Selbst dickes Glas stört nicht den Touch-Controller im Display

| Autor / Redakteur: Ian Crosby * / Hendrik Härter

Selbst in einem landwirtschaftlichen Betrieb kommt ein Touch-Display zum Einsatz. Verbaut sind Touch-Sensoren, die Sonne und Regen standhalten.
Selbst in einem landwirtschaftlichen Betrieb kommt ein Touch-Display zum Einsatz. Verbaut sind Touch-Sensoren, die Sonne und Regen standhalten. (Bild: Zytronic)

Bei einem Industrie-Display mit Touch sind es vor allem die Touch-Sensoren, welche die Eingabe selbst hinter dickem Glas zuverlässig erkennen. Auch ein antibakterielles Glas kommt zum Einsatz.

Dank höherer Empfindlichkeiten der Sensoren lässt sich eine Touch-Anwendung auch in der Industrie einsetzen. Geschützt durch ein dickes Glas, lässt sich das Modul vom Anlagenbediener auch mit einem Handschuh benutzen. Gleichzeitig sind die Steuereinheiten weniger anfällig für elektrische Störungen und es sind neue Funktionen möglich.

Derzeit dominiert die projiziert kapazitive bzw. PCAP-Touch-Technik die berührungsgesteuerte Bedienung in der Industrie. Der Erfolg beruht auf Produktmerkmalen wie einer fast unbegrenzten Lebensdauer durch die robuste Glasoberfläche, einer nahtlosen Interaktionsfläche von Kante zu Kante sowie der Berührungsempfindlichkeit.

Ein Hauptvorteil von PCAP-Touch-Techniken wie PCT und MCPT ist vor allem die Tatsache, dass sie eine hohe Berührungsempfindlichkeit bieten. Das heißt, der Anwender kann das Display selbst durch dicke Deckschichten, Schutzgläser und mit Handschuhen bedienen. So nutzen beispielsweise die PCs des australischen Integrators APC Technology die feuchtigkeits- und schmutzabweisenden Touch-Sensoren des Herstellers Zytronic des Typs ZyBrid für strapazierfähige und hoch auflösende Displays. Damit lassen sich die Displays auch im schwierigen Industrieumfeld einsetzen: bei ungünstigen Witterungsbedingungen, starker Sonneneinstrahlung oder Regen.

Gleichzeitig erfüllt der Touchsensor die strengen Anforderungen der verarbeitenden, Pharma- und Lebensmittelindustrie. Im Umfeld der automatisierten Herstellung und Verarbeitung, in mit Spritzwasser gereinigten Bereichen sowie in der Lebensmittelherstellung und Nutztierhaltung lässt sich die FT-Serie einsetzen. Dabei müssen die PCT-basierten ZyBrid-Touchscreens nicht nachkalibriert werden und garantieren einen driftfreien Betrieb.

Touch-Displays im rauen Industriealltag

Gekoppelt mit einem gut konstruierten Touch-Controller erlaubt die PCAP-Technik, auf bis zu 40 gleichzeitige Berührungen genau zu reagieren. Obgleich manche Geräteentwickler noch immer davon ausgehen, dass die Nutzer den Bildschirm stets nur mit einem einzigen Finger berühren, bringt die Multi-Touch-Funktionalität verschiedene Vorteile. Sie ermöglicht es, Gesten wie Zusammen- und Auseinanderziehen der Finger für das Vergrößern oder Verkleinern der Anzeige zu erkennen, die vor allem Tablet-Nutzer häufig anwenden.

Auch das versehentliche Berühren und Auslösen von Funktonen, wie es beim Abstützen mit der Handfläche der Fall sein kann, wird vermieden. Ein Beispiel für den Einsatz von Touch-Displays ist bei einem kanadischen Anbieter von Hardware zur Datenerhebung für den Schienenverkehr. Hier kommen die Touch-Sensoren in einem Fehlersuch- und Überwachungssystem (FIMS) (Bild 2) zum Einsatz, das die Echtzeit-Datenerfassung und detaillierte Fehleranalyse für einzelne und mehrere Triebwagen ermöglicht.

Die Sensoren bestehen aus einem 10 µm starken Kupferraster, welches unempfindlich gegen Kratzer, Stöße, Vibration, Chemikalien und hohe Temperaturen ist, da seine leitfähigen Sensorelemente durch thermisch gehärtetes Glas geschützt werden. Darüber hinaus benötigen sie keine Umrahmung und bieten folglich eine praktische, durchgängige, nahtlose Oberfläche, die selbst mit Handschuhen bedient werden können.

Ebenfalls eine recht neue Entwicklung ist es, die Berührungsstärke zu erkennen (Bild 3). Ein häufiger Einwand gegen Touch-Displays ist, dass sie dem Benutzer im Unterschied zu mechanischen Tasten keine offensichtlichen Rückmeldungen geben. Ist das Touch-Display jedoch in der Lage, die Berührungsstärke zu erkennen, so kann die gewählte Option dem Nutzer nach einer leichten Berührung des Bildschirms verbal gemeldet werden. Die Auswahl kann dann durch etwas stärkeren Druck bestätigt werden. So könnte ein Instrument beispielsweise die Parameter Temperatur, Druck oder Zeit melden, wenn der Nutzer seinen Finger auf dem Bildschirm bewegt. Sobald der Finger die gewünschte Option berührt, kann die Auswahl durch Verstärken des Drucks bestätigt werden. Diese Methode eignet sich auch, um sehbehinderten Benutzern den Zugang zu erleichtern.

Wie eine druckempfindliche Berührung erfasst wird

Damit das System bei Handheld-Geräten übliche Berührungsstärke auf großformatigen Touch-Displays in gewerblichen und industriellen Anwendungen erkennt und überträgt, muss wesentlich mehr getan werden als lediglich die gleiche Technik zu skalieren. Die Displays der meisten Smartphones verfügen über integrierte kapazitive Sensoren. Wollte man diese Methode auf einen großformatigen Bildschirm übertragen, so wäre das nicht nur äußerst kostspielig, sondern aufgrund des zusätzlichen starken Schutzglases sogar unmöglich. Abhilfe verspricht Zytronic mit seiner selbstentwickelten Methode der druckempfindlichen Berührungserfassung. Sie beruht auf Messungen an der berührten Oberfläche des Sensors, da die Berührung die Stärke des kapazitiven Signals verändert. Auf diese Weise erübrigt sich die Notwendigkeit von piezoelektrischen oder anderen Beschichtungen des Glases zur Messung des ausgeübten Drucks und die Methode funktioniert sogar bei einer dicken gehärteten Glasschicht.

Bei einem Touch-Display im industriellen Umfeld sind elektromagnetische Störungen häufig ein Problem. Kommt eine ungleichmäßige oder schlecht regulierte Stromversorgung hinzu, werden die verbauten Touch-Displays möglicherweise von transienten Störspannungen im Netzkabel beeinträchtigt. Das erzeugte Signal bei einer Berührung kann der Controller dann nur schwer oder gar nicht von einem Umgebungsrauschen unterscheiden, was wiederum in einem niedrigeren Signal-Rausch-Verhältnis resultiert und die tatsächliche Eingabe beeinträchtigt.

So lässt sich eine Berührung eindeutig erkennen

Daher müssen sowohl das Elektronikdesign als auch die vom Touch-Controller verwendete Firmware zur Berührungserfassung verbessert werden, um eine zufriedenstellende Integrität des Signals zu gewährleisten. So arbeitet die PCAP-Touch-Technik PCT von Zytronic mit einem in einem laminierten Glasträger eingebetteten X-Y-Raster mikrofeiner Kondensatoren und erfasst eine Veränderung in der Leitfähigkeit der Elektroden anhand von Frequenzmodulationen. Eine Methode zur Dämpfung elektromagnetischer Störungen ist die Implementierung einer smarten Frequenzscan-Funktion im Touch-Controller selbst. Dabei bewegt sich die Betriebsfrequenz dynamisch zwischen 1,3 und 2,5 MHz. Damit werden das Umweltrauschen und die Eingabe korrekt erkannt.

Speziell konzipierte Touch-Displays lassen sich in gefährlichen und explosionsgefährdeten Umgebungen der Zone 1 einsetzen. Smart-Ex-Terminals erheben und analysieren die Daten auf Bohrinseln. Gleichzeitig ist eine robuste und benutzerfreundliche Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine notwendig, damit wichtige Informationen gesichtet, ausgewertet und umgesetzt werden können. Außerdem müssen die Systeme ausreichend isoliert werden, damit die Elektrik der Endgeräte nicht mit den potenziell brennbaren Gasen und Flüssigkeiten in ihrer Umgebung in Kontakt kommt.

Hier hat Zytronic eine eigenkapazitive Touchsensor-Technik entwickelt, bei der eine bekannte Frequenz von ungefähr 1 MHz durch die Kondensatoren geleitet wird, die wiederum über die Körperleitfähigkeit des Benutzers verändert wird, wenn sich der Finger einer bestimmten Stelle auf der Oberfläche des Touch-Display nähert. Mithilfe von speziellen und in die Firmware eingebetteten Algorithmen wird die Position interpoliert, an der die Frequenzänderung stattfindet. Diese Methode der Berührungserkennung ist so empfindlich, dass das PCT-Sensorraster sogar unter einer dicken, laminierten Schutzschicht eingebettet werden kann.

Mithilfe eines Treibers kann der Nutzer über die Firmware die Berührungsempfindlichkeit und Erkennungsschwellen einstellen und den Bildschirm in die Lage versetzen, je nach Bedarf selbst auf die kleinste Berührung oder nur auf starken Fingerdruck zu reagieren. Sogar die Bedienung mit Schutzhandschuhen kann unterstützt werden. Folglich ist diese Technologie optimal für die Anwendung im Freien und in der Industrie geeignet.

Ein spezielles Gorilla-Glas tötet Keime und Bakterien ab

Auf dem Markt sind Gläser verfügbar, die gleichzeitig dünn, leicht und robust sind. Dazu gibt es mikrobenhemmende Bestandteile im Glas, damit Bakterien auf der Oberfläche absterben. Ein solch speziell entwickeltes Glas, das Corning-Gorilla-Glas, enthält keimtötende Silber-Ionen, die eine Vermehrung und Verbreitung von Bakterien vermindern und das Glas sauber halten.

Darüber hinaus ist Gorilla-Glas strapazierfähig und kratzresistent. Der antimikrobielle Wirkstoff beeinträchtigt die optischen Eigenschaften des Glases nicht. Für unbeaufsichtigte und im Freien aufgestellte Terminals mit Touch-Displays, die besondere Dauerhaftigkeit und Stoßfestigkeit erfordern, kann Zytronic das chemisch verstärkte antimikrobielle Corning-Gorilla-Glas mit einer Schutzschicht aus dickem, thermisch gehärtetem Glas unterlegen und einen stoßfesten ZyTouch-Sensor erzeugen. Ein entscheidendes Design-Merkmal ist, dass der Touch-Controller möglichst wenig Raum einnimmt, sodass der Entwickler den Touch-Controller im besten Fall auf der vorhandenen Hauptplatine integrieren kann.

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* Ian Crosby leitet Verkauf und Marketing bei Zytronic in Großbritannien.

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