Touch-Systeme für Industrie-Applikationen

Touch Displays haben sich als besonders leistungsfähige Mensch-Maschine-Schnittstellen etabliert. Entsprechende Sensoren und Touch-Systeme bietet u.a. der Distributor SE Spezial-Electronic in Kooperation mit dem Touch-Spezialisten Hummel an.

Zum Vertriebsprogramm von SE Spezial-Electronic AG gehören seit Jahren die Display-Lösungen von Herstellern wie Ortustech (Japan) und Winstar (Taiwan). Die Aktivitäten in diesem Produktbereich haben gezeigt, dass sich Kunden immer stärker für Touch-Lösungen interessieren. Die genannten Hersteller haben diesen Trend erkannt und erweitern ihr Portfolio laufend um Displays mit resistiven oder kapazitiven Touch-Fähigkeiten. Diese Standardlösungen korrespondieren jedoch nicht immer mit den individuellen Anforderungen, die Kunden an ihre Touch-Projekte stellen. Aus diesem Grund kooperiert SE Spezial-Electronic mit dem Geschäftsbereich Touch Systems (TS) der Hummel AG in Denzlingen.

Letztere vereint sämtliche Technologien und Prozesse für die Entwicklung und Fertigung von Touch-Systemen unter einem Dach. Neben dem Sensordesign mit ITO-Strukturierung (Indium-Zinnoxid) und Controlleranpassung gehören hierzu auch diverse Kompetenzen für die Bereiche Bonden, Glasbearbeitung, Glasbedruckung und Gehäusefertigung. Damit ist der Touch-Spezialist ein geeigneter Partner für die Entwicklung kundenspezifischer Touch-Lösungen.

 

Lösungen für raue Betriebsumgebungen

Touch-Systeme erlauben eine sichere und komfortable Mensch-Maschine-Kommunikation auch in rauen Industrieumgebungen. Daraus ergeben sich viele Anwendungsmöglichkeiten bei der Steuerung von Geräten, Maschinen und Anlagen, in der Industrieautomation und bei Konsumgütern. Touch-basierte Lösungen sind robust und langlebig. Sie eignen sich sehr gut für einen Außeneinsatz und unterstützen gegebenenfalls die Einhaltung hygienischer Anforderungen. Die Tabelleliefert einen Überblick über wichtige Einsatzkriterien von Touch-Systemen und die entsprechenden Eigenschaften der bei SE und Hummel verfügbaren Lösungen. Sie enthält zudem einige Detail-Informationen zu den Komponenten solcher Systeme.

 

PCT-Sensor aus eigener Entwicklung

Die Ausgangskomponenten für einen Touch-Sensor des HMI-Spezialisten sind zwei Glasplatten, deren ITO-Beschichtungen per Laserabtrag auf reihenweise verbundene, rautenförmige ITO-Strukturen reduziert wurden. Diese Gläser werden so miteinander verklebt, dass eine Matrix aus Kondensatoren mit jeweils nebeneinander angeordneten Elektrodenflächen entsteht. Da sich das elektrische Feld eines solchen Kondensators relativ weit in die Räume über den Glasplatten ausbreitet, kann es zum Beispiel mit einer Fingerspitze oder einem (leitfähigen) Stylus beeinflusst werden. Anhand der sich dabei ergebenden Änderung der lokalen „Mutual Capacitance“ kann ein spezieller Touch Controller die Position eines solchen Zugriffs sehr genau bestimmen.

Die PCT-Sensoren des HMI-Spezialisten nutzen hochwertige ITO-Strukturen mit Linienbreiten bis herab zu 0,1 mm und Fächenwiderständen von typisch 60 Ω. Die beiden Glasplatten werden mit einem Kleber verbunden, der über einen angepassten Brechungsindex verfügt. Dieses optische Bonden sorgt für einen weitgehend reflexionsfreien Lichtdurchgang und erstklassige optische Parameter (Transmissivität z.B. über 85 %). Der Kleber ist darüber hinaus noch uneingeschränkt UV-beständig. Der Abstand der Glasplatten liegt bei 0,1 mm und je nach Diagonale erreicht die Dicke des gesamten PCT-Sensors Werte von etwa 1,3 bzw. 2,2 mm. Zwei Flachbandkabel für ZIFF-Steckverbinder ermöglichen den Anschluss an ein Controller Board (Bild 1).

 

PCT-Controller vom Spezialisten

Hummel kombiniert seine Sensoren mit Controller Boards des Herstellers eGalax_eMPIA Technology (Taiwan). Diese Boards verfügen über einen Master Controller und je nach Display-Größe über einen oder mehrere Slave Controller; letztere mit Driving- und/oder Sensing-Funktionen. Sie sind kompatibel zu den Betriebssystemen Windows, Linux, Mac und QNX, mit denen sie über eine ihrer Schnittstellen (USB, RS-232, I²C) kommunizieren (Bild 2).

 

Hohe Flexibilität beim Einsatz von Frontglas

Ein Touch-Sensor kann mit einem Frontglas mit einer Stärke von 1,5 bis 10 mm kombiniert werden. Bei voller Touch-Funktion bietet ein solches Glas Schutz vor Beschädigungen bis hin zum Vandalismus, erhöht die mechanische Stabilität und unterstützt gegebenenfalls die Erfüllung hygienischer Anforderungen. Je nach Einsatzfall kann die Außenseite speziell behandelt werden: Chemisches Ätzen oder Beschichten vermindert den Reflexionsgrad. Chemisches und thermisches Härten indes erhöht die Schlagfestigkeit, und Versiegelungen lassen Schmutz und Flüssigkeiten abperlen. Die Innenseite kann darüber hinaus noch mit einer kundenspezifischen Bedruckung versehen werden. Obwohl sich Glas in den meisten Fällen für den frontseitigen Abschluss eines Touch Panel eignet, stehen mit Acrylglas (PMMA, Polymethylmethacrylat) und Polycarbonat (PC) auch alternative Materialien für besondere Einsatzfälle (zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie) zur Verfügung.

 

Mehrere Wege zu einem Touch-System

Ein einsatzbereites Touch-System entsteht aus der Kombination von Frontglas, PCT-Sensor, TFT-Displays und Gehäuse. Ein Anwender hat nun mehrere Möglichkeiten, ein derartiges Produkt in sein Entwicklungsvorhaben zu integrieren. So kann er z.B. ein Display selbst beschaffen und die Komplettierung mit Sensor, Frontglas und Gehäuse bei SE oder dem Touch-Spezialisten in Auftrag geben. Darüber hinaus kann er sich aber auch für eines der bei diesen Unternehmen verfügbaren Komplett-Produkte entscheiden. In den Kategorien „Standard-Panel“, „Design-Panel“ und „Einbau-Panel“ stehen aktuell 14 Touch-Systeme mit jeweils bis zu vier Versionen (Standard oder Brilliance, mit oder ohne IPC) zur Verfügung (Bild 3).

 

Besondere Expertise des HMI-Spezialisten

Ein gutes Touch Panel reagiert mit einer angemessenen und stabilen Sensitivität auf Eingaben an jeder Stelle seiner Bedienoberfläche. Die Voraussetzung hierfür sind ausreichend starke und homogene elektrische Felder über allen Einzelkondensatoren der Touch-Matrix. Allerdings kann der Feldaufbau durch eine Reihe von Faktoren beeinträchtigt werden. Dazu gehören zum Beispiel die jeweilige Dicke des Frontglases, der Display-Rahmen, Toleranzen bei der Montage, die elektrische Versorgung und wechselnde Einsatzbedingungen. Mit optimierten ITO-Strukturen, einem EMV-gerechten Schaltungsdesign und einem iterativen Wechsel der Parametersätze des Touch Controller zur Anpassung der Messalgorithmen und der Ergebnisfilter können diese Einflüsse jedoch weitgehend unterdrückt werden. Die HMI-Entwickler verfügen über umfangreiche Erfahrungen zur Nutzung dieser Technologien. Durch die eigene Fertigung am Standort Denzlingen gibt es darüber hinaus nahezu keine Abhängigkeiten von Mainstream-Märkten. Hochwertige Rohmaterialien (ITO, Kleber, FPCs u.a.) sind vorrätig und erlauben die schnelle und günstige Produktion von Mustern, Prototypen und Serienerzeugnissen.