CN1412698A - 用于智能卡快速原型化与制造的集成cad与机器人系统 - Google Patents

用于智能卡快速原型化与制造的集成cad与机器人系统 Download PDF

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Abstract

非接触智能卡制造系统集成了计算机辅助设计(CAD)系统和机器人系统，使得能够快速形成新的生产设计并将智能卡设计快速原型化。用户产生表示所需的智能卡设计的CAD图。机器人系统使用CAD图文件中的信息，例如表示卡上的特性尺寸和位置的直角坐标，以便控制机器人系统在智能卡组装中产生所需的特性。

Description

用于智能卡快速原型化与制造的集成CAD与机器人系统
本申请要求2000年11月8日提交的、美国临时申请号为60/247,422、名称为“非接触智能卡制造中用于快速和通用形式变化的CAD和机器人系统的集成”，以及2000年11月8日提交的、美国临时申请号为60/247,455、名称为“用于非接触智能卡制造的天线快速原型化的CAD和机器人系统的集成”两项临时申请的优先权。
背景技术
智能卡是装有集成电路(IC)的塑料卡片，而集成电路带有某种形式的存储器。正如国际标准化组织(ISO)的标准所规定的，许多智能卡是能够装进钱包里的。这些国际标准规定了智能卡的物理特性、传输协议、应用和数据单元的规则。
基于存储器的智能卡包括存储器和某些不可编程逻辑。这种卡可用于例如身份证(卡)或电话卡。更复杂的基于处理器的智能卡包括一个中央处理器(CPU)，一个用于存储操作系统的ROM，一个主存储器(RAM)，和一个用于存储应用数据的存储区(通常是EEPROM)。基于处理器的智能卡可以用于需要复杂计算和对安全需求更高的场合。
智能卡可分为两大类，接触卡和非接触卡。接触卡必须插入一个读卡器才能读取信息。接触卡包括一个通常是镀金的、带有连线的互连模块。如ISO7816标准中所列出的，互连模块可以包括电源、复位、地线、串行输入/输出(SIO)和时钟信号连线。连线与读卡器中的引线(pin)实际接触，以给IC芯片供能并与之通信。接触卡通常被用于预付费用的电话卡和银行卡。
非接触卡不需要与读卡器接触以读取信息。非接触卡包括一个埋在卡中的天线，它可用来通过无线电信号或感应进行能量传输和通信。非接触卡与接触卡相比的优点是交易速度快，容易使用，对卡和读卡器的磨损小等。
混合和双接口卡包括接触式卡和非接触卡的两方面。混合卡具有两个微电子模块(“芯片”)，每一个带有其各自的接触式和非接触接口。双接口或“联合”卡具有带接触和非接触接口两者的单一的模块。
虽然不同类型的卡可以符合相同的ISO规范，因而共享一定的特性和尺寸，还是存在能够属于这些规范内的无数的设计变形。例如，模块的位置，尺寸，式样与天线类型，以及芯片和天线之间导线焊接的位置在不同的卡中可以不同，并仍然符合相同的规范。不同的卡供应商，卡的类型(例如，非接触型，混合型，联合卡类型)及卡的用途之间，可以有不同的参数。
本发明的目的是提供一种集成CAD系统与机器人系统的非接触智能卡的制造系统，它能够快速形成新的生产设计和将智能卡设计快速原型化。
发明概述
根据本发明的方法包括：产生包括所需的非接触智能卡设计的计算机辅助设计(CAD)图文件，所述CAD图文件包括对所需卡特征的信息描述，访问CAD图文件中的信息；以及控制机器人系统使用所访问的信息以产生一个或多个所述需要的特征。
根据本发明的一种机器人系统控制器包括：显示屏；输入装置；CAD模块，可使用所述输入装置操作，使用户能够在显示屏上产生CAD图及对应的CAD图文件，所述图文件包括所需卡的特征的信息描述；存储器装置，可操作用来存储CAD图文件；以及控制器，可操作用来访问CAD图文件中的所述信息，并使用所访问的信息控制机器人系统，以产生一个或多个所述需要的特征。
在一个实施例中，非接触智能卡制造系统集成了计算机辅助设计(CAD)系统和机器人系统，使得能够快速形成新的生产设计并能将智能卡设计快速原型化。
用户产生表示所需的智能卡设计的CAD图。机器人系统使用CAD图文件中的信息，例如表示卡上所需特征尺寸和位置的直角坐标，以便在智能卡组装中控制机器人系统产生所需的特性。所需的特性可以包括集成电路(IC)模块位置，导线缠绕的天线式样，及导线天线和IC模块之间的焊接位置。
附图简述
图1是根据本实施例的集成计算机辅助设计(CAD)和机器人系统控制器系统的框图。
图2是根据本发明一个实施例智能卡的剖视图。
图3A是根据本发明一个本实施例包含多个卡模块的薄片的平面图。
图3B是图3A的卡模块之一的放大图。
图4是根据本本发明一个实施例的模块填装工位的透视图。
图5是根据本本发明一个实施例的埋天线工位的透视图。
图6是描述根据本本发明一个实施例的、由CAD控制的智能卡生产操作的流程图。
图7是示例性的智能卡设计的CAD图示。
具体实施方式
图1示出智能卡制造系统100。系统100包括计算机102，它集成计算机辅助设计(CAD)系统和机器人系统控制器，以便控制在非接触智能卡制造中使用的机器人系统150-152，这种非接触智能卡可以包括标准的非接触卡以及含有天线的混合与联合卡。计算机102可以是特别构建的及专用CAD系统，或运行CAD软件104的通用工作站或个人计算机(PC)。
图2示出根据本实施例的非接触智能卡200。非接触智能卡200包含微电子模块202，例如集成电路(IC)芯片，它连接到埋入在塑料卡层206的导线缠绕的天线204。天线204可以包含三或四圈导线并一般位于围绕在卡的周边。卡可以符合国际标准化组织(ISO)对于遥控耦合非接触卡的国际标准14443或15693。ISO规定了卡的物理，机械和电学特性，及卡与读卡器之间的通信协议，但没有限制卡中的IC芯片的体系结构或对于卡的应用程序。对于这种非接触智能卡流行的体系结构是Mifare体系结构及由菲利普半导体(Philips Semiconductor)开发的相关协议。如图3A和3B所示，可以从单一的塑料薄片300，例如PVC或ABS，同时批量制造非接触智能卡。塑料片300形成智能卡模块302的基片，它们随后从薄片300上被切下。智能卡可以在包含多个工位的生产线中制造。每一工位在制造过程中对薄片300上的批量智能卡进行不同的操作，以形成逐步进展的组件。组件可以被传送到生产线中用于后继制造操作的下一个工位。工位可以包括冲孔，模块拾取和放置(模块填装)，埋(天)线，天线/模块互连(焊接)，层压，及切卡。
冲孔工位用来向薄片300冲孔或凹槽。孔要适应IC模块304的体积，该模块将在装配过程稍后阶段被插入到凹槽。
冲孔之后，组件传送到模块填装工位400，诸如图4所示。IC模块304来自标准的35mm条带上，并由冲切装置一个个分开。被分开的单独的模块304被放置到一穿梭传送器中，该穿梭传送器把它们传送到模块填装机器人402的呈现点。
机器人402把真空头和传感器移动到被编程的位置。传感器检验模块是否有缺陷。有缺陷的模块可以从穿梭传送器去除并被放置到保持箱中。好的模块从呈现穿梭传送器中取下并放置在薄片300上规定的位置。可以使用氰基-丙稀酸(cyano-acrylic)粘合剂把模块304固定到位，这种粘合剂是使用工业标准分配系统精确施涂的。
然后组件被传送到诸如图5所示的埋线工位500。可以使用压埋(staking)技术将卡天线305嵌入，其中绝缘导线被加热并由通过其馈送导线的布线角压入到塑料卡基片中。可以使用超声波换能器加热被压入卡基片的导线。被加热的导线使它接触的塑料液化。液化的塑料在导线被压入基片时机械上俘获该导线。
机器人系统501可以根据天线模式移动埋线头502。每一埋线头包含一布线角，一个超声波换能器，一个激励器(例如，机械式或音圈式)，以及一个导线馈送器/切割器，使得埋线头根据所需的天线模式移动时，被加热的导线从布线角被连续地馈送并嵌入到塑料卡基片中。导线可以是大约直径4密尔的聚酯绝缘铜导线，被嵌入到厚度大约在0.1到0.3mm之间并包含不同类型的塑料，例如PC，PVC，ABS，PET，或PETG的卡基片中。
在导线天线305嵌入之后，组件被传送到焊接工位。导线天线305的端头310被焊接到IC模块304上，以便在每一卡模块中的IC模块304和天线305之间提供电连接。
每一IC模块304可以包括两个接头308，用于与卡模块的相关缠绕的导线天线304的两端310互连。导线天线的末端310可以使用热压焊技术与接头308焊接。机器人系统152可以控制焊头的位置及用来产生焊接的热量和压力。由于导线天线用来向IC模块提供电能，并使IC模块与读卡器通信，因而很重要的是在导线天线和IC模块之间要形成良好的焊接。
在导线焊接之后，组件被传送到层压工位并从两侧被层压。被层压的薄片然后传送到切卡工位，在此把薄片300切割成单个智能卡200。
模块填装工位，埋线工位，及焊接工位每一个可包括机器人系统，分别控制模块填装机器人402，埋线头502，及焊接头的移动和操作。在一个实施例中，计算机102包括系统控制器106，它集成CAD软件104和各种机器人控制器操作系统及软件108-110。
图6是描述根据本发明一实施例的CAD控制的智能卡生产操作600的流程图。计算机102可以包括高质量的图形监视器和输入装置，诸如鼠标，光笔，或数字化仪，以便用户能够产生表示所需的智能卡设计的CAD图(方框602)。图7示出示例性的CAD图700。另外，用户可以装入对应于所需的格式的现有的CAD图文件。
CAD图700包括用于所需的设计的参数，例如它可包括对于卡上的特征位置的笛卡儿坐标(x-，y-，z-轴)。特征可以包括IC模块304的位置，天线端头310和IC模块接头308之间导线焊接309的位置，以及导线天线的模式305，例如包括尺寸，形状，及卷绕数。CAD图可以是二维(2-D)的并描述卡表面上特征的位置和尺度，或是三维的(3-D)，进而描述卡的厚度和特征的深度。计算机102使用CAD图中的信息控制各种机器人系统150-152，以产生在CAD图中所描述的实际的智能卡模块302上的特征(方框604)。
CAD软件104保持对设计相关性的跟踪，使得当用户改变一个值时，与该值相关的其它值据此自动改变。CAD软件还可以包含参数限制，诸如最小和最大值，它们对应于与制造中的该类型的卡相适应的ISO规范中的范围和公差。CAD软件可以使用这一信息保证由用户生成的CAD图，以及使用该图生产的接触式卡符合适当的规范。
由机器人系统150-152所使用其它参数可以与CAD图文件相关联。例如这些参数可能包括当在卡基片中埋线时由埋线机器人控制器109用来控制埋线头的速度，压力，及超声波能量值，以及在热压焊操作期间由焊接机器人控制器110用来控制焊接头的热量和压力。
在传统的智能卡生产线中，生产设计的修改以及向不同生产设计的切换，可能要求在一个或多个工位中对设备及用来控制设备的数据和软件进行广泛的修改。例如，在用来制造包括蚀刻天线的智能卡的生产线的情形下，必须对新的设计生成新的掩膜。然而，在本实施例中，通过修改CAD图文件(方框606)中的参数，可以相对容易地改变用于特定智能卡生产的格式。这种集成软件方法的结果在于相对快速的产品开发时间。而且，该系统通过产生或加载新的CAD图文件(方框602)，能够以最小的建立时间从一个不同的生产设计改变到另一个不同的生产设计。
由系统及其组件进行的操作能够以硬件或软件或者两者的组合(即可编程逻辑阵列)实现。除非特别规定，作为操作的一部分所包含的算法并不与特定的计算机或其它设备有任何内在的关联。特别是，各种通用机器可与根据这里所述的原理而编写的程序一同使用，或者可以更方便地构成更为专用的设备，以执行所需的方法步骤。然而，本发明最好是在可编程系统上执行的一个或多个计算机程序中现实，每一可编程系统包括至少一个处理器，至少一个数据存储系统(包括易失和非易失存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，以及至少一个输出装置。程序代码用来输入数据，以便执行这里所述的功能并产生输出信息。输出信息以已知的方式加到一个或多个输出装置。
每一个这种程序可以任何所需的计算机语言实现(包括机器语言，汇编语言，高级过程语言，或面向对象编程语言)，以便同计算机系统通信。在任何情形下，语言可以被编译或解释。
每一这种计算机程序最好存储在可由通用或专用可编程计算机读取的存储介质或装置中(例如ROM，CD-ROM或磁性或光学介质)，用于当存储介质或装置由计算机读取时设置并操纵计算机，以便执行这里所述的过程。还可以把系统当作为以计算机程序设置的计算机可读存储介质来实现，其中这样设置的存储介质引起计算机按特定的和预定的方式操作，以执行这里所述的功能。
上面已经描述了数个实施例。然而，应当理解的是，在不背离本发明的精神和范围的情形下可以对本发明做出许多修改。因而，其它的实施例落入以下权利要求的范围内。

Claims (32)

1.一种方法，包括
产生包括所需的非接触智能卡设计的计算机辅助设计(CAD)图文件，所述CAD图文件包括对所需卡特征的信息描述，
访问CAD图文件中的信息；以及
控制机器人系统使用所访问的信息以产生一个或多个所述需要的特征。
2.权利要求1的方法，其中的信息包括直角坐标系中的位置信息。
3.权利要求1的方法，其中的信息包括对于对应特征的所需的定位。
4.权利要求1的方法，其中的信息包括对应特征的尺度。
5.权利要求1的方法，其中的信息包括用于操作的参数。
6.权利要求5的方法，其中所述参数包括用于控制导线天线植入设备的速度值，超声波能量值，及压力值。
7.权利要求6的方法，其中特征包括导线天线模式，且信息包括导线的尺寸和形状及卷绕数。
8.权利要求1的方法，其中所述控制一机器人系统包括控制机器人系统，该系统包含埋线设备，该设备可操作用来在卡基片中压埋导线天线。
9.权利要求1的方法，其中所述控制一机器人系统包括控制填装机器人，该机器人可操作用来在卡基片的孔中放置集成电路(IC)模块。
10.权利要求9的方法，其中的信息包括卡基片中IC模块的长度和宽度，以及IC模块在卡基片中所需的位置。
11.权利要求1的方法，其中所述控制一机器人系统包括控制一机器人系统，该系统包含焊接设备，该设备可操作用来把导线天线的端头焊接到IC模块上的接头。
12.权利要求11的方法，其中的信息包括所需的焊接位置。
13.权利要求1的方法，还包括：
修改CAD图文件，所述CAD图文件包括至少一个新的所需卡的特征的修改信息的描述，
访问CAD图文件中修改的信息；以及
使用所访问的信息控制机器人系统以产生所述新的所需特征。
14.一种机器人系统控制器，包括：
显示屏；
输入装置；
CAD模块，可使用所述输入装置操作，使用户能够在显示屏上产生CAD图及对应的CAD图文件，所述图文件包括所需卡的特征的信息描述；
存储器装置，可操作用来存储CAD图文件；以及
控制器，可操作用来访问CAD图文件中的所述信息，并使用所访问的信息控制机器人系统，以产生一个或多个所述需要的特征。
15.权利要求14机器人系统控制器，其中的信息包括对于对应的的特征的所需的位置。
16.权利要求14机器人系统控制器，其中的信息包括对应的特征的尺度。
17.权利要求14机器人系统控制器，其中的控制器还可操作以便控制一机器人系统，该系统包含一埋线设备，该设备可操作用来在卡基片中压埋导线天线。
18.权利要求14机器人系统控制器，其中的控制器还可操作以便控制一填装机器人，该机器人可操作用来在卡基片的一个孔中放置集成电路(IC)模块。
19.权利要求14机器人系统控制器，其中的控制器还可操作以便控制一机器人系统，该系统包含一焊接设备，该设备可操作用来把导线天线的端头焊接到IC模块上的接头。
20.包含机器可读介质的一种制品，该介质包含机器可操作指令，这些指令可操作用来引起机器：
产生包括所需非接触智能卡设计的计算机辅助设计(CAD)图文件，所述CAD图文件包含所需卡特征的信息描述，
访问CAD图文件中的信息；以及
使用所访问的信息控制机器人系统，以产生一个或多个所述需要的特征。
21.权利要求20的制品，其中的信息包括直角坐标系中的位置信息。
22.权利要求20的制品，其中的信息包括对于对应特征所需的位置。
23.权利要求20的制品，其中的信息包括对应的特征的尺度。
24.权利要求20的制品，其中的信息包括用于操作的参数。
25.权利要求24的制品，其中所述参数包含用于控制埋线设备的速度值，超声波能量值，及压力值。
26.权利要求25的制品，其中的特征包括导线天线模式，且信息包括导线的尺寸和形状以及卷绕数。
27.权利要求20的制品，其中用于控制机器人系统的指令还包括引起该机器控制一机器人系统的指令，该机器人系统包括一埋线设备，该设备可操作用来在卡基片中压埋导线天线。
28.权利要求20的制品，其中用于控制机器人系统的指令还包括引起该机器控制一填装机器人的指令，该机器人可操作用来在卡基片的孔中放置集成电路(IC)模块。
29.权利要求28的制品，其中的信息包括卡基片中的IC模块的长度和宽度，以及卡基片中的IC模块的所需位置。
30.权利要求20的制品，其中用于控制机器人系统的指令还包括引起该机器控制一机器人系统的指令，该机器人系统包括一焊接设备，该设备可操作用来把导线天线的端头焊接到IC模块的接头。
31.权利要求30的制品，其中的信息包括焊接所需的位置。
32.权利要求20的制品，还包括可操作的指令，以便引起机器：
修改CAD图文件，所述CAD图文件包括至少一个新的所需的卡特征的修改信息描述，
访问CAD图文件中修改的信息；以及
使用所访问的信息控制机器人系统以产生所述新的所需的特征。
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