JPH0619610A - 故障診断装置付き座標入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動センサの異常を自動的に検出および診断
し、その異常部位を判定表示するようにした故障診断装
置付き座標入力装置を提供する 【構成】 充電用電源１９と故障診断装置２０とは、そ
れぞれの振動センサ３に対応して設けられている切換素
子１８の接点を介して前記プリアンプ４と並列に接続さ
れている。充電用電源１９は、ＣＰＵ１７からの切換信
号に基づいて振動センサ３と接続され、振動センサ３に
電荷を蓄積する。時間カウンタ１６はそれぞれ、フリッ
プフロップ１５の出力により動作し、振動センサ３の放
電時に所定の一定電圧から所定のしきい値までの電圧降
下の時間をカウントする。そのカウント値はＣＰＵ１７
に入力され、時間カウンタ１６の出力とあらかじめメモ
リにセットされた判定時間とを比較して、異常が発生し
た振動センサ３の部位とその異常の内容とを表示装置２
１に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アコースティック・
エミッション（ＡＥ）計測の原理を応用した座標入力装
置の改良に係わり、特にガラス板のような操作板の表面
にペンのような形態をした座標指示器でもって振動を加
え、その振動を操作板の周辺部分に設置した複数個の振
動センサで検出し、その検出信号から座標指示器による
指示点（振動印加点）の座標値を演算する座標入力装置
に、振動センサの異常を自動的に検出および診断し、そ
の異常部位を表示する故障診断装置を付加してなる座標
入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アコースティック・エミッション（Ａ
Ｅ）計測の原理を応用したこの種の座標入力装置では、
操作板の表面の周辺部分に３個以上の振動センサを設置
しておき、適当な励振手段を内蔵したペン（指示器）を
用いて操作板の任意の位置に印加された振動を各センサ
で検出し、各センサによる振動検出タイミングの順番
と、最初の振動検出タイミングと他のセンサの振動検出
タイミングとの時間差に基づいて指示点（振動印加点）
の座標値を演算している。このような座標入力装置は、
特開昭６３−２４４０６８号公報に開示されているよう
に、複写機のガラス板上に原稿を載置し、その原稿の上
から指示器を当てて原稿の部分複写領域を指定するよう
な応用に適している。

【０００３】前記振動センサは繰返し振動を受けるた
め、センサの構成部品である圧電素子の劣化（具体的に
は静電容量の減少），コネクタの緩み，圧電素子から引
出されるワイヤハーネスの断線あるいはショート等が発
生し易い。その場合、座標値の演算結果に基づいて、前
記振動センサの異常の発生を推定できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、異常の
発生を検知することはできても、どのような異常が発生
しているのか（圧電素子の劣化，コネクタの緩みあるい
はピン間のショート，ワイヤハーネスの断線あるいはシ
ョート等）を判別することができないといった問題があ
った。また、座標値の演算結果に基づいて異常を判定す
るため、必ず指示器によって振動を印加しなければなら
ないという煩雑さもあった。

【０００５】この発明は前述した従来の問題点に鑑みな
されたもので、その目的は、振動センサの異常を自動的
に検出および診断し、その異常部位を判定表示するよう
にした故障診断装置付き座標入力装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに本発明は、振動が伝搬する操作板上の任意の位置に
所定の振動パルスを印加する座標指示器と、前記操作板
面の周辺部に設けられ、前記座標指示器によって印加さ
れた振動パルスを検出する３個以上の圧電素子と、前記
各圧電素子がコネクタおよびハーネス等の周辺部品を介
して接続可能に配線され、それぞれの前記圧電素子から
の出力に基づいて前記座標指示器による振動印加点の座
標値を演算する座標演算手段と、前記圧電素子に接続可
能に配線されて該圧電素子に電荷を蓄積する充電手段
と、前記周辺部品に接続可能に配線されて前記圧電素子
に蓄積された電荷を放出させるとともに、その放電時の
電圧変動に基づいて前記圧電素子の異常と前記周辺部品
の異常とを判定する異常判定手段と、前記異常判定手段
からの出力に基づいて異常発生部位を知らせる報知手段
とを備えたものである。

【０００７】また、好ましくは、前記座標演算手段と前
記異常判定手段とを同一の演算手段に組み込むようにす
るとよい。

【０００８】

【作用】前記圧電素子を充電手段によって充電し、充電
された前記圧電素子を放電させたときの電圧降下特性に
基づいて、異常個所および異常の状態（圧電素子の容量
抜け，またはコネクタおよびハーネス等の断線，ショー
ト等）を識別判定し、異常発生部位を報知する。

【０００９】また、前記座標演算手段と前記異常判定手
段とを同一の演算手段に組み込むことにより、回路の部
品点数が少なくなる。

【００１０】

【実施例】図１にこの発明の一実施例による座標入力装
置の概略構成を示す。１はガラス板からなる操作板であ
り、圧電素子からなる４個の振動センサ３が操作板１の
四隅にそれぞれ取り付けられている。振動センサ３は、
図２に示すように、圧電素子３ａと、圧電素子３ａに対
して座標入力装置１００側のワイヤハーネス２３をつな
ぎ込むためのコネクタ２２とから構成される。

【００１１】２は人が手でもって操作するペンのような
形態を有する座標指示器であって、一般に、ペン形の先
端部分に配置された超音波ホーンと、この超音波ホーン
と一体化された超音波振動子と、この超音波振動子を駆
動するドライバと、高周波パルスを一定周期Ｔで発生し
てドライバに入力する発振回路と、これら全体の動作電
源を供給する電源と、操作スイッチとを内蔵している。
この指示器２は、操作性を向上させるために、以下に説
明する座標値演算用の信号処理系（座標入力装置本体）
に対して完全に独立したコードレスのユニットとなって
いる。

【００１２】指示器２の先端を操作板１の表面に当接
し、前記の操作スイッチを操作すると、前記発振回路お
よびドライバが動作して超音波振動子が励振され、その
超音波振動が超音波ホーンを介して操作板１に印加され
る。

【００１３】各振動センサ３の出力信号は、プリアンプ
４で増幅されてフィルタ５に入力される。フィルタ５を
通過した振動検出信号は、検波回路６で包絡線検波され
た後、コンパレータ７で二値化されて方形波パルスに変
換される。つまり、振動センサ３により所定周波数の振
動信号が所定レベル以上の強さで検出されると、その受
信信号を検波，二値化して得られた方形波パルスがコン
パレータ７から出力される。

【００１４】１０は座標入力装置の主要な信号処理を行
なう座標演算手段としての中央処理装置（ＣＰＵ）であ
り、各コンパレータ７に対応した４個のフリップフロッ
プ８をリセットした状態で各振動センサ３から振動検出
信号が出力されるのを待つ。振動センサ３から所定の振
動検出信号が出力されると、コンパレータ７から前記の
ように方形波パルスが出力され、ＣＰＵ１０によってリ
セットされていたフリップフロップ８がコンパレータ７
の出力によってセットされる。ＣＰＵ１０は各フリップ
フロップ８の出力を監視し、４個の振動センサ３による
振動検出タイミングの順番を判定する。また、４個の時
間カウンタ９はそれぞれ、操作板１の対角線上に配置さ
れた４個の振動センサ３に対応した４個のフリップフロ
ップ８の出力により動作し、その対角線上に配置された
４個の振動センサ３による振動検出タイミングの時間を
カウントする。そのカウント値はＣＰＵ１０に入力され
る。

【００１５】つまり、ＣＰＵ１０は４個のフリップフロ
ップ８の出力および時間カウンタ９の出力を読み取り、
４個の振動センサ３による振動検出タイミングの順番
と、対角線上にある４個の振動センサ３の振動検出タイ
ミングの時間差とに基づいて、指示器２によって振動が
印加された点の座標値を演算する。一発の振動パルスの
検出信号に基づいて座標値を一回演算したならば、ＣＰ
Ｕ１０は各フリップフロップ８および時間カウンタ９を
リセットし、次の振動パルスの到来を待つ。このように
してＣＰＵ１０は、各振動センサ３で振動パルスが検出
される毎に、その振動印加点の座標値を繰り返し演算す
る。

【００１６】指示器２から印加される周期Ｔの振動パル
スが振動センサ３で繰り返し検出されていると、コンパ
レータ７からは周期Ｔのパルス信号が発生する。このコ
ンパレータ７の出力は周期カウンタ１１にも入力されて
おり、コンパレータ７からパルスが発生するたびに前回
のパルスとの間隔（周期）がカウンタ１１で繰り返しカ
ウントされる。この周期カウンタ１１のカウント値は、
コンパレータ７からパルス信号が発生するたびに周期比
較器１２に入力され、基準値Ｔ（指示器２の振動パルス
の周期）と比較される。そして、周期カウンタ１１の出
力値がＴにほぼ等しいと（Ｔとの差が微小な一定値以下
であると）ＣＰＵ１０に対して有効信号を発生する。Ｃ
ＰＵ１０は、４個の周期比較器１２からすべて有効信号
が入力された場合に、その直前に前述のように演算した
座標値を有効とする。そして例えば、有効とされた座標
値を１０周期分連続して演算した段階で、その平均値を
計算し、その結果を図示しない出力系に与える。

【００１７】次に、本発明に係る故障診断装置２０の構
成および作用について、図１，図３に基づいて説明す
る。図３は故障診断の流れを示すフローチャートであ
る。

【００１８】充電手段である充電用電源１９と異常判定
手段である故障診断装置２０とは、それぞれの振動セン
サ３に対応して設けられている切換素子１８の接点を介
して前記プリアンプ４と並列に接続されている。

【００１９】充電用電源１９は、振動センサ３に電荷を
蓄積するための電源であり、故障診断装置２０のＣＰＵ
１７からの切換信号に基づいて切換素子１８が切り換え
られることによって振動センサ３と接続され、振動セン
サ３に電荷を蓄積する。（Ｓ１０，Ｓ１２）次に、電荷
が蓄積された振動センサ３を放電させるため、切換素子
１８はＣＰＵ１７からの切換信号に基づいて、振動セン
サ３を故障診断装置２０のプリアンプ１３へ切換接続す
る（Ｓ１４）。そして振動センサ３からの電圧信号がプ
リアンプ１３で増幅された後、コンパレータ１４で所定
のしきい値と比較され二値化されて方形波パルスに変換
される。

【００２０】ＣＰＵ１７は、各コンパレータ１４に対応
した４個のフリップフロップ１５をリセットした状態で
各振動センサ３から電圧信号が出力されるのを待つ（Ｓ
１６）。振動センサ３から電圧信号が出力されると、所
定のしきい値と比較しコンパレータ７から前記のように
方形波パルスが出力され、ＣＰＵ１７によってリセット
されていたフリップフロップ１５がコンパレータ１４の
出力によってセットされる（Ｓ１８）。すなわち、それ
ぞれの振動センサ３について、それから入力される放電
圧信号が前記のしきい値未満になった時点でフリップフ
ロップ１５がセットされる。

【００２１】４個の時間カウンタ１６はそれぞれ、操作
板１の対角線上に配置された４個の振動センサ３に対応
した４個のフリップフロップ１５の出力により動作し、
その４個の振動センサ３の放電時に所定の一定電圧（充
電用電源１９の印加電圧）から所定のしきい値までの電
圧降下の時間をカウントする。そのカウント値はＣＰＵ
１７に入力される。そして、ＣＰＵ１７は、４個の時間
カウンタ１６の出力とあらかじめメモリにセットされた
判定時間とを比較して（Ｓ２０）、各振動センサ３とそ
れに付随するコネクタ２２あるいはハーネス２３等の前
記周辺部品の異常を識別判定し（Ｓ２４）、異常が発生
した振動センサ３の部位とその異常の内容とを報知手段
である表示装置２１に出力する（Ｓ２６，Ｓ２８，Ｓ３
０）。表示装置２１としては、ＣＲＴディスプレイ，Ｌ
ＣＤディスプレイ等、適当な表示素子を有するものを採
用することができる。

【００２２】すなわち、振動センサ３が正常であれば、
静電容量に対応する所定の電荷が蓄積されているため、
図４（ａ）に示すように、振動センサ３の端子間電圧は
一定電圧（充電用電源１９の印加電圧）から指数関数的
に降下し、時間カウンタ１６によって計測された放電時
間は所定の時間ｔ（ｔ₁ ≦ｔ≦ｔ₂ ）となる（Ｓ２
０）。そして、切換素子１８の切換信号が出力されて、
振動センサ３の出力信号は座標入力装置１００のプリア
ンプ４に入力されるようになる（Ｓ２２）。なお、本実
施例にあっては、振動センサ３に用いられる圧電素子の
静電容量がＣ＝１００ｐＦであり、圧電素子の（＋）端
子とプリアンプ４の入力との間に１０ｋΩの接地抵抗を
接続し、一定電圧Ｅ＝１０V を印加して放電させた場
合、前記のｔ₁＝０．５μsec 、ｔ₂ ＝５μsec 程度で
ある。

【００２３】一方、振動センサ３に静電容量の減少等の
異常が発生している場合には、例えば図４（ｂ）に示す
ように、振動センサ３の電圧降下特性が正常時と異な
り、時間カウンタ１６によって計測された放電時間ｔは
正常時の時間とは異なる。また、コネクタ２２あるいは
ハーネス２３が接触不良，断線を起こしていたり、また
はショートしている場合、図４（ｃ）に示すように、振
動センサ３の端子間電圧は０V を保持するので、時間カ
ウンタ１６はオーバーフローし、異常が検知される。

【００２４】以上のように、各時間カウンタ１６の出力
に基づいて、ＣＰＵ１７は各振動センサ３の異常とコネ
クタ２２あるいはハーネス２３等の各前記周辺部品の異
常とを識別判定し、異常が発生した振動センサ３の部位
とその異常内容とを表示装置２１に出力する。

【００２５】前記振動センサ３の出力を切り換えるため
の切換素子１８としては、リレーがもっとも単純である
が、接点接触不良あるいは接点溶着による故障誤検知を
防止するために、充分信頼性の高いものを採用する必要
がある。あるいは適宜スイッチング素子を組み合わせて
無接点化を図るようにすれば一層好ましい。

【００２６】また、切換素子１８以降の回路（プリアン
プ１３，コンパレータ１４，フリップフロップ１５，お
よび時間カウンタ１６）は、必ずしも本実施例のよう
に、振動センサ３の数に対応して設ける必要はなく、一
組のみ設けて切換素子１８によって入力を時分割に切り
換えるようにしてもよい。

【００２７】なお、このような故障診断装置の動作を、
座標入力装置１００の電源投入等、座標入力装置１００
を使用するために必ず行われる処理に連動して実行され
るようにしておくことにより、使用者が特に意識するこ
となく、自動的に振動センサ３のチェックを行うことが
できる。

【００２８】また、本発明の第２実施例としては、フリ
ップフロップ８とフリップフロップ１５、時間カウンタ
９と時間カウンタ１６、およびＣＰＵ１０とＣＰＵ１７
とを共用として、図１に示す故障診断装置２０の機能を
座標入力装置１００に一体的に組み込む構成としてもよ
い。その場合の回路構成は図５に示すようになる。

【００２９】この第２実施例の動作は図１に基づいて説
明した前記第１実施例の作用と同様であって、演算手段
であるＣＰＵ２４は、座標演算処理とともに故障診断処
理をも行う。すなわち、ＣＰＵ２４は座標演算処理ルー
チンを含むメインルーチンと、図３に示した故障診断処
理ルーチンとを時分割に処理する。

【００３０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、座標入力装置の圧電素子、およびコネクタまたは
ワイヤハーネス等の周辺部品に発生している異常を、前
記圧電素子を充電し、その後放電させたときの電圧降下
特性を正常時の特性と比較することによって検出するよ
うにしたので、異常発生部位と異常の状態とを自動的に
識別判定することができ、圧電素子周辺部のトラブルシ
ューティングが容易となり、座標入力装置のメンテナン
ス上非常に有利である。

【００３１】また、座標演算手段と異常判定手段とを同
一の演算手段に組み込む構成とすることによって、部品
点数を減らすことができ、ハードウェアとしての故障診
断装置の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す概略ブロック図
である。

【図２】振動センサの構成を示す説明図である。

【図３】本発明に係る故障診断装置の動作フローの一例
を示すフローチャートである。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は振動センサの電圧降下特性を
示すグラフである。

【図５】本発明の他の実施例の構成を示す概略ブロック
図である。

【符号の説明】

１ 操作板 ２ 座標指示器 ３ 振動センサ ３ａ 圧電素子 １０ ＣＰＵ（座標演算手段） １３ プリアンプ １４ コンパレータ １５ フリップフロップ １６ 時間カウンタ １７ ＣＰＵ １８ 切換素子 １９ 充電用電源（充電手段） ２０ 故障診断装置（異常判定手段） ２１ 表示装置（報知手段） ２２ コネクタ ２３ ワイヤハーネス ２４ ＣＰＵ（演算手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動が伝搬する操作板上の任意の位置に
   所定の振動パルスを印加する座標指示器と、 前記操作板面の周辺部に設けられ、前記座標指示器によ
   って印加された振動パルスを検出する３個以上の圧電素
   子と、 前記各圧電素子がコネクタおよびハーネス等の周辺部品
   を介して接続可能に配線され、それぞれの前記圧電素子
   からの出力に基づいて前記座標指示器による振動印加点
   の座標値を演算する座標演算手段と、 前記圧電素子に接続可能に配線されて該圧電素子に電荷
   を蓄積する充電手段と、 前記周辺部品に接続可能に配線されて前記圧電素子に蓄
   積された電荷を放出させるとともに、その放電時の電圧
   変動に基づいて前記圧電素子の異常と前記周辺部品の異
   常とを判定する異常判定手段と、 前記異常判定手段からの出力に基づいて異常発生部位を
   知らせる報知手段と、 を備えたことを特徴とする故障診断装置付き座標入力装
   置。
2. 【請求項２】 前記座標演算手段と前記異常判定手段と
   が同一の演算手段に組み込まれることを特徴とする請求
   項１に記載の故障診断装置付き座標入力装置。