CN204314840U - 电磁笔和电磁笔谐振频率调整装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了电磁笔、电磁笔谐振频率调整装置。所述电磁笔（302）能够在电磁板上操作，包括：笔壳；位于所述笔壳内的电磁笔芯（103），其具有LC谐振电路；谐振频率调整单元（200），其包括与所述LC谐振电路并联的一组电容器（204）和分别与所述电容器（204）串联的一组短接器件（205），所述短接器件（205）能够被激光切断。

Description

电磁笔和电磁笔谐振频率调整装置

技术领域

本发明涉及电磁触控技术领域，具体地涉及一种电磁笔、电磁笔谐振频率调整装置。

背景技术

由于电磁触控技术具有定位精度高、压力感应灵敏等特点，所以该技术在越来越多的产品上得到应用，如：电子手写板、绘画板、电子书、平板电脑、手写液晶屏和电子白板等，给用户带来逼真的书写和绘画体验。

电磁触控装置主要由电磁笔和电磁板组成，它的工作原理是：当电磁笔接收到电磁板线圈发射的磁场信号时，会以谐振频率产生一个新的磁场信号，电磁板的接收线圈检测到这个磁场信号，经过一系列的处理得到笔的坐标、压感等信息。其中，电磁笔的核心部件是LC振荡电路，根据谐振原理，只有电磁笔的谐振频率与电磁板发射线圈的频率相匹配时，电磁板才能准确地获得笔的坐标、压感等信息。而电磁板的发射频率是一定的，所以要将电磁笔调到与电磁板相匹配的谐振频率。由于电感L和电容C本身存在一定的偏差，所以需要调节电感L的值或者电容C的值，将电磁笔的谐振频率准确地调节到需要的频率值，目前通用的做法是调节电容值。

下面参照图1来描述现有技术的调整电磁笔的谐振频率（下面也称为调数）的装置和方法。图1中，现有技术的调数装置100包括：用于检测谐振频率的调数板101；用于在调数板101上显示频率的数码管102；待调整谐振频率的电磁笔芯103；固定笔芯103的固定台104。调数板101固定在固定台104上，电磁笔芯103放在固定台104上的固定位置。

电磁笔芯103上的调数部分200的结构如图2所示。

该调数部分200包括：电磁笔芯的PCB板201；位于PCB 201上的多个固定电容值的电容204，这一排电容组成并联电容组，用于精确调节笔芯的谐振频率；与电容204串联的多个焊盘202、203，根据需要将两个竖向排列的焊盘202、203进行短路。

这种调数装置和方法的原理是：通过短路相应的焊点，将相应的电容并联接入到LC谐振电路中，从而改变LC谐振电路的电容值，也就改变了谐振频率。

根据上述调数原理，实际的操作方法是：将笔芯103垂直于调数板101水平固定放置。放置好以后，数码管102上会显示该笔芯103的频率值，操作人员需要根据当前数值的大小以及需要调节到的频率值，判断需要短接哪组焊盘，然后用锡焊烙铁将两焊盘短接起来，焊接短路后，数码管102上显示的笔芯的频率值会发生变化，若该数值符合要求，则停止调节；若不符合要求，则根据频率值的大小，判断需要短接哪组焊盘或者断开之前短接过的焊盘，继续进行调节，直到将频率值调到符合要求，然后拿走烙铁，等焊点冷却后再次测试电磁笔的频率，如果读数仍然合适，则调数成功，否则重复以上步骤。

上述用锡焊烙铁短接焊盘进行调数的方法虽然简单，但是却存在很大的缺陷：

首先，整个调数过程受温度的影响较大。由于电容的容值会随温度的变化而变化，这样笔芯的频率就处于一种不稳定的状态，调数的结果也是不准确的，最终会影响笔芯的性能以及一次调数合格率。

其次，整个调数过程对工人的要求较高，工人需要根据经验来不断的焊接或断开相应焊接点来进行调数，对熟练工人的依赖性较大，不同的人，调数的结果会有偏差，造成工作效率低，一致性差。

另外，在已公开的发明专利《电磁笔频率调整设备和方法》（公布号CN 103019416A）中公开了一种基于邦定技术的电磁笔频率调整设备和方法，用邦定的方式将两焊盘短接起来，这种方法可以实现自动调数，避免锡焊烙铁焊接温度的影响，调数比较准确和稳定，但是速度受限于电控位移台的速度和邦定机的邦定速度，并且邦定后续的处理比较麻烦。例如，还需要后续封胶工序或者重新补焊工序，与人工焊接调数相比生产效率并没有实质性的提高。

发明内容

为了解决上述调数装置的缺陷，本发明提出了一种电磁笔频率调整装置，即：在笔芯PCB上预先将并联电容组短接焊盘连接起来，这样并联电容组都接入到LC谐振电路中，然后通过激光设备断开电容短接点，将电容从并联电容组中分离开进行调数。本发明可以替代现有工人手工焊接调数的方式，大大提高了电磁笔笔芯调数的效率和准确性。

本发明提供了一种在电磁板上操作的电磁笔，包括：笔壳；位于所述笔壳内的电磁笔芯，其具有LC谐振电路；谐振频率调整单元，其包括与所述LC谐振电路并联的一组电容器和分别与所述电容器串联的一组短接器件，所述短接器件能够被激光切断。

本发明还提供了一种电磁笔的谐振频率调整装置，其中，所述电磁笔包括：笔壳；位于所述笔壳内的电磁笔芯，其具有LC谐振电路；谐振频率调整单元，其包括与所述LC谐振电路并联的一组电容器和分别与所述电容器串联的一组短接器件，所述短接器件能够被激光切断；所述谐振频率调整装置包括：检测装置，其检测所述电磁笔的所述LC谐振电路的谐振频率；激光装置，其发出激光将所述短接器件中的一个或多个切断；控制装置，其将所述检测装置检测到的谐振频率与预先设定的期望谐振频率进行比较，确定需要切断的短接器件以将所述电磁笔的谐振频率调整到所述期望谐振频率，并根据确定结果控制所述激光装置执行切断操作。

本发明是通过激光的方式切断并联电容组中短接器件来进行调数的，只需将笔芯放置在激光打标设备打标区域的固定位置，然后启动调数，即可快速完成笔芯的调数工作，不需要增加电控位移台以及相应的控制器。激光调数完成后，不再需要对这些切断点进行后续处理，笔芯可直接流向另一生产工序，操作简单，且生产效率大大提高。

附图说明

附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解。附图不必是按比例绘制的，仅仅是为了给出示意性结构。

图1是现有技术的调数装置的示意图。

图2是现有技术的调数装置的调数原理示意图。

图3是根据本发明实施方式的调数装置的示意图。

图4是根据本发明实施方式的调数装置的调数原理示意图。

图5是根据本发明实施方式的调数装置的结构示意图。

图6是根据本发明实施方式的对零欧姆贴片电阻进行激光切断的示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明提供的主动电容笔和触控装置进行详细描述。在这些附图中，对于相同或者相当的构成要素，标注相同标号。以下仅为本发明的主动电容笔的最佳实施方式，本发明并不仅限于下述结构。

首先参照图3详细描述本发明的调数方案。

图3是本发明提出的电磁笔笔芯PCB的电容调节部分的示意图。该电容调节部分一般位于电磁笔芯的PCB板201上。该电容调节部分包括与电磁笔的LC谐振电路（未示出）并联的一组固定电容值的电容204；与电容204串联的焊盘202和203；对应两个焊盘202和焊盘203之间的连接件205，称为短接器件。

如图3所示，与图2中的结构相比，不同之处在于图2中焊盘202和焊盘203之间是没有短接的。也就是说，图2中的调数方案为增加电容，图3中的调数方案为减少电容。

本发明的调数原理是：断开相应电容的短接器件，将其中的固定电容从电路中分离开来，以改变LC谐振电路的电容值，达到调节电磁笔笔芯谐振频率的目的。

如图4所示，采用切断的方式将焊盘202和焊盘203之间的短接器件205断开，断开后如206和207所示。与被断开的短接器件205相串联的电容204由此与LC谐振电路断开，从而改变了LC谐振电路的谐振频率。

本发明的切断设备采用的是激光打标设备，其优点是非接触、速度快、精度高，且近几年激光打标设备的价格也有大幅下降，且激光打标设备便于进行二次开发，适用于自动调数系统。

下面参照图5来描述本发明所提出的自动调数装置的系统结构及实现方案。

图5是整个调数系统的结构示意图。如图5所示，该调数系统包括：调数板301，用于检测电磁笔的谐振频率；待调数的电磁笔笔芯302；笔芯PCB的夹具座303；整个系统的工作平台304，用于固定夹具座303以及激光装置，其中笔芯302和夹具座303被固定在工作平台304上；激光输出口306；激光器组件307；作为驱动装置的可升降机构308，其中激光输出口306和激光器组件307是固定在一起的，激光器组件307固定在升降机构308上，这样可以方便调节激光输出口306到笔芯302的短接器件表面之间的距离，即调节激光输出的焦点；激光装置的控制装置309，其包含计算机、控制组件等；数据线305，连接调数板301和激光装置的计算机。

本发明中的所提到的激光切断设备使用的是现有成熟的激光打标设备；目前，市场上激光设备中的激光器分为CO2激光器，半导体激光器，光纤激光器；其中，CO₂激光器主要应用于非金属材料，价格最低，半导体激光器可以应用于非金属材料以及金属材料，设备相对复杂，水冷，属于二代产品，光纤激光器可以应用于非金属材料以及金属材料，属于最先进的第三代产品，风冷、寿命长、维护简单，当然，价格也是最贵的。本发明中，可以采用半导体激光设备和光纤激光设备。激光打标设备的打标范围标准配置为100mm×100mm，根据需要还可以选择其他的配置，激光器的这个打标范围完全可以覆盖笔芯上需要调节的短接点区域。激光打标设备一般是由：光路系统、电路系统、制冷系统及控制系统等四部分组成。其中，控制系统主要是由扫描振镜、计算机、控制应用（板卡）等组成。

本发明中调数板将电磁笔的谐振频率数据传输到激光打标设备的计算机上，通过计算机上存储的应用计算出需要切断哪个短接器件，然后控制激光打标设备输出激光切断该短接器件，将电磁笔笔芯的谐振频率调节到合格范围内，以实现对电磁笔笔芯的自动调数功能。

下面具体描述本发明的实施例。

考虑到电磁笔PCB的尺寸空间大小，并且要用激光切断方式将短接器件切断，所以短接器件本身的材料和结构成为能否实现激光切断的一个关键因素。为了找出用激光器快速断开且适用于PCB上的短接器件，发明人进行了大量的实验和探索，分别实验了用激光器切断短接焊盘用PCB铜线、锡焊点的作为短接器件的方案，结果表明，用激光器是可以实现PCB铜线、锡焊点切断，但是要求激光的功率较大，且切断时间长，激光切断PCB铜线或者锡焊点的同时，对PCB板也有一定的损坏，不适合作为本发明中的短接器件。发明人想到零欧姆电阻是常用的电路短接器件，所以对零欧姆贴片电阻的结构和材料进行分析，零欧姆贴片电阻是由陶瓷基板、端电极、保护层和导体层等组成，如果可以将零欧姆贴片电阻正面的导体层切断，露出陶瓷基板，即可实现将贴片电阻切断；基于这样的分析，发明人采用激光打标设备进行了切断实验，发现激光可以快速将零欧姆电阻断开，实现将相应的电容从电路中分离开来，以减小谐振电路中的总电容值，达到调数的目的。

在本发明中，使用零欧姆贴片电阻作为短接器件将电容器件并联到谐振电路中，作用是方便用激光快速切断，达到快速调数的目的。

需要说明的是，本发明的激光装置除了激光打标机以外，还可以是激光刻章机、激光切割机。

将电磁笔笔芯放置在笔芯夹具座上，夹具座上的调数板就可以测量到笔芯的谐振频率数据，调数板具有串口输出功能，实时输出频率数据，计算机与调数板通过串口数据线进行连接，这样计算机就可以实时获取电磁笔笔芯的频率数据，进而就可以进入调数流程，进行频率计算和判断等处理。具体调数过程为：

将笔芯放置在夹具座304上，点击开始调数按钮，调数应用通过串口实时读取调数板上的笔芯频率值，并计算该频率值与合格频率值的差值，然后根据每个短接点的频率变化设定值，判断出需要切断哪个短接点，计算出短接点位置后，该调数应用控制激光设备输出激光进行切断，断开短接点后，再次读取调数板上的笔芯频率值，继续上述流程，直到将笔芯频率调节到合格频率范围内。

为了防止初始频率不合格的笔芯进入调数流程，在软件中增加笔芯的初始频率筛选，若笔芯的初始频率不合格，则控制装置309报错并退出调数，将无法调节频率的笔芯挑选出来，提高调数效率和合格率。

对于个别笔芯，可能由于电容容值偏差较大，激光切断调数后超出合格频率范围，这些笔芯就无法再次使用激光切断的方式进行调数了。对于这些笔芯，需要先将PCB板上的短接器件焊掉，然后通过锡焊烙铁采用传统的焊接调数方法再次进行调数，避免笔芯的报废。在实际生产过程中，这种笔芯的比例是非常低的。

如图6所示，PCB上有5个零欧姆贴片电阻401、402、403、404、405，也就是用于激光切断调数的5个短接器件。例如：如果要断开零欧姆贴片电阻401，激光设备需要在406位置处输出激光，通过激光打标的方式断开零欧姆贴片电阻401。

由于激光打标设备输出的激光光束非常细，要用激光切断零欧姆贴片电阻表层的导体层，激光设备只打标一条线是不行的，而是需要在一个一定宽度的区域多次输出激光打标出多条线，形成一个打标区域，如图中406所示，这个区域的长度要大于贴片电阻的宽度，但是不能长于贴片电阻之间间距的2倍，这样就能保证激光设备每打标一次只断开一个贴片电阻，防止切到相邻的贴片电阻。

需要打标的区域406是一个填充图案，406放大后是图中406c的形状，图中406a和406b这两种填充的方式也是可行的；填充图案中线条的间距可以设置为0.01mm或者0.02mm，这样填充区域内线条就是激光输出打标的轨迹，线条越密集，激光打标线条越多，目的就是将贴片电阻上这一区域内的导体层清除干净，以断开零欧姆贴片电阻。由于激光设备打标速度是非常快的，一般0.1秒左右就可以断开一个贴片电阻。

该实施例中激光打标的形状是一长条矩形形状，但是不局限于长条形，可以是其他打标形状，如：椭圆形、菱形等，填充图案也可以是别的形状，目的都是断开零欧姆贴片电阻。

笔芯夹具上有定位孔等进行位置限定，这样可以保证同一型号笔芯每次放入夹具上的位置是一致的，这样笔芯上短接器件的位置也是固定的；如图6：笔芯PCB上有5个短接器件，通过打标应用找到每个短接器件的打标位置并保存，作为调数软件中该短接器件的打标位置参数，通过这种方法就可以设置好调数软件中这5个短接器件的打标位置参数。

对不不同型号的笔芯，只需修改软件上各个短接器件的打标位置参数，即可对不同型号的笔芯进行自动调数，可以用于不同型号的笔芯调数生产。

本发明的调数设备具有如下优点：

1. 设备自动完成调数过程，不需要人工干预，减少对于熟练工人的依赖，减轻了工人的劳动强度，便于工人操作，进而降低劳动成本。

2. 设备调数速度快，激光切断每个短接点的时间为0.1秒左右，大大缩短了笔芯的调数时间，提高笔芯调数环节的生产效率。

3. 调数结果准确、稳定，笔芯调数的算法是由PC机根据设定好的算法进行计算的，可以准确地将笔芯频率调节到合格频率范围；并且激光切断调数对笔芯温度的影响很小，所以调数完成后，笔芯的频率不会再变化，不用进行反复调节；

4．笔芯调数是电磁笔生产过程中的重要环节，实现自动调数后，大大缩短生产时间，不仅能提高生产效率，还有利于将来实现电磁笔的整条生产线的自动化。

以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进。这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种在电磁板上操作的电磁笔（302），包括：

笔壳；

位于所述笔壳内的电磁笔芯（103），其具有LC谐振电路；

谐振频率调整单元（200），其包括与所述LC谐振电路并联的一组电容器（204）和分别与所述电容器（204）串联的一组短接器件（205），所述短接器件（205）能够被激光切断。

2.根据权利要求1所述的电磁笔（302），其中，所述短接器件（205）是零欧姆电阻。

3.一种电磁笔（302）的谐振频率调整装置（300），其中，所述电磁笔（302）包括：

笔壳；

位于所述笔壳内的电磁笔芯（103），其具有LC谐振电路；

谐振频率调整单元（200），其包括与所述LC谐振电路并联的一组电容器（204）和分别与所述电容器（204）串联的一组短接器件（205），所述短接器件（205）能够被激光切断；

所述谐振频率调整装置（300）包括：

检测装置（301），其检测所述电磁笔（302）的所述LC谐振电路的谐振频率；

激光装置（306, 307），其发出激光将所述短接器件（205）中的一个或多个切断；

控制装置（309），其将所述检测装置（301）检测到的谐振频率与预先设定的期望谐振频率进行比较，确定需要切断的短接器件（205）以将所述电磁笔（302）的谐振频率调整到所述期望谐振频率，并根据确定结果控制所述激光装置（306, 307）执行切断操作。

4.根据权利要求3所述的装置（300），其中，所述短接器件（205）是零欧姆电阻。

5.根据权利要求3所述的装置（300），其中，所述激光装置（306, 307）是激光打标机、激光刻章机、激光切割机中任意一个。

6.根据权利要求3所述的装置（300），其中，所述控制装置（309）根据所述电容器（204）的电容值，确定需要切断的短接器件（205）以将所述电磁笔（302）的所述LC谐振电路的谐振频率调整到所述期望谐振频率。

7.根据权利要求3所述的装置（300），其中，所述装置（300）还包括驱动装置（308），所述驱动装置（308）在所述控制装置（309）的控制下对所述激光装置（306, 307）进行驱动。