專利名稱：用于智能卡快速原型化與制造的集成cad與機器人系統(tǒng)的制作方法
本申請要求2000年11月8日提交的、美國臨時申請?zhí)枮?0/247,422、名稱為“非接觸智能卡制造中用于快速和通用形式變化的CAD和機器人系統(tǒng)的集成”，以及2000年11月8日提交的、美國臨時申請?zhí)枮?0/247,455、名稱為“用于非接觸智能卡制造的天線快速原型化的CAD和機器人系統(tǒng)的集成”兩項臨時申請的優(yōu)先權(quán)。
基于存儲器的智能卡包括存儲器和某些不可編程邏輯。這種卡可用于例如身份證(卡)或電話卡。更復(fù)雜的基于處理器的智能卡包括一個中央處理器(CPU)，一個用于存儲操作系統(tǒng)的ROM，一個主存儲器(RAM)，和一個用于存儲應(yīng)用數(shù)據(jù)的存儲區(qū)(通常是EEPROM)?；谔幚砥鞯闹悄芸梢杂糜谛枰獜?fù)雜計算和對安全需求更高的場合。
智能卡可分為兩大類，接觸卡和非接觸卡。接觸卡必須插入一個讀卡器才能讀取信息。接觸卡包括一個通常是鍍金的、帶有連線的互連模塊。如ISO7816標準中所列出的，互連模塊可以包括電源、復(fù)位、地線、串行輸入/輸出(SIO)和時鐘信號連線。連線與讀卡器中的引線(pin)實際接觸，以給IC芯片供能并與之通信。接觸卡通常被用于預(yù)付費用的電話卡和銀行卡。
非接觸卡不需要與讀卡器接觸以讀取信息。非接觸卡包括一個埋在卡中的天線，它可用來通過無線電信號或感應(yīng)進行能量傳輸和通信。非接觸卡與接觸卡相比的優(yōu)點是交易速度快，容易使用，對卡和讀卡器的磨損小等。
混合和雙接口卡包括接觸式卡和非接觸卡的兩方面?；旌峡ň哂袃蓚€微電子模塊(“芯片”)，每一個帶有其各自的接觸式和非接觸接口。雙接口或“聯(lián)合”卡具有帶接觸和非接觸接口兩者的單一的模塊。
雖然不同類型的卡可以符合相同的ISO規(guī)范，因而共享一定的特性和尺寸，還是存在能夠?qū)儆谶@些規(guī)范內(nèi)的無數(shù)的設(shè)計變形。例如，模塊的位置，尺寸，式樣與天線類型，以及芯片和天線之間導(dǎo)線焊接的位置在不同的卡中可以不同，并仍然符合相同的規(guī)范。不同的卡供應(yīng)商，卡的類型(例如，非接觸型，混合型，聯(lián)合卡類型)及卡的用途之間，可以有不同的參數(shù)。
本發(fā)明的目的是提供一種集成CAD系統(tǒng)與機器人系統(tǒng)的非接觸智能卡的制造系統(tǒng)，它能夠快速形成新的生產(chǎn)設(shè)計和將智能卡設(shè)計快速原型化。
根據(jù)本發(fā)明的一種機器人系統(tǒng)控制器包括顯示屏；輸入裝置；CAD模塊，可使用所述輸入裝置操作，使用戶能夠在顯示屏上產(chǎn)生CAD圖及對應(yīng)的CAD圖文件，所述圖文件包括所需卡的特征的信息描述；存儲器裝置，可操作用來存儲CAD圖文件；以及控制器，可操作用來訪問CAD圖文件中的所述信息，并使用所訪問的信息控制機器人系統(tǒng)，以產(chǎn)生一個或多個所述需要的特征。
在一個實施例中，非接觸智能卡制造系統(tǒng)集成了計算機輔助設(shè)計(CAD)系統(tǒng)和機器人系統(tǒng)，使得能夠快速形成新的生產(chǎn)設(shè)計并能將智能卡設(shè)計快速原型化。
用戶產(chǎn)生表示所需的智能卡設(shè)計的CAD圖。機器人系統(tǒng)使用CAD圖文件中的信息，例如表示卡上所需特征尺寸和位置的直角坐標，以便在智能卡組裝中控制機器人系統(tǒng)產(chǎn)生所需的特性。所需的特性可以包括集成電路(IC)模塊位置，導(dǎo)線纏繞的天線式樣，及導(dǎo)線天線和IC模塊之間的焊接位置。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例智能卡的剖視圖。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明一個本實施例包含多個卡模塊的薄片的平面圖。
圖3B是圖3A的卡模塊之一的放大圖。
圖4是根據(jù)本本發(fā)明一個實施例的模塊填裝工位的透視圖。
圖5是根據(jù)本本發(fā)明一個實施例的埋天線工位的透視圖。
圖6是描述根據(jù)本本發(fā)明一個實施例的、由CAD控制的智能卡生產(chǎn)操作的流程圖。
圖7是示例性的智能卡設(shè)計的CAD圖示。
圖2示出根據(jù)本實施例的非接觸智能卡200。非接觸智能卡200包含微電子模塊202，例如集成電路(IC)芯片，它連接到埋入在塑料卡層206的導(dǎo)線纏繞的天線204。天線204可以包含三或四圈導(dǎo)線并一般位于圍繞在卡的周邊?？梢苑蠂H標準化組織(ISO)對于遙控耦合非接觸卡的國際標準14443或15693。ISO規(guī)定了卡的物理，機械和電學(xué)特性，及卡與讀卡器之間的通信協(xié)議，但沒有限制卡中的IC芯片的體系結(jié)構(gòu)或?qū)τ诳ǖ膽?yīng)用程序。對于這種非接觸智能卡流行的體系結(jié)構(gòu)是Mifare體系結(jié)構(gòu)及由菲利普半導(dǎo)體(Philips Semiconductor)開發(fā)的相關(guān)協(xié)議。如圖3A和3B所示，可以從單一的塑料薄片300，例如PVC或ABS，同時批量制造非接觸智能卡。塑料片300形成智能卡模塊302的基片，它們隨后從薄片300上被切下。智能卡可以在包含多個工位的生產(chǎn)線中制造。每一工位在制造過程中對薄片300上的批量智能卡進行不同的操作，以形成逐步進展的組件。組件可以被傳送到生產(chǎn)線中用于后繼制造操作的下一個工位。工位可以包括沖孔，模塊拾取和放置(模塊填裝)，埋(天)線，天線/模塊互連(焊接)，層壓，及切卡。
沖孔工位用來向薄片300沖孔或凹槽?？滓m應(yīng)IC模塊304的體積，該模塊將在裝配過程稍后階段被插入到凹槽。
沖孔之后，組件傳送到模塊填裝工位400，諸如圖4所示。IC模塊304來自標準的35mm條帶上，并由沖切裝置一個個分開。被分開的單獨的模塊304被放置到一穿梭傳送器中，該穿梭傳送器把它們傳送到模塊填裝機器人402的呈現(xiàn)點。
機器人402把真空頭和傳感器移動到被編程的位置。傳感器檢驗?zāi)K是否有缺陷。有缺陷的模塊可以從穿梭傳送器去除并被放置到保持箱中。好的模塊從呈現(xiàn)穿梭傳送器中取下并放置在薄片300上規(guī)定的位置?？梢允褂们杌?丙稀酸(cyano-acrylic)粘合劑把模塊304固定到位，這種粘合劑是使用工業(yè)標準分配系統(tǒng)精確施涂的。
然后組件被傳送到諸如圖5所示的埋線工位500?？梢允褂脡郝?staking)技術(shù)將卡天線305嵌入，其中絕緣導(dǎo)線被加熱并由通過其饋送導(dǎo)線的布線角壓入到塑料卡基片中?？梢允褂贸暡〒Q能器加熱被壓入卡基片的導(dǎo)線。被加熱的導(dǎo)線使它接觸的塑料液化。液化的塑料在導(dǎo)線被壓入基片時機械上俘獲該導(dǎo)線。
機器人系統(tǒng)501可以根據(jù)天線模式移動埋線頭502。每一埋線頭包含一布線角，一個超聲波換能器，一個激勵器(例如，機械式或音圈式)，以及一個導(dǎo)線饋送器/切割器，使得埋線頭根據(jù)所需的天線模式移動時，被加熱的導(dǎo)線從布線角被連續(xù)地饋送并嵌入到塑料卡基片中。導(dǎo)線可以是大約直徑4密爾的聚酯絕緣銅導(dǎo)線，被嵌入到厚度大約在0.1到0.3mm之間并包含不同類型的塑料，例如PC，PVC，ABS，PET，或PETG的卡基片中。
在導(dǎo)線天線305嵌入之后，組件被傳送到焊接工位。導(dǎo)線天線305的端頭310被焊接到IC模塊304上，以便在每一卡模塊中的IC模塊304和天線305之間提供電連接。
每一IC模塊304可以包括兩個接頭308，用于與卡模塊的相關(guān)纏繞的導(dǎo)線天線304的兩端310互連。導(dǎo)線天線的末端310可以使用熱壓焊技術(shù)與接頭308焊接。機器人系統(tǒng)152可以控制焊頭的位置及用來產(chǎn)生焊接的熱量和壓力。由于導(dǎo)線天線用來向IC模塊提供電能，并使IC模塊與讀卡器通信，因而很重要的是在導(dǎo)線天線和IC模塊之間要形成良好的焊接。
在導(dǎo)線焊接之后，組件被傳送到層壓工位并從兩側(cè)被層壓。被層壓的薄片然后傳送到切卡工位，在此把薄片300切割成單個智能卡200。
模塊填裝工位，埋線工位，及焊接工位每一個可包括機器人系統(tǒng)，分別控制模塊填裝機器人402，埋線頭502，及焊接頭的移動和操作。在一個實施例中，計算機102包括系統(tǒng)控制器106，它集成CAD軟件104和各種機器人控制器操作系統(tǒng)及軟件108-110。
圖6是描述根據(jù)本發(fā)明一實施例的CAD控制的智能卡生產(chǎn)操作600的流程圖。計算機102可以包括高質(zhì)量的圖形監(jiān)視器和輸入裝置，諸如鼠標，光筆，或數(shù)字化儀，以便用戶能夠產(chǎn)生表示所需的智能卡設(shè)計的CAD圖(方框602)。圖7示出示例性的CAD圖700。另外，用戶可以裝入對應(yīng)于所需的格式的現(xiàn)有的CAD圖文件。
CAD圖700包括用于所需的設(shè)計的參數(shù)，例如它可包括對于卡上的特征位置的笛卡兒坐標(x-，y-，z-軸)。特征可以包括IC模塊304的位置，天線端頭310和IC模塊接頭308之間導(dǎo)線焊接309的位置，以及導(dǎo)線天線的模式305，例如包括尺寸，形狀，及卷繞數(shù)。CAD圖可以是二維(2-D)的并描述卡表面上特征的位置和尺度，或是三維的(3-D)，進而描述卡的厚度和特征的深度。計算機102使用CAD圖中的信息控制各種機器人系統(tǒng)150-152，以產(chǎn)生在CAD圖中所描述的實際的智能卡模塊302上的特征(方框604)。
CAD軟件104保持對設(shè)計相關(guān)性的跟蹤，使得當(dāng)用戶改變一個值時，與該值相關(guān)的其它值據(jù)此自動改變。CAD軟件還可以包含參數(shù)限制，諸如最小和最大值，它們對應(yīng)于與制造中的該類型的卡相適應(yīng)的ISO規(guī)范中的范圍和公差。CAD軟件可以使用這一信息保證由用戶生成的CAD圖，以及使用該圖生產(chǎn)的接觸式卡符合適當(dāng)?shù)囊?guī)范。
由機器人系統(tǒng)150-152所使用其它參數(shù)可以與CAD圖文件相關(guān)聯(lián)。例如這些參數(shù)可能包括當(dāng)在卡基片中埋線時由埋線機器人控制器109用來控制埋線頭的速度，壓力，及超聲波能量值，以及在熱壓焊操作期間由焊接機器人控制器110用來控制焊接頭的熱量和壓力。
在傳統(tǒng)的智能卡生產(chǎn)線中，生產(chǎn)設(shè)計的修改以及向不同生產(chǎn)設(shè)計的切換，可能要求在一個或多個工位中對設(shè)備及用來控制設(shè)備的數(shù)據(jù)和軟件進行廣泛的修改。例如，在用來制造包括蝕刻天線的智能卡的生產(chǎn)線的情形下，必須對新的設(shè)計生成新的掩膜。然而，在本實施例中，通過修改CAD圖文件(方框606)中的參數(shù)，可以相對容易地改變用于特定智能卡生產(chǎn)的格式。這種集成軟件方法的結(jié)果在于相對快速的產(chǎn)品開發(fā)時間。而且，該系統(tǒng)通過產(chǎn)生或加載新的CAD圖文件(方框602)，能夠以最小的建立時間從一個不同的生產(chǎn)設(shè)計改變到另一個不同的生產(chǎn)設(shè)計。
由系統(tǒng)及其組件進行的操作能夠以硬件或軟件或者兩者的組合(即可編程邏輯陣列)實現(xiàn)。除非特別規(guī)定，作為操作的一部分所包含的算法并不與特定的計算機或其它設(shè)備有任何內(nèi)在的關(guān)聯(lián)。特別是，各種通用機器可與根據(jù)這里所述的原理而編寫的程序一同使用，或者可以更方便地構(gòu)成更為專用的設(shè)備，以執(zhí)行所需的方法步驟。然而，本發(fā)明最好是在可編程系統(tǒng)上執(zhí)行的一個或多個計算機程序中現(xiàn)實，每一可編程系統(tǒng)包括至少一個處理器，至少一個數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)(包括易失和非易失存儲器和/或存儲元件)，至少一個輸入裝置，以及至少一個輸出裝置。程序代碼用來輸入數(shù)據(jù)，以便執(zhí)行這里所述的功能并產(chǎn)生輸出信息。輸出信息以已知的方式加到一個或多個輸出裝置。
每一個這種程序可以任何所需的計算機語言實現(xiàn)(包括機器語言，匯編語言，高級過程語言，或面向?qū)ο缶幊陶Z言)，以便同計算機系統(tǒng)通信。在任何情形下，語言可以被編譯或解釋。
每一這種計算機程序最好存儲在可由通用或?qū)Ｓ每删幊逃嬎銠C讀取的存儲介質(zhì)或裝置中(例如ROM，CD-ROM或磁性或光學(xué)介質(zhì))，用于當(dāng)存儲介質(zhì)或裝置由計算機讀取時設(shè)置并操縱計算機，以便執(zhí)行這里所述的過程。還可以把系統(tǒng)當(dāng)作為以計算機程序設(shè)置的計算機可讀存儲介質(zhì)來實現(xiàn)，其中這樣設(shè)置的存儲介質(zhì)引起計算機按特定的和預(yù)定的方式操作，以執(zhí)行這里所述的功能。
上面已經(jīng)描述了數(shù)個實施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情形下可以對本發(fā)明做出許多修改。因而，其它的實施例落入以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括產(chǎn)生包括所需的非接觸智能卡設(shè)計的計算機輔助設(shè)計(CAD)圖文件，所述CAD圖文件包括對所需卡特征的信息描述，訪問CAD圖文件中的信息；以及控制機器人系統(tǒng)使用所訪問的信息以產(chǎn)生一個或多個所述需要的特征。
2.權(quán)利要求1的方法，其中的信息包括直角坐標系中的位置信息。
3.權(quán)利要求1的方法，其中的信息包括對于對應(yīng)特征的所需的定位。
4.權(quán)利要求1的方法，其中的信息包括對應(yīng)特征的尺度。
5.權(quán)利要求1的方法，其中的信息包括用于操作的參數(shù)。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述參數(shù)包括用于控制導(dǎo)線天線植入設(shè)備的速度值，超聲波能量值，及壓力值。
7.權(quán)利要求6的方法，其中特征包括導(dǎo)線天線模式，且信息包括導(dǎo)線的尺寸和形狀及卷繞數(shù)。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述控制一機器人系統(tǒng)包括控制機器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含埋線設(shè)備，該設(shè)備可操作用來在卡基片中壓埋導(dǎo)線天線。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述控制一機器人系統(tǒng)包括控制填裝機器人，該機器人可操作用來在卡基片的孔中放置集成電路(IC)模塊。
10.權(quán)利要求9的方法，其中的信息包括卡基片中IC模塊的長度和寬度，以及IC模塊在卡基片中所需的位置。
11.權(quán)利要求1的方法，其中所述控制一機器人系統(tǒng)包括控制一機器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含焊接設(shè)備，該設(shè)備可操作用來把導(dǎo)線天線的端頭焊接到IC模塊上的接頭。
12.權(quán)利要求11的方法，其中的信息包括所需的焊接位置。
13.權(quán)利要求1的方法，還包括修改CAD圖文件，所述CAD圖文件包括至少一個新的所需卡的特征的修改信息的描述，訪問CAD圖文件中修改的信息；以及使用所訪問的信息控制機器人系統(tǒng)以產(chǎn)生所述新的所需特征。
14.一種機器人系統(tǒng)控制器，包括顯示屏；輸入裝置；CAD模塊，可使用所述輸入裝置操作，使用戶能夠在顯示屏上產(chǎn)生CAD圖及對應(yīng)的CAD圖文件，所述圖文件包括所需卡的特征的信息描述；存儲器裝置，可操作用來存儲CAD圖文件；以及控制器，可操作用來訪問CAD圖文件中的所述信息，并使用所訪問的信息控制機器人系統(tǒng)，以產(chǎn)生一個或多個所述需要的特征。
15.權(quán)利要求14機器人系統(tǒng)控制器，其中的信息包括對于對應(yīng)的的特征的所需的位置。
16.權(quán)利要求14機器人系統(tǒng)控制器，其中的信息包括對應(yīng)的特征的尺度。
17.權(quán)利要求14機器人系統(tǒng)控制器，其中的控制器還可操作以便控制一機器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一埋線設(shè)備，該設(shè)備可操作用來在卡基片中壓埋導(dǎo)線天線。
18.權(quán)利要求14機器人系統(tǒng)控制器，其中的控制器還可操作以便控制一填裝機器人，該機器人可操作用來在卡基片的一個孔中放置集成電路(IC)模塊。
19.權(quán)利要求14機器人系統(tǒng)控制器，其中的控制器還可操作以便控制一機器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一焊接設(shè)備，該設(shè)備可操作用來把導(dǎo)線天線的端頭焊接到IC模塊上的接頭。
20.包含機器可讀介質(zhì)的一種制品，該介質(zhì)包含機器可操作指令，這些指令可操作用來引起機器產(chǎn)生包括所需非接觸智能卡設(shè)計的計算機輔助設(shè)計(CAD)圖文件，所述CAD圖文件包含所需卡特征的信息描述，訪問CAD圖文件中的信息；以及使用所訪問的信息控制機器人系統(tǒng)，以產(chǎn)生一個或多個所述需要的特征。
21.權(quán)利要求20的制品，其中的信息包括直角坐標系中的位置信息。
22.權(quán)利要求20的制品，其中的信息包括對于對應(yīng)特征所需的位置。
23.權(quán)利要求20的制品，其中的信息包括對應(yīng)的特征的尺度。
24.權(quán)利要求20的制品，其中的信息包括用于操作的參數(shù)。
25.權(quán)利要求24的制品，其中所述參數(shù)包含用于控制埋線設(shè)備的速度值，超聲波能量值，及壓力值。
26.權(quán)利要求25的制品，其中的特征包括導(dǎo)線天線模式，且信息包括導(dǎo)線的尺寸和形狀以及卷繞數(shù)。
27.權(quán)利要求20的制品，其中用于控制機器人系統(tǒng)的指令還包括引起該機器控制一機器人系統(tǒng)的指令，該機器人系統(tǒng)包括一埋線設(shè)備，該設(shè)備可操作用來在卡基片中壓埋導(dǎo)線天線。
28.權(quán)利要求20的制品，其中用于控制機器人系統(tǒng)的指令還包括引起該機器控制一填裝機器人的指令，該機器人可操作用來在卡基片的孔中放置集成電路(IC)模塊。
29.權(quán)利要求28的制品，其中的信息包括卡基片中的IC模塊的長度和寬度，以及卡基片中的IC模塊的所需位置。
30.權(quán)利要求20的制品，其中用于控制機器人系統(tǒng)的指令還包括引起該機器控制一機器人系統(tǒng)的指令，該機器人系統(tǒng)包括一焊接設(shè)備，該設(shè)備可操作用來把導(dǎo)線天線的端頭焊接到IC模塊的接頭。
31.權(quán)利要求30的制品，其中的信息包括焊接所需的位置。
32.權(quán)利要求20的制品，還包括可操作的指令，以便引起機器修改CAD圖文件，所述CAD圖文件包括至少一個新的所需的卡特征的修改信息描述，訪問CAD圖文件中修改的信息；以及使用所訪問的信息控制機器人系統(tǒng)以產(chǎn)生所述新的所需的特征。
全文摘要
非接觸智能卡制造系統(tǒng)集成了計算機輔助設(shè)計(CAD)系統(tǒng)和機器人系統(tǒng)，使得能夠快速形成新的生產(chǎn)設(shè)計并將智能卡設(shè)計快速原型化。用戶產(chǎn)生表示所需的智能卡設(shè)計的CAD圖。機器人系統(tǒng)使用CAD圖文件中的信息，例如表示卡上的特性尺寸和位置的直角坐標，以便控制機器人系統(tǒng)在智能卡組裝中產(chǎn)生所需的特性。
文檔編號B25J9/16GK1412698SQ0211780
公開日2003年4月23日 申請日期2002年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月12日
發(fā)明者P·阿曼德奧, J·弗洛爾斯 申請人:美國太平洋航空技術(shù)公司