HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Koordinateneingabegerät und genauer auf ein Koordinateneingabegerät,
das Koordinaten eines Anzeigepunkts aus der Verbreitungszeit
von Vibrationen auf einer Vibrationsverbreitungsplatte
erfasst und einen Aufbau hat, in dem vibrationsbeständige
Materialien in Randbereichen der Vibrationsverbreitungsplatte
angebracht sind.
Bekannte Hintergrundtechnik
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Bisher war ein Koordinateneingabegerät bekannt, in dem eine
Vibration einer Vibrationsverbreitungsplatte durch einen
Vibratorsstift mit piezoelektrischem Übertragungselement oder
dergleichen eingegeben wird, die eingegebene Vibration von
einer Vielzahl mit der Vibrationsverbreitungsplatte
verbundenen Sensoren erfasst wird, die Vibrationsverbreitungszeiten
gemessen und dadurch die Koordinaten des eingegebenen Punkts
erfasst werden.
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Ein solches Koordinateneingabegerät verwendet einen
Aufbau, in dem die Randbereiche der Vibrationsverbreitungsplatte
durch vibrationsbeständige Materialien zur Verhinderung einer
Situation unterstützt werden, in der die eingegebene
Vibration von den Randbereichen der Vibrationsverbreitungsplatte
reflektiert wird und auf Grund der reflektierten Wellen ein
Fehler in der Erfassung durch den Vibrationssensor verursacht
wird.
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Das herkömmliche vibrationsbeständige Material wurde
hauptsächlich zur Verhinderung von Geräuschen entwickelt und
wird weitgehend unterteilt in Material für Maßnahmen gegen
Luftschall und in Material für Maßnahmen gegen Körperschall.
Deshalb findet im Fall der Verwendung des herkömmlichen
vibrationsbeständigen Materials in den genannten
Anwendungsbereichen das Material für Maßnahmen gegen Körperschall
Verwendung. Als herkömmliches Dämpfungsmaterial für eine Maßnahme
gegen Körperschall sind ein Dämpfungsblatt für eine dünne
Platte, wie in Fig.8A gezeigt, ein Anstrich oder dergleichen
bekannt.
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In Fig.8A bezeichnet Bezugszeichen 8' eine
Vibrationsplatte, deren Vibration gedämpft werden soll und 7 bezeichnet
ein Dämpfungsblatt. Die Vibrationsplatte 8' besteht aus einer
Metallplatte wie z.B. einer dünnen Stahlplatte,
Aluminiumplatte oder dergleichen, einer Kunstharzplatte, einer
Glasplatte oder dergleichen.
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In einem solchen Aufbau, durch Anbringung des
Dämpfungsblattes 7 auf die vibrierende Vibrationsplatte 8' wird
die Vibration der Platte 8' durch die Verwendung der
Vibrationsdämpfung des Dämpfungsblattes 7 verringert, so daß die
Geräusche reduziert werden können.
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Als Materialien für die im Handel verfügbaren
Dämpfungsblätter 7 gibt es Polyvinylchloridharz, ataktisches
Polypropylen&sub1;, Polyethylenvinylacetat, einen Styren -
Butadinegummi, einen Silikongummi, eine Zementpaste und dergleichen.
Ferner werden die Produkte, die durch Zusammenfügen oder
Mischen von Härter, Stabilisierer, Weichmacher, Metallstaub
aus Blei, Eisen oder dergleichen, Quarzsand, Bitumen oder
dergleichen mit den vorher erwähnten Materialien entstehen
verwendet. Die Gestaltungsform dieser Materialien ist schwamm
- ähnlich porös.
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Die im Vorherigen erwähnten herkömmlichen
Dämpfungsblätter sind dazu gedacht, die Vibration der ganzen Platte
durch bloßes Anheften der Dämpfungsblätter an die ganze
vibrierende Platte zu unterdrücken.
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Deshalb können, auch wenn das herkömmliche
Dämpfungsblatt, wie in Fig.8B gezeigt, in der Umgebung der
Vibrationsverbreitungsplatte 8 zur Unterdrückung der reflektierten
Wellen an den Randbereichen der Vibrationsverbreitungsplatte
angebracht und verwendet wird, die reflektierten Wellen nicht
genügend verringert werden.
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Fig.8B ist ein Diagramm, das die Verbreitung der
Vibration in dem Fall zeigt, in dem das Dämpfungsblatt am äußeren
Bereich der Vibrationsverbreitungsplatte angebracht wurde.
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Fig.8C ist ein Diagramm eines Teils einer Schnittansicht von
Fig.8B und zeigt einen Zustand der reflektierten Wellen.
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In den Diagrammen bezeichnet Bezugszeichen 8 eine
Vibrationsverbreitungsplatte; 7 das Dämpfungsblatt; 3 einen
Vibratorstift als Quelle zum Anlegen einer Vibration; A eine
Welle, die eine Vibration zeigt, die sich von einem mit
Vibration versehenen Punkt als Berührungspunkt zwischen dem
Vibratorstift 3 und der Vibrationsverbreitungsplatte 8
verbreitet; B eine reflektierte Welle an der Kantenoberfläche
der Vibrationsverbreitungsplatte; und C eine reflektierte
Welle an der Grenzoberfläche im Bereich, wo das
Dämpfungsblatt angebracht wurde.
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Ein Dämpfungseffekt des herkömmlichen Dämpfungsblattes 7
ist groß für die Vibration (einschließlich einer natürlichen,
d.h. resonanten Vibration) die wie vorher erwähnt, in der
ganzen Platte vorkommt. Aber wie in Fig.8B gezeigt, entsteht
ein entsprechender Dämpfungseffekt nicht für eine Vibration,
die in einem Bereich angelegt, wo kein Dämpfungsblatt
angebracht ist, sich aus einer solchen Gegend als fortschreitende
Welle verbreitet. Deshalb kann, wie in Fig.8C gezeigt, obwohl
die Vibration in einem Bereich D, in dem ein Dämpfungsblatt 7
angebracht wurde, leicht abgeschwächt wird, die reflektierte
Welle B an der Kantenoberfläche der
Vibrationsverbreitungsplatte nicht genügend unterdrückt werden.
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Darüberhinaus wird durch Anbringen des herkömmlichen
Dämpfungsblattes 7 die reflektierte Welle C an der
Schnittoberfläche, wo das Dämpfungsblatt angebracht wurde, neu
erzeugt. Folglich werden, wenn das herkömmliche Dämpfungsblatt
nur im äußeren Bereich der Vibrationsverbreitungsplatte des
Koordinateneingabegeräts mit Verwendung einer elastischer
Welle angebracht wurde, die beiden vorhergehenden
reflektierten Wellen erzeugt und zu Geräuschen, sobald eine direkte
Welle, aus der eine Vibration-anlegenden-Quelle erfaßt wird,
so daß die Genauigkeit der Erfassung verschlechtert wird.
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Bei Betrachtung des herkömmlichen Beispiels von an der
im Vorigen erwähnten Vibrationsverbreitungsplatte
angebrachtem vibrationsbeständigem Material (Dämpfungsblatt) muß
notwendigerweise die Aufmerksamkeit auf die folgenden zwei
Punkte gerichtet werden, unter Berücksichtigung der positionalen
Beziehung zwischen dem Vibrationssensor (im Folgenden einfach
als Sensor bezeichnet) und dem vibrationsbeständigen
Material, das im äußeren Bereich der Vibrationsverbreitungsplatte
im Koordinateneingabegerät angebracht ist, in dem eine
Vibration, die vom Vibratorstift eingegeben wurde, von einer
Vielzahl von auf der Vibrationsverbreitungsplatte angebrachten
Vibrationssensoren und die Position des Vibratorstiftes über
die Vibrationsverbreitungszeiten zu den Vibrationssensoren
erfaßt wird. Ein Punkt bezieht sich auf den Einfluß, der
durch die Dämpfung des vibrationsbeständigen Materials auf
die Vibrationsverbreitung ausgeübt wird. Ein weiterer Punkt
bezieht sich auf einen Einfluß durch die reflektierte Welle,
die durch die Oberfläche, auf der das vibrationsbeständige
Material angebracht wurde, erzeugt wird. Der Anmelder auch
der vorliegenden Erfindung hat hierzu in Hinblick auf die
vorigen zwei Punkte folgende Geräte vorgeschlagen. Beim
"Koordinateneingabegerät", offenbart in der japanischen
Patentanmeldung Nr. 62-67856, die die Grundlage für die
zweigeteilte Form des Anspruchs 1 bildet, durch Anbringen von
Sensoren in einem vorbestimmten Abstand (zwei Wellenlängen) oder
weiter von einem vibrationsbeständigen Material, wird der auf
die Vibrationsverbreitung durch Dämpfung des
vibrationsbeständigen
Materials ausgeübte Einfluß verringert. Beim
"Koordinateneingabegerät", offenbart in der japanischen
Patentanmeldung Nr. 61-251598, durch Anbringen von Sensoren in
einem vorbestimmten Abstand (Reflektionsinterferenzabstand)
oder weiter von einem vibrationsbeständigen Material, wird
der Einfluß durch die reflektierte Welle, die von der mit dem
vibrationsbeständigen Material verbundenen Oberfläche erzeugt
wird, verringert. Ferner beim "Koordinateneingabegerät",
offenbart in der japanischen Patentanmeldung Nr. 61-251599,
durch Anbringen von Sensoren auf der mit dem
vibrationsbeständigen Material verbundenen Grenzoberfläche,
wird der Einfluß durch die reflektierte Welle, die von der
mit dem vibrationsbeständigen Material verbundenen Oberfläche
erzeugt wird, verringert.
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In den vorherigen herkömmlichen Geräten aber gibt es
dadurch Nachteile, daß im Falle der Anbringung der Sensoren in
einem vorbestimmten Abstand vom vibrationsbeständigen
Material oder weiter, die äußeren Dimensionen des ganzen Geräts
zu groß sind, während in dem Fall, bei dem die Sensoren auf
der mit dem vibrationbeständigen Material verbundenen
Grenzoberfläche angebracht werden, das vibrationsbeständige
Material und die Sensoren nicht auf derselben Oberfläche der
Vibrationsverbreitungsplatte angebracht werden können und die
Dicke des Geräts anwächst und dergleichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein
Koordinateneingabegerät in Übereinstimmung mit Anspruch 1 zur Verfügung zu
stellen und dadurch zu ermöglichen, einen Einfluß, der durch
das Dämpfen des vibrationsbeständigen Materials auf die
Vibrationsverbreitung ausgeübt wird, zu verringern.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, im
Koordinateneingabegerät einen Einfluß durch eine reflektierte Welle,
die von der dem vibrationsbeständigen Material verbundenen
Oberfläche erzeugt wird, zu verringern und dadurch die
Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit zu ermöglichen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die
Festlegung der äußeren Form des ganzen Koordinateneingabegeräts zu
ermöglichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig.1A ist ein Blockaufbaudiagramm eines
Koordinateneingabegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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Fig.1B ist ein Aufbaudiagramm eines
vibrationsbeständigen Materials im Ausführungsbeispiel;
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Fig.2 ist ein Diagramm, das die Struktur eines
Vibratorstiftes zeigt;
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Fig.3 ist ein Diagramm, das den internen Aufbau einer
Steuerung im Ausführungsbeispiel zeigt;
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Fig.4 ist ein Diagramm zur Erklärung der Abstandsmessung
zwischen Vibratorstift und Vibrationssensoren;
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Fig.5 ist ein Diagramm, das den Inhalt des Aufbaus eines
Teils eines Signalwellenformdetektors im Ausführungsbeispiel
zeigt;
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Fig.6 ist ein Diagramm zur Erklärung des Prinzips der
Berechnung einer Koordinatenposition;
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Fig.7A ist ein erklärendes Diagramm einer positionalen
Beziehung zwischen dem Mittelpunkt eines Sensors und einer
dem vibrationsbestindigen Material verbundenen
Grenzoberfläche gemäß der Erfindung;
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Fig.7B ist eine Schnittansicht von Fig.7A
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und
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Fig.8A bis 8C sind erklärende Diagramme eines
herkömmlichen Beispiels.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird im
Nachfolgenden unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail
beschrieben.
< Beschreibung des Aufbaus des Geräts (Fig.1)>
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Fig.1A zeigt einen Aufbau eines Koordinateneingabegeräts
gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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Im Diagramm bezeichnet Bezugszeichen 1 eine Steuerung
zur Steuerung des gesamten Geräts und zur Berechnung einer
Koordinatenposition; 2 zeigt einen Vibratorantrieb an, um
eine Stiftspitze im Vibratorstift zum Vibrieren zu bringen; und
8 die Vibrationsverbreitungsplatte, gefertigt aus
transparentem Material, wie eine Acrylplatte, Glasplatte oder
dergleichen. Wird dem Vibratorstift 3 erlaubt, die Oberfläche
der Vibrationsverbreitungsplatte 8 zu berühren, werden
Koordinaten des Vibrationspunkts eingegeben. Tatsächlich wird das
Innere eines Bereichs (im Folgenden als effektiver Bereich
bezeichnet) A, in Fig.1A von einer durchgehenden Linie
umgeben, vom Vibratorstift 3 bestimmt, wodurch die
Koordinaten eingegeben werden, Das vibrationsbeständige Material 7
wird mit der äußeren Peripherie der Platte 8 verbunden,
wodurch verhindert (verringert) wird, daß die reflektierte
Vibration zum mittleren Bereich zurückkommt. Vibrationssensoren
6a bis 6c, wie piezoelektrische Wandlungselemente oder
dergleichen, jeder zur Wandlung einer mechanischen Vibration in
ein elektrisches Signal, werden an den im Diagramm gezeigten
Positionen der Grenzbereiche zwischen Peripherie der Platte 8
und dem vibrationsbeständigen Material 7 befestigt.
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Die Sensoren und das vibrationsbeständige Material sind
so aufgebaut, daß ein Abstand zwischen der verbindenden
Grenzoberfläche des vibrationsbeständigen Materials, das mit
dem peripheren Bereich der Vibrationsverbreitungsplatte
verbunden ist und dem Mittelpunkt jedes Vibrationssensors, der
sich, verbunden mit der Eingabeseite, entfernt von der
verbindenden Genzoberfläche des vibrationsbeständigen Materials
befindet, in einem Bereich liegt, mit einem Wert der 0.5 mal
bis zu einem Wert weniger als 1,0 mal so groß wie ein
Durchmesser des Sensors ist. Sowohl Gestaltung als auch Material
jedes der in der Erfindung verwendeten Vibrationssensoren
sind nicht eingeschränkt, solange eine Einrichtung zur
Erfassung einer Vibration als Sensor verwendet wird. Im
Ausführungsbeispiel wird jedenfalls ein zylindrisches
piezoelektrisches Übertragungselement mit einem Durchmesser von
2,0 mm verwendet. Deshalb wird der Abstand zwischen dem
Mittelpunkt des Sensors und der verbindenden Grenzoberfläche des
vibrationsbeständigen Materials das mit dem peripheren
Bereich der Vibrationsverbreitungsplatte auf einen Wert
innerhalb eines Bereichs von 1,0 mm bis zu einem Wert geringer als
2,0 mm gesetzt, wie in Fig.1B gezeigt. Eine detaillierte
Erklärung erfolgt später.
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Bezugszeichen 9 bezeichnet einen
Signalwellenformdetektor zur Zuführung eines Signals an die Steuerung 1, das
anzeigt, daß die Vibration von jedem der Vibrationssensoren 6a
bis 6c erfasst wurde. Bezugszeichen 11 bezeichnet eine
Anzeige wie z.B. ein CRT (oder Flüssigkristallanzeige) die auf
einer Punkteinheitsgrundlage anzeigen kann. Die Anzeige 11
ist hinter der Platte 8 angebracht. Die Anzeige 11 zeigt als
Wirkung des Antriebs eines Anzeigentreibers 10 Punkte auf der
vom Vibratorstift 3 markierten Position an. Das angezeigte
Punktbild kann durch die Vibrationsverbreitungsplatte 8
hindurch gesehen werden (da diese aus transparentem Material
besteht). D.h. die Punkte werden an der Position auf der
Anzeige 11 angezeigt, die den erfassten Koordinaten des
Vibratorstiftes 3 entsprechen. Ein Bild, aus vom Vibratorstift 3
eingegebenen Elementen wie Punkten, Linie und dergleichen
aufgebaut, erscheint nach dem Ort des Vibratorstiftes als
wäre es auf ein Papier geschrieben.
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Der vorher genannte Aufbau ermöglicht auch die
Verwendung eines Eingabeverfahrens, bei dem ein Menue auf der
Anzeige 11 angezeigt wird und ein gewünschter Begriff im Menue
vom Vibratorstift 3 gewählt wird, oder ein Prompt angezeigt
wird und der Vibratorstift 3 in Kontakt mit einer
vorherbestimmten Position kommt oder dergleichen.
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Fig.2 zeigt einen Aufbau (Querschnitt) des
Vibratorstiftes 3 in Ausführungsbeispiel
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Ein im Vibratorstift 3 vorhandener Vibrator 4 wird von
einem Vibratorantrieb 2 angetrieben. Ein Antriebssignal des
Vibrators 4 wird von der Steuerung 1 als
Niedriglevel-Pulssignal zugeführt und vom Vibratorantrieb 2, der mit niedriger
Impedanz angetrieben werden kann, bis zu einer vorbestimmten
Höhe verstärkt. Danach wird das verstärkte Signal dem
Vibrator 4 zugeführt.
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Das elektrische Antriebssignal wird vom Vibrator 4 in
die mechanische Ultraschallvibration gewandelt und durch
einen Schalltrichter (Stiftspitze) 5 zur
Vibrationsverbreitungsplatte 8 weitergegeben.
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Eine oszillierende Frequenz des Vibrators 4 wird für
einen solchen Wert gewählt, daß in der
Vibrationsverbreitungsplatte 8 aus Acryl, Glas oder dergleichen eine Plattenwelle
erzeugt werden kann. Ein Vibrationsmodus wird solchermaßen
gewählt, daß beim Antrieb des Vibrators der Vibrator 4
hauptsächlich in die vertikale Richtung in Fig.2 vibriert,
d.h. in lotrechter Richtung zur Vibrationsverbreitungsplatte
8. Eine wirkungsvolle Vibrationswandlung kann durch Setzen
der oszillierenden Frequenz des Vibrators 4 auf eine
Resonanzfrequenz des Vibrators 4 durchgeführt werden.
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Die elastische Welle die, wie vorher erwähnt, an die
Vibrationsverbreitungsplatte 8 weitergegeben wird, ist die
Plattenwelle und hat im Vergleich mit einer Oberflächenwelle
oder dergleichen den folgenden Vorteil, daß sie kaum von
Kratzern, einem Hindernis oder dergleichen auf der Oberfläche
der Vibrationsverbreitungsplatte beeinflußt wird.
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Das Prinzip in Bezug auf die Bestimmung der Ausmaße der
Vibrationsverbreitungsplatte 8, der Position der Anbringung
des reflektionsverhindernden Materials 7, der Anordnung der
Positionen der Vibrationssensoren 6a bis 6c und dergleichen
im Ausführungsbeispiel werden im Einzelnen später erklärt.
< Beschreibung der Steuerung (Fig.3)>
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Im vorherigen Aufbau erzeugt die Steuerung 1 zu jedem
vorbestimmten Zeitpunkt ( z.B. alle 5 msec) ein
Antriebssignal zum Vibratorantrieb 2 für den Vibrator 4 im
Vibratorstift 3 und erlaubt auch einem internen Zeitgeber
(gebildet durch einen Zähler) den Start des Zeitzählvorgangs.
Die vom Vibratorstift 3 erzeugte Vibration wird solange
verzögert, wie es den Abständen entspricht, bis die Vibration
die Vibrationssensoren 6a bis 6c erreicht. Ein
Signalwellenformdetektor 9 erfasst Ausgangssignale aus den
Vibrationssensoren 6a bis 6c und erzeugt Signale, die die
Ankunftszeiten der Vibration an den Vibrationssensoren durch
einen Wellenformerfassungsablauf, der später erklärt wird,
anzeigen. Die Steuerung 1 empfängt das erwähnte Zeitsignal
für jeden Sensor und erfasst die Ankunftszeiten der Vibration
an den Vibrationssensoren 6a bis 6c und berechnet dadurch die
Koordinatenposition des Vibratorstiftes.
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Auf der Grundlage der Information über die
Koordinatenposition des Vibratorstiftes 3, die berechnet wurde, betreibt
die Steuerung 1 den Anzeigeantrieb 10 und steuert den
Anzeigevorgang der Anzeige 11.
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Fig.3 zeigt einen internen Aufbau der Steuerung 1 im
Ausführungsbeispiel Bestandteile der Steuerung 1 und eine
Darstellung des Vorgangs werden im jetzt Folgenden
beschrieben.
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Im Diagramm bezeichnet Bezugszeichen 31 einen
Mikrocomputer zur Steuerung der Steuerung 1 und des gesamten
Koordinateneingabegeräts. Der Mikrocomputer 31 beinhaltet einen
internen Zähler, ein ROM, in dem eine Ablaufprozedur
gespeichert werden kann, ein als Arbeitsbereich verwendetes RAM
und dergleichen. Bezugszeichen 33 bezeichnet einen Zeitgeber
(gebildet durch einen Zähler) zum Zählen von Referenztakten
(nicht gezeigt). Ein Startsignal zum Starten des Antriebs des
Vibrators 4 im Vibratorstift 3 wird dem Vibratorantrieb 2
zugeführt und startet damit den Zeitzählvorgang des
Zeitgebers 33. D.h. der Startzeitpunkt des Zählens und der
Zeitpunkt zur Erzeugung der Vibration werden durch ein solches
Startsignal synchronisiert.
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Die anderen Schaltungskomponenten werden nun der Reihe
nach erklärt.
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Die Zeitsignale der Vibrationssensoren 6a bis 6c von der
Ankunft der Vibration, hergeleitet durch den
Signalwellenformdetektor 9, werden durch einen erfassten
Signaleingangsanschluß 35 zu Pufferschaltungen 34a bis 34c geführt. Die
Pufferschaltungen 34a bis 34c entsprechen den
Vibrationssensoren 6a bis 6c. Sobald jede Pufferschaltung das
Zeitsignal als Signal des entsprechenden Vibrationssensors
empfängt, puffert die Pufferschaltung einen Zählwert eines
Zeitgebers 33 zu diesem Zeitpunkt. Wenn eine Bestimmungsschaltung
36 entscheidet, daß alle erfassten Signale empfangen wurden,
erzeugt sie ein Signal, das dem Mikrocomputer 31 anzeigt, daß
der Empfang aller erfassten Signale vollständig ist. Wenn der
Mikrocomputer 31 ein solches Entscheidungssignal von der
Bestimmungsschaltung 36 empfängt, liest er die
Vibrationsankunftszeiten zu den Vibrationssensoren aus den
Pufferschaltungen 34a bis 34c und berechnet unter
Durchführung vorbestimmter Berechnungen die Position des
Vibratorstiftes 3 auf der Vibrationsverbreitungsplatte 8. Die
berechnete Koordinatenpositionsinformation wird dem Anzeigenantrieb
10 durch einen I/O (Ein/Aus) Anschluß 37 zugeführt, wodurch
z.B. Punkte oder dergleichen in entsprechender Position auf
der Anzeige angezeigt werden.
< Beschreibung der Vibrationsverbreitungs-Zeiterfassung
(Fig.4 und 5)>
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Das Prinzip der Messung der Vibrationsankunftszeiten bei
den Vibrationssensoren wird im Folgenden beschrieben.
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Fig.4 ist ein Diagramm zur Erklärung der
Erfassungswellenformen, die dem Signalwellenformdetektor 9 zugeführt
werden und von Messvorgängen der auf der Erfassungswellenform
basierenden Vibrationsverbreitungszeiten. Obwohl die
Erklärung im Folgenden unter Berücksichtigung des Falls der
Verwendung des Vibrationssensors 6a erfolgt, passt dasselbe auch
auf die anderen Vibrationssensoren 6b und 6c.
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Bereits im Vorhergehenden wurde unter Berücksichtigung
eines Punkts beschrieben, daß die Messung der
Vibrationsverbreitungszeit zum Vibrationssensor 6a durch die Erzeugung des
Startsignals zum Vibratorantrieb 2 gestartet wird.
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Zu dieser Zeit wurde bereits ein Signal 41 vom
Vibratorantrieb 2 zum Vibrator 4 angelegt.
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Die Ultraschallvibration, die durch das Signal 41 vom
Vibratorstift 3 zur Vibrationsverbreitungsplatte 8 verbreitet
wurde, geht in der Platte 8 für eine Zeit tg, entsprechend
dem Abstand zum Vibrationssensor 6a weiter. Danach wird die
Vibration vom Sensor 6a erfasst. Bezugszeichen 42 bezeichnet
eine vom Vibrationssensor 6a erfasste Signalwellenform.
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Die Plattenwelle wird im Ausführungsbeispiel als
Vibrationswelle verwendet. Deshalb ändert sich das Verhältnis
zwischen einer Hüllkurve 421 und einer Phase 422 der erfassten
Wellenform in Übereinstimmung mit dem Verbreitungsabstand in
der Vibrationsverbreitungsplatte 8 während der
Vibrationsverbreitung.
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Jetzt wird angenommen, daß eine fortschreitende
Geschwindigkeit der Hüllkurve 421, d.h. eine
Gruppengeschwindigkeit auf Vg und eine Phasengeschwindigkeit der Phase 422
auf Vp gesetzt wird. Der Abstand zwischen dem Vibratorstift 3
und dem Vibrationssensor 6a kann aus einem Unterschied
zwischen der Gruppengeschwindigkeit Vg und der
Phasengeschwindigkeit Vp erfasst werden.
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Als erstes richtet sich die Aufmerksamkeit nur auf die
Hüllkurve 421. Die Geschwindigkeit der Hüllkurve ist gleich
mit Vg und wenn ein gewisser spezieller Punkt auf der
Wellenform, z.B. ein Scheitelpunkt wie durch ein Signal 43 im
Diagramm gezeigt, erfasst wird, erhält man folglich unter der
Annahme, daß die Vibrationsverbreitungszeit auf tg gesetzt
ist, einen Abstand d zwischen dem Vibratorstift 3 und dem
Vibrationssensor 6a.
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d= Vg tg .....1
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Diese Gleichung bezieht sich auf den Vibrationssensor 6a
und die Abstände zwischen den anderen beiden
Vibrationssensoren 6b und 6c und dem Vibratorstift 3 werden auch durch
dieselbe Gleichung, basierend auf dem gleichen Prinzip
ausgedrückt.
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Weiter wird zur Bestimmung noch präziserer
Koordinatenwerte ein Vorgang durchgeführt, der auf der Erfassung des
Phasensignals beruht.
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Unter der Annahme, daß eine Zeit, die für einen
speziellen Erfassungspunkt des Phasenwellenformsignals 422 benötigt
wird, z.B. für einen Nullinien-Kreuzungspunkt nach Durchgang
des Scheitelpunkts seit der Eingabe der Vibration auf tp
gesetzt wird (das man durch Erzeugen eines Fenstersignals 44
mit vom Signal 43 vorherbestimmter Weite und durch Vergleich
mit dem Phasensignal 422 erhält), wird der Abstand d zwischen
dem Vibrationssensor und dem Vibratorstift wie folgt
ausgedrückt.
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d = nλp + Vptp ....2
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wobei λp eine Wellenlänge der Elastizität und n eine ganze
Zahl ist.
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Die ganze Zahl n wird wie folgt aus den Gleichungen 1
und 2 ausgedrückt.
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n = [(Vgtg - Vptp) / λp + l / N ] .....3
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wobei N eine reelle, von Null verschiedene Zahl ist und ein
passender numerischer Wert verwendet wird. Z.B. kann, wenn N
= 2, n innerhalb ± 1/2 der Wellenlänge bestimmt werden. Durch
Einsetzen des für n erhaltenen Wertes in die Gleichung 2,
können die Abstände zwischen dem Vibratorstift 3 und dem
Vibrationssensor 6a und die Abstände zwischen dem Vibratorstift
3 und den Vibrationssensoren 6b und 6c genau gemessen werden.
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Die Signale 43 und 45 zur Messung der beiden im
vorherigen erwähnten Vibrationsverbreitungszeiten tg und tp werden
vom Signalwellenformdetektor 9 erfasst. Der
Signalwellenformdetektor 9 ist aufgebaut wie in Fig.5 gezeigt.
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In Fig.5 wird ein Ausgangssignal des Vibrationssensors
6a von einem Vorverstärker 51 auf einen vorbestimmten Grad
verstärkt. Das verstärkte Signal wird zu einem
Hüllkurvendetektor 52 geführt, durch den nur eine Hüllkurve des
Erfassungssignals extrahiert wird. Ein Zeitpunkt des
Scheitelpunkts der extrahierten Hüllkurve wird von einem
Hüllkurvenscheitelpunktdetektor 53 erfasst. Das
Scheitelpunkterfassungssignal wird zu einem Tg Detektor 54 mit einem
monostabilen Multivibrator oder dergleichen geführt, durch den
ein Signal Tg (Signal 43) als
Hüllkurvenverzögerungszeiterfassungssignal mit vorbestimmter Wellenform gebildet
und der Steuerung 1 zugeführt wird.
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Das Signal Tg geht durch einen monostabilen
Multivibrator 55 (der das Signal 44 erzeugt) und eine Vergleichsniveau-
Versorgungseinheit 56 und wird einem Komparator/Tp-Detektor
58 zugeführt, um es mit dem von einem
Verzögerungszeiteinrichter 57 verzögerten Originalsignal zu vergleichen. Ein
Phasenverzögerungszeitsignal Tp wird von
Komparator/Tp-Detektor 58 der Steuerung 1 zugeführt.
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Die im Vorherigen beschriebene Schaltung bezieht sich
auf den Vibrationssensor 6a und die gleichen Schaltungen
stehen für die anderen Vibrationssensoren 6b und 6c zur
Verfügung.
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Angenommen, daß die Anzahl der Sensoren auf eine
allgemeine Zahl h gesetzt wird, werden der Steuerung 1
entsprechend h Erfassungssignale der
Hüllkurvenverzögerungszeiten Tg1 bis Tgh und h Erfassungssignale der
Phasenverzögerungszeiten tp1 bis Tph zugeführt.
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In der Steuerung 1 werden die vorgenannten Signale Tg1
bis Tgh und Tp1 bis Tph vom Eingabeanschluß 35
entgegengenommen und ein Zählwert des Zeitgebers 33 wird unter Verwendung
der jeweiligen Zeitangaben als Trigger in die
Pufferschaltungen 34a bis 34c geholt. Da der Vorgang des Zeitgebers 33
gleichzeitig mit dem Antrieb des Vibratorstiftes gestartet
wird, werden die Daten, die die Verzögerungszeiten der
Hüllkurven und Phasen der Vibrationssensoren 6a bis 6c anzeigen,
jeweils in die Pufferschaltungen 34a bis 34c gepuffert.
< Beschreibung der Koordinatenpositionsberechnung (Fig. 6)>
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Das Prinzip der Erfassung der Koordinatenposition auf
der Vibrationsverbreitungsplatte 8 durch den Vibratorstift 3
wird jetzt praktisch erklärt.
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Es wird angenommen, die Koordinaten des
Vibrationssensors 6a auf der Vibrationsverbreitungsplatte 8 werden auf
Sa(0,0) gesetzt d.h. ein Ursprung, und Koordinatenpositionen
des Vibrationssensors 6b und 6c werden auf Sb(X,0) und
Sc(0,Y) gesetzt und Koordinaten des Vibratorstiftes 3 werden
auf P(x,y) gesetzt.
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Angenommen, die Abstände zwischen dem Vibratorstift 3
und den Vibrationssensoren 6a bis 6c werden auf der Grundlage
des vorhergegangenen Prinzips auf da bis dc gesetzt, so
erhält man die Koordinaten P(x,y) durch das Theorem dreier
Rechtecke wie folgt.
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wobei "X" und "Y" Abstände in den waagrechten und
senkrechten Richtungen zwischen dem Vibrationssensor 6a und den
Vibrationssensoren 6b und 6c bezeichnen.
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Wie im Vorhergehenden erwähnt, können die
Koordinatenpositionen des Vibratorstiftes 3 in Echtzeit erfasst werden.
< Beschreibung des Aufbaus von vibrationsbeständigem Material
und Sensoren der Erfindung>
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Wie erwähnt müssen in herkömmlichen Geräten zur
Verringerung des Einflußes der Dämpfung durch das
vibrationsbeständige Material die Sensoren auf der Stifteingabeseite so weit
wie möglich vom vibrationsbeständigen Material entfernt sein.
Andererseits müssen zur Verringerung des Einflußes der
reflektierten Wellen durch die verbindende Grenzoberfläche des
vibrationsbeständigen Materials die Mittelpunkte der Sensoren
im Gegenteil so nahe an den verbindenden Grenzoberflächen des
vibrationsbeständigen Materials liegen wie möglich. (Im
Gegensatz dazu müssen, wenn der Einfluß der reflektierten
Wellen durch Anbringung der Sensoren entfernt vom
vibrationsbeständigen Material reduziert werden soll, die Sensoren
äußerst weit vom vibrationsbeständigen Material entfernt
liegen, so daß die Größe des ganzen Geräts merklich anwächst).
In der Erfindung wird durch die Ergebnisse aus den
Experimenten der beste Wert des Abstands zwischen dem Mittelpunkt des
Sensors und der verbindenden Genzoberfläche des
vibrationsbeständigen Materials erhalten und der Sensor und das
vibrationsbeständige Material werden in einem solchen
Abstandsbereich angebracht. Tabelle 1 zeigt konstante und
Fluktuationswerte
der Berechnungswerte der Abstände d zwischen Stift
und Sensoren in dem Fall, in dem der Abstand ( im Folgenden
als S-B Abstand bezeichnet) zwischen dem Mittelpunkt jedes
Sensors und der verbindenden Grenzoberfläche des
vibrationsbeständigen Materials in einem Bereich von 1,1l bis 1,7 mm,
und in dem Fall, in dem der S-B Abstand in einem Bereich von
1,1 bis 2,0 mm verändert wurde.
TABELLE 1
Einflüsse, die auf Konstanten und
Genauigkeiten durch den Abstand (S-B Abstand)
zwischen dem Mittelpunkt des Sensors und der
verbindenden Grenzoberfläche des
vibrationsbeständigen Materials ausgeübt
werden (der Winkel zwischen
vibrationsbeständigem Material und der
Stiftabtastrichtung ist auf 18º gesetzt)
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d. Berechnungswert des Abstandes zwischen
Sensor und Stift, der in der Beschreibung der
Erfassung der Vibrationsverbeitungszeit
erwähnt wurde.
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Die Konstante Vg und der Wert von n werden übergangen,
weil sie nicht vom S-B Abstandsfluktuationsbereich beeinflußt
werden. Im Ausführungsbeispiel wurde als Verbreitungsplatte
eine Glasplatte mit einer Stärke von ca. 1,1 mm verwendet und
eine Antriebsfrequenz wurde auf ca. 260 kHz gesetzt. Ein
Winkel zwischen dem vibrationsbeständigen Material und der
Stiftabtastrichtung wird auf einen niedrigen Winkel (18º)
gesetzt, an dem die Beeinflussung durch den S-B Abstand
weitestgehend auftritt. Wie aus Tabelle 1 zu ersehen,
fluktuieren die Konstanten und d kaum, wenn der S-B
Abstandsfluktuationsbereich gleich 1,1 bis 1,7 mm ist. Aber wenn der
S-B Abstandsfluktuationsbereich auf 1,1 bis 2,0mm erweitert
wird, steigt die Fluktuation von Konstanten und d plötzlich
an und auf die Koordinatenerfassungsgenauigkeit wird ein
ungünstiger Einfluß ausgeübt. Die Ursache dafür ist, daß durch
das Anwachsen des S-B Abstands die Vibrationswelle von den
Interferenzen der von der vibrationsbeständigen
Materialgrenzoberfläche reflektierten Wellen beeinflußt wird.
Andererseits kommt, wenn der S-B Abstand auf einen Wert kleiner
als 1,0 mm gesetzt wird, der Sensor in Berührung mit dem
vibrationsbeständigen Material (im Falle, daß sie auf derselben
Seite der Verbreitungsplatte angebracht sind), so daß ein
Mißstand auftritt. Deshalb wird gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung wie in Fig.7A und 7B gezeigt,
der Abstand zwischen der verbindenden Grenzoberfläche des
vibrationsbeständigen Materials, das im äußeren Bereich der
Vibrationsverbreitungplatte angebracht ist, und dem
Mittelpunkt des Vibrationssensors, der auf der Eingabeseite,
entfernt von der verbindenden Grenzoberfläche des
vibrationsbeständigen Materials angebracht ist, auf einen Wert im Bereich
von 1,0 mm bis zu einem Wert weniger als 2,0 mm gesetzt. Auf
diese Weise kann die Koordinatenposition mit hoher
Genauigkeit erfaßt werden.
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Im Aufbau der Erfindung können auch Plattenstärke und
Antriebsfrequenz auf andere Werte gesetzt werden als bei den
Bedingungen hinsichtlich der Verbreitungsplatte und der
Antriebsfrequenz in der vorangegangenen < Beschreibung des
Aufbaus von vibrationsbeständigem Material und Sensoren der
Erfindung> .
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Wie aus der vorangegangenen Beschreibung offensichtlich,
sind in dem Koordinateneingabegerät, in dem eine vom
Vibratorstift eingegebene Vibration von einer Vielzahl von mit der
Vibrationsverbreitungsplatte verbundenen Vibrationssensoren
erfasst wird und die Position des Vibratorstifts aus den
Vibrationsverbreitungszeiten zu den Vibrationssensoren erfasst
wird, die Sensoren so entfernt vom vibrationsbeständigen
Material auf der Stifteingabeseite angebracht, daß der Abstand
zwischen der verbindenden Grenzoberfläche des im äußeren
Bereich der Vibratonsverbreitungsplatte angebrachten
vibrationsbeständigen Materials und dem Mittelpunkt jedes der
Vibrationssensoren in einem Bereich von 0,5 mal bis zu einem
Wert von 1,0 mal so groß wie der Durchmesser des Sensors
liegt. So kann der Einfluß, der durch die Dämpfung des
vibrationsbeständigen Materials auf die Vibrationsverbreitung
ausgeübt wird, verringert werden, der Einfluß der von der
verbindenden Oberfläche des vibrationsbeständigen Materials
reflektierten Wellen kann verringert werden, die
Erfassungsgenauigkeit kann verbessert werden und die äußerliche Größe des
gesamten Geräts kann verkleinert werden.
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In einem Koordinateneingabegerät, in dem eine
Vibrationseingabe eines Vibratorstiftes von einer Vielzahl von auf
einer transparenten Vibrationsverbreitungsplatte aus Acryl
oder Glas angebrachten Vibrationssensoren erfasst wird und
die Koordinatenposition des Vibratorstiftes aus den
Vibrationsverbreitungszeiten zu den Vibrationssensoren erfasst
wird, sind die Sensoren und das vibrationsbeständige Material
in der Weise angebracht, daß ein Abstand zwischen der
verbindenden Grenzoberfläche des im äußeren Bereich der
Vibrationsverbreitungsplatte angebrachten vibrationsbeständigen
Materials und der Mitte eines jeden Sensors, der mit der
Eingabeseite der verbindenden Grenzoberfläche des
vibrationsbeständigen Materials verbunden ist, in einem Bereich von 0,5
mal bis zu einem Wert weniger als 1,0 mal so groß wie der
Durchmesser des Sensors, am besten in einem Bereich von 1,
mm bis zu einem Wert weniger als 2,0 mm liegt.