的智能卡內安裝天線導線；圖2示出了帶有超聲加載器的圖1的天線導線嵌入系統(tǒng)；圖3是分解圖，其示出了形成本發(fā)明的天線導線嵌入系統(tǒng)的部件；圖4示出了用于在圖1的智能卡內安裝天線導線的超聲加載器；圖4A是圖4的超聲加載器的尖端的放大的詳圖；圖5是如圖3所示的滑動組件的分解圖；圖6是如圖3所示的磁體組件的分解圖；圖6A示出了圖5的滑動組件的音圈的排列，其帶有圖6的磁體組件的音圈磁體；圖7是圖3示出的光閱讀器的分解圖；圖8是如圖3所示的線軸組件的分解圖；圖9是如圖3所示的擺動/惰輪組件的分解圖；圖9A示出了在裝配配置中的圖9的擺動/惰輪組件，其用于輸入天線導線到圖4的超聲加載器；
圖10是如圖3所示的導線夾緊組件的分解圖；圖11是如圖3所示的導線切削組件的分解圖；圖12是圖3示出的導線調節(jié)組件(danser assembly)的分解圖；以及圖13是圖3示出的控制電路的分解圖；具體實施方式
同時參照圖1至圖3，得到在切分多個“智能”卡的塑料片內用于嵌入線狀天線的系統(tǒng)1的概述。圖1示出塑料(例如PVC)片30，其中智能卡32的陣列的邊界將被切分。每個智能卡32切開一個開口34，該開口用來容納能夠接收、傳遞和存儲對于單個用戶唯一的數(shù)據(jù)的電子芯片(沒有示出)。
為了傳遞數(shù)據(jù)到電子芯片和從電子芯片傳出數(shù)據(jù)，與芯片電接觸的線狀天線36嵌入并且圍繞(例如3到5圈)每一個智能卡32的外圍。每個線狀天線36由一段1米左右標號38的銅制導線組成。將要嵌入線狀天線36的智能卡32可以具有許多不同應用中的任何一種，包括身份識別卡，貸記和借記卡，電子鑰匙等等。
利用本發(fā)明的線狀天線嵌入系統(tǒng)1，通過基本上連續(xù)的線狀天線分配技術，線狀天線(例如36)能夠以較高的速度被迅速地安裝到塑料片30內。這樣，系統(tǒng)1將能夠滿足商業(yè)和政府的需要，即，從而在相對短的時間內以相對低的成本高效地制造大量的智能卡32。
一般而言，用于嵌入天線導線36到塑料片30的系統(tǒng)1包括主體3。超聲加載器5(參照圖4時將被更加詳細地描述)包括超聲操縱桿48，該超聲操縱桿48用于接收所必需的能量從而在塑料片30內燒制容納天線的合適的軌道。超聲加載器5包括尖端52(參照圖4A時將被更加詳細地描述)，其中銅制導線136(在圖2中)的一部分被分配用于安裝在片30的軌道內以形成卡32的線狀天線36。
滑動組件7(參照圖5時將被更加詳細地描述)連接超聲加載器5到系統(tǒng)1的主體3?；瑒咏M件7包括散熱片74和形成電磁體的音圈76。音圈76放在主體3的上部間隔部分26(最好如圖3所示)內。在線狀天線36的安裝和用于從卡到卡(card-to-card)到安裝其間的線狀天線的跳轉期間，滑動組件7相對于主體3合適地上下移動，因此被滑動組件7帶動的超聲加載器5相應地以相同的上下方向移動。為此，參照圖13，滑動組件7的位置被監(jiān)控，因此位置和力反饋信息以如下所述的方式提供給系統(tǒng)控制電路22。
滑動組件7的音圈76(最好如圖3所示)與來自磁體組件8(參照圖6時將被更加詳細地描述)的固定的音圈磁體92合作。當被音圈76引導的直流電流控制滑動組件7的上下運動和由此被攜帶的超聲加載器5的力與位置時，在音圈76和音圈磁體92之間產生磁場效應。音圈磁體92保持在磁體安裝板83旁邊主體3的下部間隔部分28(最好如圖3所示)內的位置以至直接放置在音圈76的下面。
光閱讀器10(參照圖7時將被更加詳細地描述)位于系統(tǒng)1的主體3并且與滑動組件7的光學刻度尺84(最好如圖3所示)軸向對準。光閱讀器10作為光閱讀設備用來跟蹤電子音圈76和被滑動組件7攜帶的超聲加載器5的上下運動。位置信息提供給系統(tǒng)控制電路22用來測定相對于嵌入線狀天線的塑料片30的超聲加載器5的尖端52的精確位置。
從線軸組件12的線軸124(參照圖8時將被更加詳細地描述)分配銅制天線導線136(圖2)的供給，該供給經過垂直于主體3運行的延長線導溝13，用于被超聲加載器5的尖端52接收。線軸電機120控制線軸124的方向和旋轉速度以分配或收回天線導線136。線軸組件12的線軸124和線軸電機120緊靠主體3被電機墊板118保持。電機120的軸經過軸編碼器(圖8中示出126)與線軸124耦合。軸編碼器126向系統(tǒng)控制電路22提供關于線軸124旋轉時的速度和方向的信息。
為了天線導線136的連續(xù)供給以從線軸124到超聲加載器5的尖端52被分配使得高速安裝塑料片30內的天線36，天線導線136必須在幾乎零拉力下供給。前面所述通過擺動/惰輪組件14(參照圖9和圖9A時將被更加詳細地描述)實現(xiàn)。擺動/惰輪組件14包括被天線導線136圍繞的電機驅動滑輪惰輪162?；喍栎?62以恒定速度和單一方向旋轉。擺動/惰輪組件14還包括一個編碼器150(最好如圖3所示)，該編碼器150響應圍繞電機驅動滑輪惰輪162的天線導線136的拉力的增加。擺動/惰輪組件14的編碼器150與線軸組件12的軸編碼器126(圖8)合作以向系統(tǒng)控制電路22提供信息，因此線軸124的旋轉速度和方向被調節(jié)，直到在導線136的輸入內基本上沒有拉力。
天線導線136從擺動/惰輪組件14經過夾緊組件16(參照圖10時將被更加詳細地描述)輸入到超聲加載器5的尖端52。夾緊組件16具有螺線管激勵的移動夾爪176，其與固定的夾爪177合作，從而在天線36已被正確安裝以前，夾到被輸入并且嵌入到塑料片30的卡32內的天線導線136上。這時，通過螺線管激勵的切削組件18(參照圖11時將被更加詳細地描述)，天線36被切斷供給以被超聲加載器5嵌入。
用于嵌入線狀天線36的系統(tǒng)1的其他部件包括懸掛在主體3頂部上的調節(jié)組件20(參照圖12時將被更加詳細地描述)。調節(jié)組件20引導天線導線136從位于殼體3上面的線軸124進入到垂直于主體3的前面運行的導線導溝13。調節(jié)組件20適合吸收沖擊力使得天線導線136在從線軸124經過導線導溝13、擺動/惰輪組件14和夾緊組件16到超聲加載器5的尖端52的導線分配路徑上面平滑和連續(xù)地運動。
連接到主體3的后面是印刷電路板260，其上帶有系統(tǒng)控制電路22(參照圖13時將被更加詳細地描述)。通過在主體3前面的窗口23被容納的數(shù)字顯示器262也裝在印刷電路板260上。數(shù)字顯示器262通過在主體3前面可用的一組按鈕264被開啟，從而初始化嵌入系統(tǒng)1并且獲得訪問關于系統(tǒng)狀態(tài)和操作信息的權限。
在印刷電路板260下的風扇組件24(最好如圖3所示)連接到主體3的后面。風扇組件24包括使熱量通過在磁體組件8的磁性安裝板86內的開口89被驅散來冷卻滑動組件7的電磁音圈76的風扇25和滑動組件7的散熱片74。
現(xiàn)在詳細描述用來安裝在塑料片30內的線狀天線36的圖1至圖3的天線導線嵌入系統(tǒng)1的部件。如前所述，并且最好如圖4所示，超聲加載器5被滑動組件7帶有并且和滑動組件7一起移動(圖5)。超聲加載器5包括空氣冷卻主體42。通過空氣閥(圖8所示的128)與空氣源耦合的4毫米快速斷開空氣裝置44連接到超聲加載器5的主體42的頂部，因此在高速操作期間超聲加載器5可以被冷卻。與用來激勵超聲操縱桿48的電源耦合的電插頭46也連接到主體42的頂部。該操縱桿48由金屬(例如鈦)制造并且具有一對相對的扳手墊50，通過該扳手墊，操縱桿48可分開地連接到主體42的底部。超聲操縱桿48具有延長的尖端52，該尖端從超聲加載器5的底部凸起并且以超聲頻率振蕩來將線狀天線安裝在塑料片30內。如上所述的超聲加載器可以從賓西法尼亞州(Pennsylvania)的Sonabond Ultrasonics of West Chester獲得。
作為超聲加載器5的超聲操縱桿48的重要特征，并且最好如圖4A示出，尖端52具有導線輸入管54，天線導線(圖1至圖3所示的136)穿過導線輸入管54能夠被直接輸入到塑料片30，在塑料片30內，天線導線被嵌入以形成圖1所示的線狀天線36。導線輸入管54與圍繞超聲操縱桿48的尖端52的末端的凹度56匯合，以至塑料片30將被超聲操縱桿48熔化使得導線136迅速和容易地嵌入在智能卡32上的精確位置。部分地由于通過在超聲操縱桿48的尖端52內形成的導線輸入管54輸入天線導線136到塑料片30，本發(fā)明的系統(tǒng)1適合高速操作。
同時參照圖5，現(xiàn)在公開本發(fā)明用來保持和傳送超聲加載器5的線狀天線嵌入系統(tǒng)1的滑動組件7的細節(jié)?；瑒咏M件7包括頂部和底部夾緊殼體60和62，其間容納超聲加載器5(圖4)。一組緊固件64通過在夾緊殼體60頂部與夾緊殼體62底部的臂63形成的螺旋線圈66與孔擴展以共同保持夾緊殼體60和62并且由此在其間保持超聲加載器5(最好如圖2所示)。另一組緊固件68將頂部和底部夾緊殼體60和62與其間帶有的超聲加載器5連接到滑動塊70。該滑動塊70被直線軌道71滑動地容納并且沿直線軌道71軸向滑動(最好如圖6A所示)。直線軌道71通過緊固件73固定地連接到主體3?；瑒訅K70到固定軌道71的聯(lián)結有時稱為十字形滾輪滑動組件。
帶有頂部和底部夾緊殼體60和62的連接的臂63連接在空腔72中，其中空腔72在散熱片74的一面中形成。下面即將說明滑動組件7的滑動塊70適合以上下方向(即離開和朝向圖1的塑料片30)沿軌道71往復穿過從而導致頂部和底部夾緊殼體60和62與保持其間的超聲加載器5的相應位移。
滑動組件7包括散熱片74以幫助驅散在高速天線導線安裝過程中由超聲加載器5產生的熱量。音圈76由合適的緊固件78連接到散熱片74的底部。凹槽80在用來容納光學裝置82的散熱片74的一面內形成。光學(例如玻璃)刻度尺84保持在光學裝置82內和散熱片74相對。光學刻度尺84具有一組標記其上的位置線(沒有示出)以提供被光閱讀器(圖7所示的10)讀取的位置反饋信息，用來指示超聲加載器5的超聲操縱桿48相對于嵌入片30的塑料卡32內的天線36的精確位置。
音圈76用于產生超聲加載器5和連接其上的超聲操縱桿48的朝向和離開塑料片30(圖1)的往復運動，該運動方式將隨圖6所示的磁體組件8的描述給予說明。圖6的磁體組件8與圖5的滑動組件7和其中的音圈76合作導致與滑動組件7耦合的超聲加載器5的上下往復運動。磁體組件8包括磁體安裝板86。一組合適的緊固件88將安裝板86連接到天線導線嵌入系統(tǒng)1(最好如圖2所示)的主體3的前面。磁體安裝板86具有一組形成其中的空氣孔89以提供用于圖5滑動組件7的散熱片74和音圈76的通風。磁體支架90從磁體安裝板86凸起。固定的音圈磁體92安裝在支架90內。安裝板86支撐音圈磁體92，該音圈磁體92在主體3的下部間隔部分(圖3示出的28)內在下面分開對準滑動組件7的音圈76。如圖6A所示，往復滑動組件7的音圈76和固定的音圈磁體92分開對準。
磁體組件8還包括沿音圈磁體92放置在磁體支架90內的自由移動線圈彈簧94，以當系統(tǒng)1初始化或超聲加載器5在其塑料片上的最高位置被分開時，與圖5的滑動組件7的頂部和底部夾緊殼體60和62合作用來設置超聲加載器5的靜止位置。也就是說，彈簧94正常地擴展以至推動滑動組件7并且偏壓夾緊殼體60和62與超聲加載器5離開塑料片30。這樣，沒有向下的推動力作用于超聲加載器5并且其中的超聲操縱桿48移動脫離和塑料卡32的接觸。然而，當超聲加載器5被滑動組件7向下推動向塑料片30并且操縱桿48相應地移動與其接觸時，彈簧94將被壓縮以存儲能量。
更特別地，移動線圈彈簧94圍繞螺紋安裝柱96。安裝柱96的一個末端嵌入可旋轉的指輪97。通過在磁體安裝板86(最好如圖2所示)內形成的使用窗口98，該指輪97可以手工使用。具有圍繞其上擴展的螺紋的安裝柱96的相對末端通過相應的安放彈簧94的螺帽99被容納。銷100從螺帽99凸出以至可以通過在磁體安裝板86(同樣最好如圖2所示)的垂直擴展槽101手工使用。特氟隆(Teflon)墊圈102聯(lián)結到指輪97的底部以在旋轉時減少磨損。
在使用窗口98，指輪97的旋轉傳給連接到指輪97的安裝柱96。在指輪97旋轉時，固定住通過槽101擴展的銷100使得螺帽99沿著螺紋安裝柱96軸向運動。依據(jù)指輪97的旋轉方向，螺帽99將朝向彈簧94(此時彈簧壓縮)運動或者離開彈簧94(此時彈簧擴展)運動。彈簧94的壓縮和擴展將相應的推動力和釋放力應用到其間帶有超聲加載器5的滑動組件7。
參照圖6A，現(xiàn)在說明在固定音圈磁體92和可移動(例如通過滑動組件7)音圈76之間的相互作用從而產生超聲加載器5的上下往復運動。在操作中，直流電流提供給圖5的滑動組件7的音圈76以至音圈76變成電磁體。由音圈76傳導的直流電流的大小和方向被系統(tǒng)控制電路(圖13示出的22)控制以確定超聲加載器5相對于塑料片30運動的方向。當滑動組件7的可移動的音圈76的磁體極性和磁體組件8的固定音圈磁體92的磁體極性相反時，磁體吸引被確立用于推動音圈76和滑動組件7朝向音圈磁體92，因此滑動組件7的滑塊70將在軌道71上面向下滑動。
因此，滑動組件7的頂部和底部夾緊殼體60和62與保持其間的超聲加載器5全部向下運動。同時，超聲加載器5的超聲操縱桿48朝塑料片30運動使得尖端52接觸該片，以用于燒制其中的軌道，從而線狀天線36能夠以圖1示出的方式被安裝。通過音圈76傳導的直流電流的大小決定超聲加載器5相對于塑料片30的精確位置和通過超聲操縱桿48的尖端52作用于該片的力。
一旦線狀天線36的一部分被安裝到塑料片30的卡32上，通過音圈76傳導的直流電流的方向就倒轉，以至現(xiàn)在可移動的音圈76和固定音圈磁體92的磁體極性相同。通過確立的磁性排斥力來推動音圈76和滑動組件7離開固定音圈磁體92。現(xiàn)在滑塊70將在軌道71上面向上滑動。因此，滑動組件7的頂部和底部夾緊殼體60和62與保持其間的超聲加載器5相應地向上運動，因此超聲操縱桿48運動離開塑料片30以提起操縱桿48的尖端52離開卡32。
應該懂得，通過倒轉通過音圈76的直流電流的方向確立的推拉電磁效應使得超聲加載器5連續(xù)地向下以安裝片30的塑料卡32的線狀天線36，然后，當需要跳過天線36的線匝或在片上不同的卡內安裝另一根線狀天線時，超聲加載器5提起。
圖7示出與光刻度尺84合作的光閱讀器10，光刻度尺84連接到在圖5的在散熱片74一面并且可與滑動組件7一起移動的光學裝置82。光閱讀器10和光刻度尺84的合作能夠監(jiān)控超聲加載器5相對于嵌入線狀天線36的塑料片30的位置。光閱讀器10包括支架108。光線響應光頭110安放在支架108內。可與圖5的滑動組件7一起移動的光(例如玻璃)刻度尺84與固定支架108的光頭110全都從Renishaw公司，包括在伊利諾斯(Illinois)的辦公室，能夠得到。
光閱讀器10的支架108連接導線嵌入系統(tǒng)1的主體3的內部以至光頭110保持軸向對準與滑動組件7(圖5)一起移動的光刻度尺84和超聲加載器5(圖4)，使得光頭110響應印刷在光刻度尺84上的位置線的線性位移。這樣，通過知道在塑料片30上面的超聲加載器5的位置，得到信息以至能夠跳過嵌入的線狀天線36(最好如圖1示出)并且因此避免當移動不同的卡32來在其間安裝新的線狀天線時的損壞。
通過一組緊固件112(同樣如圖2所示)，光閱讀器10的支架108固定地連接到系統(tǒng)1的主體3內。這些緊固件112通過各自的螺旋調節(jié)彈簧114被上緊，通過螺旋調節(jié)彈簧114，光頭110可以對于由此讀取的光刻度尺84進行調整。也就是說，調節(jié)彈簧114使得在光頭110和光刻度尺84之間的距離被選擇性地調節(jié)以允許得到印刷在光刻度尺84上的對移動位置線的精確地響應。
圖8示出線軸組件12，當超聲加載器5的超聲操縱桿48運動到和片接觸時，該線軸組件12分配嵌入圖1的塑料片30的卡32內的導線136。電機部件116連接到電機部件后板118。具有正齒輪驅動的變速可逆線軸電機120容納在電機部件116的電機孔121內。緊固件123將電機120連接到電機部件116。線軸電機120包括經過軸編碼器126與線軸124耦合的軸122。如圖2所示的裝配系統(tǒng)配置，線軸124安裝在主體3頂上的線軸電機部件116上面。線軸電機120的軸122的旋轉導致編碼器126和線軸124以順時針或逆時針方向相應的旋轉，以至提供的銅制天線導線(圖2示出136)被分配(即提供)或被收回。
軸編碼器126響應線軸電機120的軸122和相應地在此被驅動的線軸124的速度和方向。圖8的線軸組件12的軸編碼器126和即將被描述的圖9的擺動/惰輪組件14的編碼器150向系統(tǒng)控制電路(圖13示出的22)提供信息。以下即將說明線軸電機120的速度和方向依據(jù)編碼器126(圖8)和150(圖9)的輸出，因此一段銅制導線將通過線軸124提供或者收回。以下即將說明線軸電機120的速度和方向被控制以確保從線軸124發(fā)出的嵌入圖1的塑料片30內的天線導線136上的接近零拉力，使得天線導線嵌入系統(tǒng)1高速操作。
線軸組件12帶有和空氣源耦合的具有3毫米倒鉤裝置130的空氣閥128?？諝忾y128用于控制從倒鉤裝置130中到連接到圖4的超聲加載器5的頂部的快速斷開裝置44的空氣流動，因此超聲加載器5的主體42將被空氣冷卻。
圖9和圖9A示出擺動/惰輪組件14，當圖8的線軸組件12的線軸124以順時針方向旋轉時，該擺動/惰輪組件14執(zhí)行保持被分配的銅制天線導線(圖9A示出的136)上接近零拉力的重要作用。銅制導線136在位于系統(tǒng)1的主體3前面的一組五個惰輪137-141之間來回圍繞。最好如圖1示出，一對惰輪137和138通過惰輪銷146連接到擺動臂144的相對的末端。在每個惰輪137和138內形成的中心開口容納的惰輪軸承148抓緊惰輪銷146。擺動臂144通過緊固件143連接到上述的編碼器150，該緊固件143通過一個扭轉彈簧152、一個E型夾子154、一對軸承156和與編碼器150耦合的一根軸158被容納。扭轉彈簧152在靜止位置偏壓擺動臂144，同時基本上沒有拉力作用于天線導線136。
通過各自的惰輪銷146和惰輪軸承148，其余的三個惰輪139-141連接到系統(tǒng)1的主體2的前面以從導線導溝13(圖2)將超聲加載器5(最好如圖9A所示)的操縱桿48的尖端52輸入到天線導線136。如上所述，當參照圖4A時，天線導線136被容納和通過操縱桿48的尖端52的導線輸入管54以直接地嵌入被尖端52燒制到塑料片30的卡32的軌道來安裝線狀天線36。
直流電機160位于擺動/惰輪組件14的最后的惰輪138和超聲加載器5之間。電機160驅動滑輪惰輪162旋轉。從線軸124(圖8)被分配并且圍繞一組惰輪137-141的天線導線136完全地圍繞電機160的滑輪惰輪162從而被輸入到超聲加載器5的尖端52。作為本發(fā)明的重要特征即使當線軸124以逆時針方向旋轉時，在天線導線136被收回的情況下，電機160使滑輪惰輪162以均勻速度和單一方向旋轉。
已經發(fā)現(xiàn)滑輪惰輪162的均勻速度旋轉減少摩擦，以至在天線導線136中有利地得到接近零的拉力，以允許塑料片30內的線狀天線36平滑、連續(xù)和高速地安裝。還發(fā)現(xiàn)從線軸124被分配并且輸入到超聲加載器5的天線導線136的最大速度應該小于或等于被電機160驅動而旋轉的滑輪惰輪162的切向速度。
如果增加的拉力減慢天線導線136輸入到超聲加載器5，則導線將被更緊地圍繞滑輪惰輪162。然而，被電機160驅動的滑輪惰輪162的均勻速度旋轉導致天線導線136以更快地比率從線軸124被輸出，直到導線內的拉力減輕。這樣，天線導線136將不太緊的圍繞滑輪惰輪162。
為獲得前面的并且如上所述的效果，當基本上沒有拉力作用于天線導線輸入時，圖9的扭轉彈簧152偏壓擺動/惰輪組件14的擺動臂144到圖1示出的靜止位置。在沿著被分配到超聲加載器5的天線導線136的拉力增加的情況下，擺動臂144將圍繞緊固件143成比例地旋轉，并且扭轉彈簧152將被壓縮以存儲能量。通過編碼器軸158與擺動臂144耦合的編碼器150響應擺動臂144的旋轉并且由此增加天線導線136的拉力。
這樣，編碼器150將關于擺動臂144位置的信息發(fā)送到系統(tǒng)控制電路22(圖13)。天線導線嵌入系統(tǒng)1的控制電路既接收從圖9擺動/惰輪組件14的編碼器150發(fā)出的信息，又接收圖8的線軸組件12的編碼器126發(fā)出的信息。由編碼器126和150提供的信息用于控制線軸組件12的線軸電機120和由此被驅動的線軸124的速度和方向。
因此，在天線導線136內的拉力消除以前，線軸124的速度和方向將被調節(jié)。當?shù)玫竭@樣的零拉力時，扭轉彈簧152將擴展和釋放能量，由此導致擺動/惰輪組件14的擺動臂144回到其在天線導線嵌入系統(tǒng)1的主體3上的靜止位置(例如零拉力位置)。
圖10示出夾緊組件16，當天線導線136為了被圖4的超聲加載器5的超聲操縱桿48接收而離開擺動/惰輪組件14的滑輪惰輪162時，該夾緊組件16保持天線導線136。夾緊組件16包括夾緊主體166，該夾緊主體166具有一對在主體166前面的被軸向擴展間隙170相互分開的相對的凸頭末端167和168。凸頭末端167和168具有形成于其中的軸向對準銷孔171和172以容納中樞銷174?？梢苿酉虏繆A爪176在夾緊主體166上面分開并且在凸頭末端167和168之間的間隙170內擴展。可移動下部夾爪176還具有一個銷孔178以容納中樞銷174，因此在圖1的裝配夾爪配置內，下部夾爪176適合在間隙170內旋轉并且圍繞中樞銷174以至樞軸旋轉并遠離固定上部夾爪(圖1所示的177)。
一對緊固件180和181在夾緊主體166內通過各自的孔182和183擴展以將夾緊組件16連接到天線導線嵌入系統(tǒng)1的主體3。調節(jié)螺釘184在夾緊主體166前面的開口188推進線圈彈簧186。調節(jié)螺釘184推動線圈彈簧186進入開口188并且在形成其中的彈簧套190接觸下部夾爪176，通過彈簧套190對下部夾爪176施加上推力。當隨著天線導線36的安裝，天線導線136將被切斷或當導線嵌入系統(tǒng)1空載(最好如圖2所示)時，下部夾爪176由此被推動圍繞中樞銷174旋轉從而進入相對于固定的上部夾爪177通常關閉的夾爪位置以至夾住天線導線136。
上部和下部螺線管安裝孔192和193軸向對準并且在夾緊主體166的后面相互向上分開。在可移動下部夾爪176后面的轉動夾爪194在安裝孔192和193之間運動對準。螺旋螺紋控制桿196向下地懸掛在位于上部安裝孔192頂上的螺線管198上?？刂茥U196通過上部安裝孔192和下部夾爪176的轉動夾爪194進行擴展。螺紋螺帽200與在轉動夾爪194下面的螺紋控制桿196耦合以保持在夾緊主體166上面的螺線管198且將控制桿196耦合到下部夾爪176。
當螺線管198被圖13的系統(tǒng)控制電路22的直流電流激勵時，耦合到轉動夾爪194的控制桿196被向上推進，因此夾緊組件16的可移動下部夾爪176將圍繞中樞銷174向下旋轉并且離開固定上部夾爪177以釋放其對天線導線136的夾緊，因此彈簧186將被壓縮以存儲能量。當螺線管198失去激勵時，彈簧186將自動擴展并且釋放其存儲的能量，以至強制下部夾爪176向上旋轉并且回到其靜止位置而緊密接觸相對上部夾爪177以再次夾住天線導線136。
隨著線狀天線36在塑料卡32的安裝，被夾在上部和下部夾爪176和177之間的天線導線136從其供給被切斷。圖11示出切削組件18，通過該切削組件18，完成上述過程。切削組件18包括具有切削銑刀202和切削夾爪204的分開的夾爪。每個切削銑刀和切削夾爪202和204具有形成其中的凹口205和206以抓緊推桿208的末端。切削銑刀和切削夾爪202和204共同連接通過緊固件210和螺旋線圈212來保持其間的推桿208。通過連接到切削銑刀202的緊固件216和螺旋線圈218，在其底部具有刀口的導線切削刀片214連接到分開的夾爪的后面。
切削組件18包括切削支架，該切削支架用來支持推桿208運動以推進導線切削刀片214靠緊將被切斷的天線導線136。切削支架具有底板220和從中向上凸起的殼體222。開口224軸向穿過殼體222來容納通過其中的推桿208。推桿208被位于殼體222內的一對圓柱狀軸承226和227包圍。推桿208控制連接到切削銑刀202的導線切削刀片214的線性往復運動。圖1的裝配系統(tǒng)配置中，導線切削刀片214安裝在切削組件18的底板220下面和超聲加載器5的超聲操縱桿48的后面，以至容易到達安裝其中的天線導線136。
線圈彈簧228圍繞切削組件18的推桿208相對于底板220的底部偏壓推桿208和導線切削刀片214向上。螺線管230容納在通過切削裝置的底板220形成的螺線管安裝孔232內。螺線管230包括在切削銑刀和切削夾爪202和204之間所在的開口203之間被抓緊的控制桿231。當螺線管230被直流電流激勵時，其控制桿231被向下推到底板220下面?？刂茥U231的向下運動導致其間夾住控制桿231的切削銑刀和切削夾爪202和204，以及推桿208和導線切削刀片214也從底板220向下運動，以至隨著圖1示出的天線導線36的安裝從而切斷天線導線136。同時，圍繞推桿208的彈簧228將被壓縮以存儲能量。當螺線管230失去激勵時，彈簧228將自動擴展并且釋放其存儲的能量，以至推桿208和導線切削刀片214被向上推動并且離開天線導線136以及朝向切削裝置的底板220，以至新的線狀天線可以嵌入塑料卡32內。
參照圖12示出的調節(jié)組件20，該調節(jié)組件20用來將天線導線136從天線導線線軸124(圖8)引導到導線導溝13(圖2)，導線導溝13沿主體3運行以被擺動/惰輪組件14接收(圖9和圖9A)。調節(jié)組件20通過輸入導柱234和轉動裝置236(最好如圖2示出)被懸掛在主體3的上面。這樣，調節(jié)組件20適合在主體3上面“調節(jié)”以至吸收沖擊力并且因此提供從線軸124到導線導溝13的天線導線136的平滑的移動。
調節(jié)組件20包括輸入轉動塊238，通過轉動裝置236和輸入導柱234，該輸入轉動塊238連接到主體3，以至在導線導溝13的上面被分開對準安裝。特別地，通過穿過銷孔242而被容納的輸入銷240，輸入轉動塊238連接到轉動裝置236。通過一對墊圈243和244以及E型夾子246，輸入銷240被固定。依靠穿過在輸入轉動滑塊238內形成的銷孔254而被容納的圓柱狀軸承250和惰輪銷252，惰輪248旋轉地連接到輸入轉動塊238中形成的凹陷(最好如圖2所示)。因此，線軸124中的天線導線136圍繞在惰輪248上面以被直接地引導到主體3(最好如圖2和圖3示出)的導線導溝13，同時減小摩擦和提高穩(wěn)定性。
圖13示出本發(fā)明用于天線導線嵌入系統(tǒng)1的控制電路22。該系統(tǒng)控制電路22包括印刷電路板260，其上安裝了多個電子芯片(沒有示出)以控制線軸組件12(圖8)的線軸電機120和擺動/惰輪組件14(圖9)的電機160的操作?？刂齐娐?2還處理從光閱讀器10(圖7)與線軸組件12和擺動/惰輪組件14的各自的編碼器126和150接收的數(shù)據(jù)?？刂齐娐?2導致直流電流流到滑動組件7(圖5)的電磁音圈76與夾緊組件16(圖10)和切削組件18(圖11)的各自的螺線管198和230。包括了通訊端口258，因此在電路板260上的芯片能夠連接外部設備(例如個人計算機)。
數(shù)字顯示器262連接到印刷電路板260的前面。作為舉例，顯示器262是傳統(tǒng)的液晶顯示器。顯示器262提供導線嵌入系統(tǒng)1的狀態(tài)的可見指示以允許其初始化并且監(jiān)控超聲加載器5(圖4)的位置和通過移動超聲操縱桿48的尖端52接觸圖1的塑料片30所產生的力以安裝線狀天線36。在主體3(最好如圖2所示)的前面的可以手工使用的一組按鈕264可以被有選擇地操控，使得在顯示器262上面示出的信息被改變。印刷電路板260連接到主體3的后面，因此顯示器262將被容納在主體前面的窗口(圖3示出的23)內以至系統(tǒng)1的用戶可以看到。
對于相對大的塑料片30，其中許多塑料智能卡32等等被成行成列地制造，以下做法是可取的在普通機器人臂(沒有示出)上安裝多個本發(fā)明的嵌入系統(tǒng)1，因此，所有的系統(tǒng)能夠串聯(lián)地操作并且沿著循環(huán)路徑運動以圍繞包圍智能卡32的天線36(如圖1所示)。這樣，并且根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)點，線狀天線36能夠以高速與無束縛地連續(xù)和有效地嵌入片30內，而這種束縛可能是在從線軸124到超聲加載器5的導線輸入路徑內出現(xiàn)的不需要的拉力的結果。
權利要求
1.一種設備，用于在非導電基底內嵌入導電導線天線，從而與安裝在基底上的電子芯片進行通信，所述設備包括天線導線的源；超聲加載器，用于容納來自其所述源的天線導線段，所述超聲加載器具有尖端，該尖端以超聲頻率進行振蕩來熔化非導電基底，從而所述天線導線段能夠安裝在其間；以及加載器定位組件，其耦合到所述超聲加載器，用于使所述加載器朝向和遠離非導電基底運動，由此使所述超聲加載器的尖端熔化基底。
2.如權利要求1所述的設備，其中所述超聲加載器被連接以接收超聲能量的供給，其中通過該超聲能量使加載器的尖端以所述超聲頻率振蕩以便熔化非導電基底，從而所述天線導線段能夠被安裝在其間。
3.如權利要求1所述的設備，其中所述超聲加載器的尖端包括在其間延伸的導線輸入軌道，當非導電基底被所述尖端超聲熔化時，所述天線導線段通過所述導線輸入軌道從其所述源被輸入以被安裝在非導電基底中。
4.如權利要求3所述的設備，其中所述超聲加載器的尖端具有用于超聲熔化非導電基底的凹端，所述導線輸入軌道通過所述尖端延伸到其所述凹端。
5.如權利要求1所述的設備，其中所述加載器定位組件朝向和遠離非導電基底運動，用于使所述超聲加載器的相應運動朝向和遠離非導電基底，所述執(zhí)行器定位組件包括被連接以接收改變極性的電流的電磁音圈，所述加載器定位組件的運動基于由所述電磁音圈接收的電流的極性朝向和遠離非導電基底。
6.如權利要求1所述的設備，其中所述加載器定位組件朝向和遠離非導電基底運動，用于使所述超聲加載器的相應運動朝向和遠離非導電基底，所述執(zhí)行器定位組件包括被連接以接收電流的電磁音圈，所述加載器定位組件的運動基于由所述電磁音圈接收的電流的幅度朝向和遠離非導電基底。
7.如權利要求1所述的設備，其中所述加載器定位組件朝向和遠離非導電基底運動，用于使所述超聲加載器的相應運動朝向和遠離非導電基底，所述執(zhí)行器定位組件包括被連接以接收電流的電磁音圈和以一定間隔靠近所述電磁音圈的音圈磁體，基于所述電磁音圈接收的電流的幅度和極性以及所述音圈磁體的極性，所述電磁音圈被所述音圈磁體吸引和排斥，以相應地使得所述加載器定位組件和與其耦合的所述超聲加載器朝向和遠離非導電基底運動。
8.如權利要求1所述的設備，其中所述天線導線的所述源是具有所述天線導線圍繞其周圍的導線分配線軸，所述設備還包括具有與所述線軸耦合的軸的線軸電機，所述線軸電機旋轉其軸，用于使得所述線軸相應地旋轉，從而天線導線段從所述線軸被分配并且發(fā)送到所述超聲加載器，以安裝在被所述超聲加載器的尖端超聲熔化的非導電基底中。
9.如權利要求8所述的設備，還包括軸編碼器，其與所述線軸電機的軸耦合并且提供一輸出，該輸出指示所述電機軸和與所述電機軸耦合的所述導線分配線軸的旋轉。
10.如權利要求9所述的設備，還包括放置在所述導線分配線軸和所述超聲加載器之間的導線輸入路徑中的惰輪組件，所述惰輪組件包括多個惰輪，所述天線導線圍繞在該多個惰輪上，以使從所述導線分配線軸傳遞到所述超聲加載器的天線導線中的拉力最小。
11.如權利要求10所述的設備，所述惰輪組件還包括可旋轉滑輪和與其耦合的滑輪電機，所述滑輪放置在導線輸入路徑中，從而從所述多個惰輪發(fā)送到所述超聲加載器的所述天線導線圍繞所述滑輪，所述滑輪電機以恒定速度和單一方向旋轉所述滑輪。
12.如權利要求10所述的設備，其中所述導線輸入路徑中的所述多個惰輪中的至少一個惰輪的位置相對于所述多個惰輪中的另一個惰輪是可變化的，以相應地改變沿著所述導線分配線軸和所述超聲加載器之間的所述導線輸入路徑的天線導線的長度，從而沿著所述導線輸入路徑可獲得天線導線的足夠的供給，以將其中的拉力最小化。
13.如權利要求12所述的設備，所述惰輪組件還包括惰輪臂，該惰輪臂連接到所述天線導線圍繞的所述多個惰輪中的所述一個惰輪，所述惰輪臂響應沿著所述導線分配線軸和所述超聲加載器之間的所述導線輸入路徑的天線導線中的增加的拉力而旋轉，從而沿著所述導線輸入路徑引起所述一個惰輪的位置變化和天線導線的長度的相應變化。
14.如權利要求13所述的設備，所述惰輪組件還包括與所述惰輪臂耦合并且響應其旋轉的惰輪臂編碼器，所述惰輪臂編碼器提供一輸出，該輸出指示所述惰輪臂的旋轉和沿所述導線輸入路徑的天線導線中的相應拉力。
15.如權利要求14所述的設備，其中耦合到所述線軸電機的軸的軸編碼器和耦合到所述惰輪臂的惰輪臂編碼器的各輸出彼此相關聯(lián)，用于生成一控制信號，通過該控制信號來控制所述線軸電機的操作和所述導線分配線軸的相應旋轉，從而減少沿著所述導線分配線軸和所述超聲加載器之間的所述導線輸入路徑的天線導線中的拉力。
16.一種設備，用于在非導電基底內嵌入導電導線天線，從而與安裝在基底上的電子芯片進行通信，所述設備包括天線導線的源；超聲加載器，用于容納來自其所述源的天線導線，所述超聲加載器具有尖端，該尖端以超聲頻率進行振蕩來熔化非導電基底，從而所述天線導線能夠安裝在其間；以及加載器定位組件，其耦合到所述超聲加載器，用于使所述超聲加載器朝向和遠離非導電基底運動，由此使所述超聲加載器的尖端熔化基底；以及惰輪組件，其被放置在所述天線導線的源和所述超聲加載器之間的導線輸入路徑中，所述惰輪組件包括多個惰輪，天線導線圍繞在該多個惰輪上，以使從所述源提供到所述超聲加載器的天線導線中的拉力最小。
17.如權利要求16所述的設備，所述惰輪組件還包括可旋轉滑輪和與其耦合的滑輪電機，所述滑輪放置在導線輸入路徑中，從而從所述多個惰輪發(fā)送到所述超聲加載器的所述天線導線圍繞所述滑輪，所述滑輪電機以恒定速度和單一方向旋轉所述滑輪。
18.如權利要求16所述的設備，其中所述導線輸入路徑中的所述多個惰輪中的至少一個惰輪的位置相對于所述多個惰輪中的另一個惰輪是可變化的，以相應地改變沿著所述導線源和所述超聲加載器之間的所述導線輸入路徑的天線導線的長度，從而沿著所述導線輸入路徑可獲得天線導線的足夠的供給，以將其中的拉力最小化。
19.如權利要求18所述的設備，所述惰輪組件還包括惰輪臂，該惰輪臂連接到所述天線導線圍繞的所述多個惰輪中的所述一個惰輪，所述惰輪臂響應沿著所述導線源和所述超聲加載器之間的所述導線輸入路徑的天線導線中的增加的拉力而旋轉，從而沿著所述導線輸入路徑引起所述一個惰輪的位置變化和天線導線的長度的相應變化。
20.如權利要求16所述的設備，其中所述超聲加載器的尖端具有凹端，所述超聲加載器被連接以接收超聲能量的供給，用于使所述尖端以所述超聲頻率振蕩，以使在其所述凹端處的非導電基底被超聲熔化，從而所述天線導線能夠被安裝在基底中。
21.如權利要求20所述的設備，其中所述超聲加載器的尖端包括沿其凹端延伸的導線輸入軌道，天線導線通過所述導線輸入軌道從所述導線源輸入到所述凹端，以當非導電基底被所述尖端超聲熔化時將天線導線安裝到非導電基底中。
22.一種方法，用于在非導電基底內嵌入導電導線天線，從而與安裝在基底上的電子芯片進行通信，所述方法包括如下步驟從天線導線的源向加載器提供天線導線；超聲熔化非導電基底以在其中形成一路徑，天線導線段將要嵌入在該路徑中；以及使所述加載器朝向和遠離非導電基底運動，在此期間，所述基底被超聲熔化并且天線導線被嵌入形成在其中的路徑中。
23.如權利要求22所述的嵌入天線導線的方法，包括如下附加步驟將超聲能量提供到所述加載器，用于使其尖端以超聲頻率振蕩，從而當所述加載器朝向和遠離基底運動時，使非導電基板被所述尖端熔化并使天線導線嵌入在所述路徑中。
24.如權利要求23所述的嵌入方法，包括如下附加步驟通過所述超聲加載器的尖端形成導線輸入軌道，并且從天線導線的源通過所述導線輸入軌道提供天線導線，從而當非導電基底被所述加載器的尖端超聲熔化并且所述加載器朝向和遠離基底運動時，使天線導線嵌入在非導電基底中形成的路徑中。
全文摘要
一種高速系統(tǒng)(1)，用于在非導電(例如塑料)片(30)內嵌入天線導線(136)，電子芯片安裝在該片上，用于制造多個智能卡(32)等等。通過相對于該片上下運動的超聲加載器(5)，天線導線(13……)安裝在非導電片(30)內。在固定的音圈磁體(92)和與超聲加載器(5)耦合并且與可滑動組件(7)一起移動的音圈(76)之間的相互作用控制相對于片(5)的加載器(5)的運動。天線導線(136)從天線導線分配線軸(124)通過惰輪組件(14)輸入到超聲加載器。惰輪組件包括編碼器(150)，其響應在天線導線輸入線的拉力的增加。根據(jù)編碼器(150)的輸出，在天線導線輸入線的拉力消除以前，導線分配線軸(124)的速度和旋轉被控制。
文檔編號G06K19/077GK1862566SQ200610079959
公開日2006年11月15日 申請日期2002年10月4日 優(yōu)先權日2001年10月9日
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