CN1531707A - 用于在智能卡阵列内嵌入线状天线的高速系统 - Google Patents

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Abstract

一种高速系统(1)，用于在非导电(例如塑料)片(30)内嵌入天线导线(136)，电子芯片安装在该片上，用于制造多个智能卡(32)等等。通过相对于该片上下运动的超声加载器(5)，天线导线(13……)安装在非导电片(30)内。在固定的音圈磁体(92)和与超声加载器(5)耦合并且与可滑动组件(7)一起移动的音圈(76)之间的相互作用控制相对于片(5)的加载器(5)的运动。天线导线(136)从天线导线分配线轴(124)通过惰轮组件(14)输入到超声加载器。惰轮组件包括编码器(150)，其响应在天线导线输入线的拉力的增加。根据编码器(150)的输出，在天线导线输入线的拉力消除以前，导线分配线轴(124)的速度和旋转被控制。

Description

用于在智能卡阵列内嵌入线状天线的高速系统
技术领域
本发明涉及用于高效地制造许多“智能”卡的系统，每张卡具有安装其上的用来接收、传送和存储数据的电子芯片。该系统适合在塑料片内安装线状天线以至处于和形成在片上的各个智能卡的电子芯片通信的状态。
背景技术
长久以来，塑料卡被用于制造贷记和借记交易，操作磁锁，提供身份识别的一种方式等等。这种卡典型地包括其中的预定信息被编码的磁条。然而，应该知道，磁条随时间而磨损，以至需要更换带有磁条的卡。因此，这种类型的卡的寿命和应用不合需要地有限。
而且，传统的磁性编码卡本质上是被动的。也就是说，除非完全地换一张新卡，存储在磁条上的信息不能改变。同样的在这方面，传统的磁条卡必须放在读卡器内或离读卡器最近的位置才有效。这增加了如上所述的卡系统的成本和复杂性。
为了克服上述磁条卡的缺点，人们已经制造出带有一个或多个能够传送、接收和存储信息的电子芯片的非接触智能卡。这种智能卡需要天线使得它们的芯片能够有效地和外部数据传送器/接收器通信而不用读卡器。在这种情况下，该卡不带板载电源，并且无线电频率能量源用于激励天线以激活芯片使其能够读取、写入和存储数据。
不幸的是，用于在智能卡内安装天线的设备是缓慢、累赘和通常低效的。特别地，电机驱动机械设备通常用于连接天线到卡。这些机械设备的特点是具有许多齿轮和轴，这通常导致在天线输入线内的拉力增加并且因此堵塞机械设备。因此，这些机械设备需要经常修理和停工，从而，理论上，这些机械设备不适合制造许多的卡，其中相应的许多天线必须以相对短的时间安装在这些卡上。
发明内容
描述了一种高速系统，通过该系统，铜制天线导线被嵌入在塑料片上制造的智能卡阵列内，以至该天线导线处于与安装在各自卡上的电子芯片电接触的状态。该系统包括带有超声加载器的滑动组件。超声加载器的尖端被连接以接收超声能量的供给，用于在将要嵌入天线导线的塑料卡内烧制路径。一条轨道在超声加载器的尖端内形成，一段天线导线通过该尖端被输入，因此，天线可以高速在卡中烧制的路径内直接安装。
滑动组件适合相对于塑料片相应地上下往复移动超声加载器，以至其中的卡到卡阵列被重新定位。该滑动组件包括接收直流电流的音圈。该音圈按照分开对准固定的音圈磁体的方式排列。根据被音圈接收的直流电流的方向，当音圈和固定的音圈磁体的极性相反时，滑动组件和被其带有的超声加载器将朝着卡的塑料片向下运动。当音圈和固定的音圈磁体的极性相同时，滑动组件和被其带有的超声加载器将离开卡的塑料片向上运动。
沿导线输入路径从导线分配线轴到超声加载器的尖端，通过使平滑发送导线的惰轮组件和保持导线嵌入到塑料卡的螺线管激励的夹紧组件，天线导线被发送。线轴电机控制导线分配线轴旋转的速度和方向。线轴电机轴编码器和线轴电机的轴耦合以提供导线分配线轴旋转的速度和方向的指示。
位于导线分配线轴和超声加载器之间的惰轮组件包括多个其上围绕导线的惰轮。惰轮将天线导线输入到通过滑轮电机驱动以恒定速度和单一方向旋转的滑轮，以避免沿着天线导线输入路径束缚。惰轮组件包括惰轮臂，该惰轮臂具有在其中的相对末端连接的惰轮。如果拉力在导线输入路径增加，导致惰轮臂旋转。惰轮臂编码器响应惰轮臂的旋转，作为在天线输入路径内增加拉力的指示。因此，在天线输入路径内的拉力消除以前，线轴电机和导线分配线轴的旋转方向和速度依靠由线轴电机轴编码器和惰轮臂编码器提供的信息来控制，以至确保在塑料卡阵列内的天线导线的高速和有效的安装。
附图说明
图1示出了带有本发明的天线导线嵌入系统的超声加载器，其用于在智能卡的塑料片上的智能卡内安装天线导线；
图2示出了带有超声加载器的图1的天线导线嵌入系统；
图3是分解图，其示出了形成本发明的天线导线嵌入系统的部件；
图4示出了用于在图1的智能卡内安装天线导线的超声加载器；
图4A是图4的超声加载器的尖端的放大的详图；
图5是如图3所示的滑动组件的分解图；
图6是如图3所示的磁体组件的分解图；
图6A示出了图5的滑动组件的音圈的排列，其带有图6的磁体组件的音圈磁体；
图7是图3示出的光阅读器的分解图；
图8是如图3所示的线轴组件的分解图；
图9是如图3所示的摆动/惰轮组件的分解图；
图9A示出了在装配配置中的图9的摆动/惰轮组件，其用于输入天线导线到图4的超声加载器；
图10是如图3所示的导线夹紧组件的分解图；
图11是如图3所示的导线切削组件的分解图；
图12是图3示出的导线调节组件(danser assembly)的分解图；以及
图13是图3示出的控制电路的分解图；
具体实施方式
同时参照图1至图3，得到在切分多个“智能”卡的塑料片内用于嵌入线状天线的系统1的概述。图1示出塑料(例如PVC)片30，其中智能卡32的阵列的边界将被切分。每个智能卡32切开一个开口34，该开口用来容纳能够接收、传递和存储对于单个用户唯一的数据的电子芯片(没有示出)。
为了传递数据到电子芯片和从电子芯片传出数据，与芯片电接触的线状天线36嵌入并且围绕(例如3到5圈)每一个智能卡32的外围。每个线状天线36由一段1米左右标号38的铜制导线组成。将要嵌入线状天线36的智能卡32可以具有许多不同应用中的任何一种，包括身份识别卡，贷记和借记卡，电子钥匙等等。
利用本发明的线状天线嵌入系统1，通过基本上连续的线状天线分配技术，线状天线(例如36)能够以较高的速度被迅速地安装到塑料片30内。这样，系统1将能够满足商业和政府的需要，即，从而在相对短的时间内以相对低的成本高效地制造大量的智能卡32。
一般而言，用于嵌入天线导线36到塑料片30的系统1包括主体3。超声加载器5(参照图4时将被更加详细地描述)包括超声操纵杆48，该超声操纵杆48用于接收所必需的能量从而在塑料片30内烧制容纳天线的合适的轨道。超声加载器5包括尖端52(参照图4A时将被更加详细地描述)，其中铜制导线136(在图2中)的一部分被分配用于安装在片30的轨道内以形成卡32的线状天线36。
滑动组件7(参照图5时将被更加详细地描述)连接超声加载器5到系统1的主体3。滑动组件7包括散热片74和形成电磁体的音圈76。音圈76放在主体3的上部间隔部分26(最好如图3所示)内。在线状天线36的安装和用于从卡到卡(card-to-card)到安装其间的线状天线的跳转期间，滑动组件7相对于主体3合适地上下移动，因此被滑动组件7带动的超声加载器5相应地以相同的上下方向移动。为此，参照图13，滑动组件7的位置被监控，因此位置和力反馈信息以如下所述的方式提供给系统控制电路22。
滑动组件7的音圈76(最好如图3所示)与来自磁体组件8(参照图6时将被更加详细地描述)的固定的音圈磁体92合作。当被音圈76引导的直流电流控制滑动组件7的上下运动和由此被携带的超声加载器5的力与位置时，在音圈76和音圈磁体92之间产生磁场效应。音圈磁体92保持在磁体安装板83旁边主体3的下部间隔部分28(最好如图3所示)内的位置以至直接放置在音圈76的下面。
光阅读器10(参照图7时将被更加详细地描述)位于系统1的主体3并且与滑动组件7的光学刻度尺84(最好如图3所示)轴向对准。光阅读器10作为光阅读设备用来跟踪电子音圈76和被滑动组件7携带的超声加载器5的上下运动。位置信息提供给系统控制电路22用来测定相对于嵌入线状天线的塑料片30的超声加载器5的尖端52的精确位置。
从线轴组件12的线轴124(参照图8时将被更加详细地描述)分配铜制天线导线136(图2)的供给，该供给经过垂直于主体3运行的延长线导沟13，用于被超声加载器5的尖端52接收。线轴电机120控制线轴124的方向和旋转速度以分配或收回天线导线136。线轴组件12的线轴124和线轴电机120紧靠主体3被电机垫板118保持。电机120的轴经过轴编码器(图8中示出126)与线轴124耦合。轴编码器126向系统控制电路22提供关于线轴124旋转时的速度和方向的信息。
为了天线导线136的连续供给以从线轴124到超声加载器5的尖端52被分配使得高速安装塑料片30内的天线36，天线导线136必须在几乎零拉力下供给。前面所述通过摆动/惰轮组件14(参照图9和图9A时将被更加详细地描述)实现。摆动/惰轮组件14包括被天线导线136围绕的电机驱动滑轮惰轮162。滑轮惰轮162以恒定速度和单一方向旋转。摆动/惰轮组件14还包括一个编码器150(最好如图3所示)，该编码器150响应围绕电机驱动滑轮惰轮162的天线导线136的拉力的增加。摆动/惰轮组件14的编码器150与线轴组件12的轴编码器126(图8)合作以向系统控制电路22提供信息，因此线轴124的旋转速度和方向被调节，直到在导线136的输入内基本上没有拉力。
天线导线136从摆动/惰轮组件14经过夹紧组件16(参照图10时将被更加详细地描述)输入到超声加载器5的尖端52。夹紧组件16具有螺线管激励的移动夹爪176，其与固定的夹爪177合作，从而在天线36已被正确安装以前，夹到被输入并且嵌入到塑料片30的卡32内的天线导线136上。这时，通过螺线管激励的切削组件18(参照图11时将被更加详细地描述)，天线36被切断供给以被超声加载器5嵌入。
用于嵌入线状天线36的系统1的其他部件包括悬挂在主体3顶部上的调节组件20(参照图12时将被更加详细地描述)。调节组件20引导天线导线136从位于壳体3上面的线轴124进入到垂直于主体3的前面运行的导线导沟13。调节组件20适合吸收冲击力使得天线导线136在从线轴124经过导线导沟13、摆动/惰轮组件14和夹紧组件16到超声加载器5的尖端52的导线分配路径上面平滑和连续地运动。
连接到主体3的后面是印刷电路板260，其上带有系统控制电路22(参照图13时将被更加详细地描述)。通过在主体3前面的窗口23被容纳的数字显示器262也装在印刷电路板260上。数字显示器262通过在主体3前面可用的一组按钮264被开启，从而初始化嵌入系统1并且获得访问关于系统状态和操作信息的权限。
在印刷电路板260下的风扇组件24(最好如图3所示)连接到主体3的后面。风扇组件24包括使热量通过在磁体组件8的磁性安装板86内的开口89被驱散来冷却滑动组件7的电磁音圈76的风扇25和滑动组件7的散热片74。
现在详细描述用来安装在塑料片30内的线状天线36的图1至图3的天线导线嵌入系统1的部件。如前所述，并且最好如图4所示，超声加载器5被滑动组件7带有并且和滑动组件7一起移动(图5)。超声加载器5包括空气冷却主体42。通过空气阀(图8所示的128)与空气源耦合的4毫米快速断开空气装置44连接到超声加载器5的主体42的顶部，因此在高速操作期间超声加载器5可以被冷却。与用来激励超声操纵杆48的电源耦合的电插头46也连接到主体42的顶部。该操纵杆48由金属(例如钛)制造并且具有一对相对的扳手垫50，通过该扳手垫，操纵杆48可分开地连接到主体42的底部。超声操纵杆48具有延长的尖端52，该尖端从超声加载器5的底部凸起并且以超声频率振荡来将线状天线安装在塑料片30内。如上所述的超声加载器可以从宾西法尼亚州(Pennsylvania)的Sonabond Ultrasonicsof West Chester获得。
作为超声加载器5的超声操纵杆48的重要特征，并且最好如图4A示出，尖端52具有导线输入管54，天线导线(图1至图3所示的136)穿过导线输入管54能够被直接输入到塑料片30，在塑料片30内，天线导线被嵌入以形成图1所示的线状天线36。导线输入管54与围绕超声操纵杆48的尖端52的末端的凹度56汇合，以至塑料片30将被超声操纵杆48熔化使得导线136迅速和容易地嵌入在智能卡32上的精确位置。部分地由于通过在超声操纵杆48的尖端52内形成的导线输入管54输入天线导线136到塑料片30，本发明的系统1适合高速操作。
同时参照图5，现在公开本发明用来保持和传送超声加载器5的线状天线嵌入系统1的滑动组件7的细节。滑动组件7包括顶部和底部夹紧壳体60和62，其间容纳超声加载器5(图4)。一组紧固件64通过在夹紧壳体60顶部与夹紧壳体62底部的臂63形成的螺旋线圈66与孔扩展以共同保持夹紧壳体60和62并且由此在其间保持超声加载器5(最好如图2所示)。另一组紧固件68将顶部和底部夹紧壳体60和62与其间带有的超声加载器5连接到滑动块70。该滑动块70被直线轨道71滑动地容纳并且沿直线轨道71轴向滑动(最好如图6A所示)。直线轨道71通过紧固件73固定地连接到主体3。滑动块70到固定轨道71的联结有时称为十字形滚轮滑动组件。
带有顶部和底部夹紧壳体60和62的连接的臂63连接在空腔72中，其中空腔72在散热片74的一面中形成。下面即将说明：滑动组件7的滑动块70适合以上下方向(即离开和朝向图1的塑料片30)沿轨道71往复穿过从而导致顶部和底部夹紧壳体60和62与保持其间的超声加载器5的相应位移。
滑动组件7包括散热片74以帮助驱散在高速天线导线安装过程中由超声加载器5产生的热量。音圈76由合适的紧固件78连接到散热片74的底部。凹槽80在用来容纳光学装置82的散热片74的一面内形成。光学(例如玻璃)刻度尺84保持在光学装置82内和散热片74相对。光学刻度尺84具有一组标记其上的位置线(没有示出)以提供被光阅读器(图7所示的10)读取的位置反馈信息，用来指示超声加载器5的超声操纵杆48相对于嵌入片30的塑料卡32内的天线36的精确位置。
音圈76用于产生超声加载器5和连接其上的超声操纵杆48的朝向和离开塑料片30(图1)的往复运动，该运动方式将随图6所示的磁体组件8的描述给予说明。图6的磁体组件8与图5的滑动组件7和其中的音圈76合作导致与滑动组件7耦合的超声加载器5的上下往复运动。磁体组件8包括磁体安装板86。一组合适的紧固件88将安装板86连接到天线导线嵌入系统1(最好如图2所示)的主体3的前面。磁体安装板86具有一组形成其中的空气孔89以提供用于图5滑动组件7的散热片74和音圈76的通风。磁体支架90从磁体安装板86凸起。固定的音圈磁体92安装在支架90内。安装板86支撑音圈磁体92，该音圈磁体92在主体3的下部间隔部分(图3示出的28)内在下面分开对准滑动组件7的音圈76。如图6A所示，往复滑动组件7的音圈76和固定的音圈磁体92分开对准。
磁体组件8还包括沿音圈磁体92放置在磁体支架90内的自由移动线圈弹簧94，以当系统1初始化或超声加载器5在其塑料片上的最高位置被分开时，与图5的滑动组件7的顶部和底部夹紧壳体60和62合作用来设置超声加载器5的静止位置。也就是说，弹簧94正常地扩展以至推动滑动组件7并且偏压夹紧壳体60和62与超声加载器5离开塑料片30。这样，没有向下的推动力作用于超声加载器5并且其中的超声操纵杆48移动脱离和塑料卡32的接触。然而，当超声加载器5被滑动组件7向下推动向塑料片30并且操纵杆48相应地移动与其接触时，弹簧94将被压缩以存储能量。
更特别地，移动线圈弹簧94围绕螺纹安装柱96。安装柱96的一个末端嵌入可旋转的指轮97。通过在磁体安装板86(最好如图2所示)内形成的使用窗口98，该指轮97可以手工使用。具有围绕其上扩展的螺纹的安装柱96的相对末端通过相应的安放弹簧94的螺帽99被容纳。销100从螺帽99凸出以至可以通过在磁体安装板86(同样最好如图2所示)的垂直扩展槽101手工使用。特氟隆(Teflon)垫圈102联结到指轮97的底部以在旋转时减少磨损。
在使用窗口98，指轮97的旋转传给连接到指轮97的安装柱96。在指轮97旋转时，固定住通过槽101扩展的销100使得螺帽99沿着螺纹安装柱96轴向运动。依据指轮97的旋转方向，螺帽99将朝向弹簧94(此时弹簧压缩)运动或者离开弹簧94(此时弹簧扩展)运动。弹簧94的压缩和扩展将相应的推动力和释放力应用到其间带有超声加载器5的滑动组件7。
参照图6A，现在说明在固定音圈磁体92和可移动(例如通过滑动组件7)音圈76之间的相互作用从而产生超声加载器5的上下往复运动。在操作中，直流电流提供给图5的滑动组件7的音圈76以至音圈76变成电磁体。由音圈76传导的直流电流的大小和方向被系统控制电路(图13示出的22)控制以确定超声加载器5相对于塑料片30运动的方向。当滑动组件7的可移动的音圈76的磁体极性和磁体组件8的固定音圈磁体92的磁体极性相反时，磁体吸引被确立用于推动音圈76和滑动组件7朝向音圈磁体92，因此滑动组件7的滑块70将在轨道71上面向下滑动。
因此，滑动组件7的顶部和底部夹紧壳体60和62与保持其间的超声加载器5全部向下运动。同时，超声加载器5的超声操纵杆48朝塑料片30运动使得尖端52接触该片，以用于烧制其中的轨道，从而线状天线36能够以图1示出的方式被安装。通过音圈76传导的直流电流的大小决定超声加载器5相对于塑料片30的精确位置和通过超声操纵杆48的尖端52作用于该片的力。
一旦线状天线36的一部分被安装到塑料片30的卡32上，通过音圈76传导的直流电流的方向就倒转，以至现在可移动的音圈76和固定音圈磁体92的磁体极性相同。通过确立的磁性排斥力来推动音圈76和滑动组件7离开固定音圈磁体92。现在滑块70将在轨道71上面向上滑动。因此，滑动组件7的顶部和底部夹紧壳体60和62与保持其间的超声加载器5相应地向上运动，因此超声操纵杆48运动离开塑料片30以提起操纵杆48的尖端52离开卡32。
应该懂得，通过倒转通过音圈76的直流电流的方向确立的推拉电磁效应使得超声加载器5连续地向下以安装片30的塑料卡32的线状天线36，然后，当需要跳过天线36的线匝或在片上不同的卡内安装另一根线状天线时，超声加载器5提起。
图7示出与光刻度尺84合作的光阅读器10，光刻度尺84连接到在图5的在散热片74一面并且可与滑动组件7一起移动的光学装置82。光阅读器10和光刻度尺84的合作能够监控超声加载器5相对于嵌入线状天线36的塑料片30的位置。光阅读器10包括支架108。光线响应光头110安放在支架108内。可与图5的滑动组件7一起移动的光(例如玻璃)刻度尺84与固定支架108的光头110全都从Renishaw公司，包括在伊利诺斯(Illinois)的办公室，能够得到。
光阅读器10的支架108连接导线嵌入系统1的主体3的内部以至光头110保持轴向对准与滑动组件7(图5)一起移动的光刻度尺84和超声加载器5(图4)，使得光头110响应印刷在光刻度尺84上的位置线的线性位移。这样，通过知道在塑料片30上面的超声加载器5的位置，得到信息以至能够跳过嵌入的线状天线36(最好如图1示出)并且因此避免当移动不同的卡32来在其间安装新的线状天线时的损坏。
通过一组紧固件112(同样如图2所示)，光阅读器10的支架108固定地连接到系统1的主体3内。这些紧固件112通过各自的螺旋调节弹簧114被上紧，通过螺旋调节弹簧114，光头110可以对于由此读取的光刻度尺84进行调整。也就是说，调节弹簧114使得在光头110和光刻度尺84之间的距离被选择性地调节以允许得到印刷在光刻度尺84上的对移动位置线的精确地响应。
图8示出线轴组件12，当超声加载器5的超声操纵杆48运动到和片接触时，该线轴组件12分配嵌入图1的塑料片30的卡32内的导线136。电机部件116连接到电机部件后板118。具有正齿轮驱动的变速可逆线轴电机120容纳在电机部件116的电机孔121内。紧固件123将电机120连接到电机部件116。线轴电机120包括经过轴编码器126与线轴124耦合的轴122。如图2所示的装配系统配置，线轴124安装在主体3顶上的线轴电机部件116上面。线轴电机120的轴122的旋转导致编码器126和线轴124以顺时针或逆时针方向相应的旋转，以至提供的铜制天线导线(图2示出136)被分配(即提供)或被收回。
轴编码器126响应线轴电机120的轴122和相应地在此被驱动的线轴124的速度和方向。图8的线轴组件12的轴编码器126和即将被描述的图9的摆动/惰轮组件14的编码器150向系统控制电路(图13示出的22)提供信息。以下即将说明：线轴电机120的速度和方向依据编码器126(图8)和150(图9)的输出，因此一段铜制导线将通过线轴124提供或者收回。以下即将说明：线轴电机120的速度和方向被控制以确保从线轴124发出的嵌入图1的塑料片30内的天线导线136上的接近零拉力，使得天线导线嵌入系统1高速操作。
线轴组件12带有和空气源耦合的具有3毫米倒钩装置130的空气阀128。空气阀128用于控制从倒钩装置130中到连接到图4的超声加载器5的顶部的快速断开装置44的空气流动，因此超声加载器5的主体42将被空气冷却。
图9和图9A示出摆动/惰轮组件14，当图8的线轴组件12的线轴124以顺时针方向旋转时，该摆动/惰轮组件14执行保持被分配的铜制天线导线(图9A示出的136)上接近零拉力的重要作用。铜制导线136在位于系统1的主体3前面的一组五个惰轮137-141之间来回围绕。最好如图1示出，一对惰轮137和138通过惰轮销146连接到摆动臂144的相对的末端。在每个惰轮137和138内形成的中心开口容纳的惰轮轴承148抓紧惰轮销146。摆动臂144通过紧固件143连接到上述的编码器150，该紧固件143通过一个扭转弹簧152、一个E型夹子154、一对轴承156和与编码器150耦合的一根轴158被容纳。扭转弹簧152在静止位置偏压摆动臂144，同时基本上没有拉力作用于天线导线136。
通过各自的惰轮销146和惰轮轴承148，其余的三个惰轮139-141连接到系统1的主体2的前面以从导线导沟13(图2)将超声加载器5(最好如图9A所示)的操纵杆48的尖端52输入到天线导线136。如上所述，当参照图4A时，天线导线136被容纳和通过操纵杆48的尖端52的导线输入管54以直接地嵌入被尖端52烧制到塑料片30的卡32的轨道来安装线状天线36。
直流电机160位于摆动/惰轮组件14的最后的惰轮138和超声加载器5之间。电机160驱动滑轮惰轮162旋转。从线轴124(图8)被分配并且围绕一组惰轮137-141的天线导线136完全地围绕电机160的滑轮惰轮162从而被输入到超声加载器5的尖端52。作为本发明的重要特征：即使当线轴124以逆时针方向旋转时，在天线导线136被收回的情况下，电机160使滑轮惰轮162以均匀速度和单一方向旋转。
已经发现：滑轮惰轮162的均匀速度旋转减少摩擦，以至在天线导线136中有利地得到接近零的拉力，以允许塑料片30内的线状天线36平滑、连续和高速地安装。还发现：从线轴124被分配并且输入到超声加载器5的天线导线136的最大速度应该小于或等于被电机160驱动而旋转的滑轮惰轮162的切向速度。
如果增加的拉力减慢天线导线136输入到超声加载器5，则导线将被更紧地围绕滑轮惰轮162。然而，被电机160驱动的滑轮惰轮162的均匀速度旋转导致天线导线136以更快地比率从线轴124被输出，直到导线内的拉力减轻。这样，天线导线136将不太紧的围绕滑轮惰轮162。
为获得前面的并且如上所述的效果，当基本上没有拉力作用于天线导线输入时，图9的扭转弹簧152偏压摆动/惰轮组件14的摆动臂144到图1示出的静止位置。在沿着被分配到超声加载器5的天线导线136的拉力增加的情况下，摆动臂144将围绕紧固件143成比例地旋转，并且扭转弹簧152将被压缩以存储能量。通过编码器轴158与摆动臂144耦合的编码器150响应摆动臂144的旋转并且由此增加天线导线136的拉力。
这样，编码器150将关于摆动臂144位置的信息发送到系统控制电路22(图13)。天线导线嵌入系统1的控制电路既接收从图9摆动/惰轮组件14的编码器150发出的信息，又接收图8的线轴组件12的编码器126发出的信息。由编码器126和150提供的信息用于控制线轴组件12的线轴电机120和由此被驱动的线轴124的速度和方向。
因此，在天线导线136内的拉力消除以前，线轴124的速度和方向将被调节。当得到这样的零拉力时，扭转弹簧152将扩展和释放能量，由此导致摆动/惰轮组件14的摆动臂144回到其在天线导线嵌入系统1的主体3上的静止位置(例如零拉力位置)。
图10示出夹紧组件16，当天线导线136为了被图4的超声加载器5的超声操纵杆48接收而离开摆动/惰轮组件14的滑轮惰轮162时，该夹紧组件16保持天线导线136。夹紧组件16包括夹紧主体166，该夹紧主体166具有一对在主体166前面的被轴向扩展间隙170相互分开的相对的凸头末端167和168。凸头末端167和168具有形成于其中的轴向对准销孔171和172以容纳中枢销174。可移动下部夹爪176在夹紧主体166上面分开并且在凸头末端167和168之间的间隙170内扩展。可移动下部夹爪176还具有一个销孔178以容纳中枢销174，因此在图1的装配夹爪配置内，下部夹爪176适合在间隙170内旋转并且围绕中枢销174以至枢轴旋转并远离固定上部夹爪(图1所示的177)。
一对紧固件180和181在夹紧主体166内通过各自的孔182和183扩展以将夹紧组件16连接到天线导线嵌入系统1的主体3。调节螺钉184在夹紧主体166前面的开口188推进线圈弹簧186。调节螺钉184推动线圈弹簧186进入开口188并且在形成其中的弹簧套190接触下部夹爪176，通过弹簧套190对下部夹爪176施加上推力。当随着天线导线36的安装，天线导线136将被切断或当导线嵌入系统1空载(最好如图2所示)时，下部夹爪176由此被推动围绕中枢销174旋转从而进入相对于固定的上部夹爪177通常关闭的夹爪位置以至夹住天线导线136。
上部和下部螺线管安装孔192和193轴向对准并且在夹紧主体166的后面相互向上分开。在可移动下部夹爪176后面的转动夹爪194在安装孔192和193之间运动对准。螺旋螺纹控制杆196向下地悬挂在位于上部安装孔192顶上的螺线管198上。控制杆196通过上部安装孔192和下部夹爪176的转动夹爪194进行扩展。螺纹螺帽200与在转动夹爪194下面的螺纹控制杆196耦合以保持在夹紧主体166上面的螺线管198且将控制杆196耦合到下部夹爪176。
当螺线管198被图13的系统控制电路22的直流电流激励时，耦合到转动夹爪194的控制杆196被向上推进，因此夹紧组件16的可移动下部夹爪176将围绕中枢销174向下旋转并且离开固定上部夹爪177以释放其对天线导线136的夹紧，因此弹簧186将被压缩以存储能量。当螺线管198失去激励时，弹簧186将自动扩展并且释放其存储的能量，以至强制下部夹爪176向上旋转并且回到其静止位置而紧密接触相对上部夹爪177以再次夹住天线导线136。
随着线状天线36在塑料卡32的安装，被夹在上部和下部夹爪176和177之间的天线导线136从其供给被切断。图11示出切削组件18，通过该切削组件18，完成上述过程。切削组件18包括具有切削铣刀202和切削夹爪204的分开的夹爪。每个切削铣刀和切削夹爪202和204具有形成其中的凹口205和206以抓紧推杆208的末端。切削铣刀和切削夹爪202和204共同连接通过紧固件210和螺旋线圈212来保持其间的推杆208。通过连接到切削铣刀202的紧固件216和螺旋线圈218，在其底部具有刀口的导线切削刀片214连接到分开的夹爪的后面。
切削组件18包括切削支架，该切削支架用来支持推杆208运动以推进导线切削刀片214靠紧将被切断的天线导线136。切削支架具有底板220和从中向上凸起的壳体222。开口224轴向穿过壳体222来容纳通过其中的推杆208。推杆208被位于壳体222内的一对圆柱状轴承226和227包围。推杆208控制连接到切削铣刀202的导线切削刀片214的线性往复运动。图1的装配系统配置中，导线切削刀片214安装在切削组件18的底板220下面和超声加载器5的超声操纵杆48的后面，以至容易到达安装其中的天线导线136。
线圈弹簧228围绕切削组件18的推杆208相对于底板220的底部偏压推杆208和导线切削刀片214向上。螺线管230容纳在通过切削装置的底板220形成的螺线管安装孔232内。螺线管230包括在切削铣刀和切削夹爪202和204之间所在的开口203之间被抓紧的控制杆231。当螺线管230被直流电流激励时，其控制杆231被向下推到底板220下面。控制杆231的向下运动导致其间夹住控制杆231的切削铣刀和切削夹爪202和204，以及推杆208和导线切削刀片214也从底板220向下运动，以至随着图1示出的天线导线36的安装从而切断天线导线136。同时，围绕推杆208的弹簧228将被压缩以存储能量。当螺线管230失去激励时，弹簧228将自动扩展并且释放其存储的能量，以至推杆208和导线切削刀片214被向上推动并且离开天线导线136以及朝向切削装置的底板220，以至新的线状天线可以嵌入塑料卡32内。
参照图12示出的调节组件20，该调节组件20用来将天线导线136从天线导线线轴124(图8)引导到导线导沟13(图2)，导线导沟13沿主体3运行以被摆动/惰轮组件14接收(图9和图9A)。调节组件20通过输入导柱234和转动装置236(最好如图2示出)被悬挂在主体3的上面。这样，调节组件20适合在主体3上面“调节”以至吸收冲击力并且因此提供从线轴124到导线导沟13的天线导线136的平滑的移动。
调节组件20包括输入转动块238，通过转动装置236和输入导柱234，该输入转动块238连接到主体3，以至在导线导沟13的上面被分开对准安装。特别地，通过穿过销孔242而被容纳的输入销240，输入转动块238连接到转动装置236。通过一对垫圈243和244以及E型夹子246，输入销240被固定。依靠穿过在输入转动滑块238内形成的销孔254而被容纳的圆柱状轴承250和惰轮销252，惰轮248旋转地连接到输入转动块238中形成的凹陷(最好如图2所示)。因此，线轴124中的天线导线136围绕在惰轮248上面以被直接地引导到主体3(最好如图2和图3示出)的导线导沟13，同时减小摩擦和提高稳定性。
图13示出本发明用于天线导线嵌入系统1的控制电路22。该系统控制电路22包括印刷电路板260，其上安装了多个电子芯片(没有示出)以控制线轴组件12(图8)的线轴电机120和摆动/惰轮组件14(图9)的电机160的操作。控制电路22还处理从光阅读器10(图7)与线轴组件12和摆动/惰轮组件14的各自的编码器126和150接收的数据。控制电路22导致直流电流流到滑动组件7(图5)的电磁音圈76与夹紧组件16(图10)和切削组件18(图11)的各自的螺线管198和230。包括了通讯端口258，因此在电路板260上的芯片能够连接外部设备(例如个人计算机)。
数字显示器262连接到印刷电路板260的前面。作为举例，显示器262是传统的液晶显示器。显示器262提供导线嵌入系统1的状态的可见指示以允许其初始化并且监控超声加载器5(图4)的位置和通过移动超声操纵杆48的尖端52接触图1的塑料片30所产生的力以安装线状天线36。在主体3(最好如图2所示)的前面的可以手工使用的一组按钮264可以被有选择地操控，使得在显示器262上面示出的信息被改变。印刷电路板260连接到主体3的后面，因此显示器262将被容纳在主体前面的窗口(图3示出的23)内以至系统1的用户可以看到。
对于相对大的塑料片30，其中许多塑料智能卡32等等被成行成列地制造，以下做法是可取的：在普通机器人臂(没有示出)上安装多个本发明的嵌入系统1，因此，所有的系统能够串联地操作并且沿着循环路径运动以围绕包围智能卡32的天线36(如图1所示)。这样，并且根据本发明的优点，线状天线36能够以高速与无束缚地连续和有效地嵌入片30内，而这种束缚可能是在从线轴124到超声加载器5的导线输入路径内出现的不需要的拉力的结果。

Claims (21)

1.一种设备(1)，用于在非导电基底(30)内嵌入导电导线天线(136)，从而与安装在基底上的电子芯片进行通信，所述设备包括：
导线天线(136)的源(124)；
加载器(5)，用来容纳来自其所述源的天线导线段，所述加载器具有尖端(52)，该尖端(52)用于在非导电基底内烧制路径，从而所述天线导线(136)段能够安装在其间；
加载器滑动组件(7)，连接到所述加载器(5)并且在第一和相对方向上运动，用于使所述加载器相应地朝向和远离非导电基底(30)运动，以在所述基底内安装所述天线导线段；以及
控制电路(22)，在所述第一和相对方向上控制所述加载器滑动组件(7)的运动。
2.如权利要求1所述的设备(1)，其中所述加载器(5)的尖端(52)被连接以接收超声能量的供给，其中通过该超声能量熔化非导电基底以形成路径，从而所述天线导线(136)段能够被安装在该路径间。
3.如权利要求1所述的设备(1)，其中所述加载器(5)的尖端(52)包括在其间延伸的导线输入轨道(54)，所述天线导线(136)段通过所述导线输入轨道被输入，以经由所述尖端而被安装在非导电基底(30)中。
4.如权利要求1所述的设备(1)，其中所述加载器滑动组件(7)包括连接在一起的第一和第二夹紧壳体(60，62)以围绕和保持其间的所述加载器(5)，所述第一和第二夹紧壳体将所述超声加载器朝向和远离非导电基底(30)运动。
5.如权利要求1所述的设备(1)，其中所述加载器滑动组件(7)包括被连接以接收改变极性的电流的电磁音圈(76)，所述加载器滑动组件在所述第一和相对方向上的运动基于由所述电磁音圈接收的电流的极性。
6.如权利要求5所述的设备(1)，其中所述加载器滑动组件(7)还包括散热片(74)，以消散当所述电磁音圈(76)接收所述电流时产生的热量。
7.如权利要求5所述的设备(1)，还包括以一定间隔靠近所述电磁音圈(76)的音圈磁体(92)，根据所述电磁音圈接收的电流的极性相对于所述音圈磁体的极性，所述电磁音圈与所述音圈磁体吸引和排斥，以相应地使得所述加载器滑动组件(7)在所述第一和相对方向上运动，并且连接到所述加载器滑动组件的所述加载器(5)朝向和远离非导电基底(30)运动。
8.如权利要求7所述的设备(1)，包括光阅读头(10)，其响应所述加载器滑动组件(7)在所述第一和相对方向上的运动以及所述加载器(5)朝向和远离非导电基底(30)的运动。
9.如权利要求8所述的设备(1)，还包括与所述加载器滑动组件(7)在所述第一和相对方向上运动的一组位置线(84)，所述光阅读头(10)响应所述位置线组的运动以指示所述加载器(5)相对于非导电基底(30)的位置。
10.如权利要求1所述的设备(1)，其中所述天线导线源是具有所述天线导线(136)围绕其上的导线分配线轴(124)，所述设备还包括具有与所述线轴耦合的轴(122)的线轴电机(120)，所述线轴电机旋转其轴，用于使得所述线轴相应地旋转，从而天线导线段从所述线轴被分配并且发送到所述加载器(5)，以当被非导电基底(30)被所述加载器的尖端(52)熔化时被安装。
11.如权利要求10所述的设备(1)，还包括与所述线轴电机(120)的轴(122)耦合的轴编码器(126)，并且提供一输出，该输出指示所述电机轴和与所述电机轴耦合的所述导线分配线轴(124)的旋转。
12.如权利要求11所述的设备(1)，还包括放置在所述导线分配线轴(124)和所述加载器(5)之间的导线输入路径中的惰轮组件(14)，所述惰轮组件包括多个可旋转惰轮(137-141)，所述天线导线(136)围绕在该多个可旋转惰轮(137-141)上，以使从所述导线分配线轴(124)传递到所述加载器的天线导线上的拉力最小。
13.如权利要求12所述的设备(1)，所述惰轮组件(14)与可旋转滑轮(162)和与其耦合的滑轮电机(160)进行合作，所述滑轮放置在导线输入路径中，从而从所述多个可旋转惰轮(137-141)发送到所述加载器(5)的所述天线导线(136)围绕所述滑轮，所述滑轮电机以恒定速度和单一方向旋转所述滑轮。
14.如权利要求12所述的设备(1)，所述惰轮组件(14)还包括惰轮臂(144)，该惰轮臂(144)连接到所述天线导线(136)围绕的所述多个可旋转惰轮(137，138)中的至少之一，所述惰轮臂用于响应经由所述多个惰轮(137-141)沿着所述导线分配线轴(124)和所述加载器(5)之间的导线输入路径的所述天线导线中的渐增拉力而旋转。
15.如权利要求14所述的设备(1)，所述惰轮组件(14)还包括与所述惰轮臂(144)耦合并且响应其旋转的惰轮臂编码器(150)，所述惰轮臂编码器提供一输出，该输出指示所述惰轮臂的旋转和沿所述导线输入路径的所述天线导线(136)上的相应拉力。
16.如权利要求15所述的设备(1)，其中耦合到所述线轴电机(120)的轴(122)的轴编码器(126)和耦合到所述惰轮臂(144)的惰轮臂编码器(150)与所述控制电路(22)进行通信，根据由所述线轴电机轴编码器(126)与所述惰轮臂编码器(150)提供的输出，所述控制电路控制所述线轴电机的操作和所述导线分配线轴(124)的相应旋转，从而减少沿着所述导线分配线轴和所述加载器(5)之间的所述导线输入路径的所述天线导线(136)中的拉力。
17.如权利要求1所述的设备(1)，还包括位于所述天线导线(124)的源和所述加载器(5)之间的导线夹紧组件(16)，用于保持天线导线(136)段被所述加载器容纳，所述夹紧组件包括其间夹住天线导线段的一对相对夹爪(166，176)，所述一对夹爪之一(176)可相对于另一个移动。
18.如权利要求1所述的设备(1)，其中所述夹紧组件还包括螺线管(198)，其与所述控制电路(22)进行通信，并且控制所述可移动夹爪(176)相对于其所述对的另一个夹爪(166)的运动。
19.如权利要求1所述的设备(1)，还包括切削组件(18)，用于切断在非导电基底(30)内由所述加载器(5)安装的天线导线(136)所述段的后续段，所述切削组件(18)包括切削刀片(24)和与所述切削刀片耦合的推杆(208)，用来紧靠所述天线导线段移动所述切削刀片，从而切断所述段。
20.如权利要求19所述的设备(1)，其中所述切削组件(18)还包括螺线管(230)，其与所述控制电路(22)进行通信，并且控制所述推杆(208)和与其耦合的所述切削刀片(214)的运动，用于切断所述天线导线(136)段。
21.如权利要求3所述的设备(1)，其中所述加载器(5)的尖端(52)包括凹槽(56)，在该凹槽(56)处，天线导线(136)段经由通过所述尖端延伸的导线输入轨道(54)安装在非导电基底(30)内。
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