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3-2014

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PC & Industrie 3/2014 mit Einkaufsführer Embedded Systeme

Bedienen und

Bedienen und Visualisieren Zuverlässige Bedienung auch mit geschützten Fingern sicher nachgewiesen Bild 1: Auch beim Einsatz verschiedener Handschuhe sollten Touch-Anzeigen problemlos und fehlerfrei Eingaben registrieren (Danielson) Kapazitive Touchsensoren im Handschuhtest Moderne Anzeigen mit Touchsensoren werden in vielen Bereichen der Industrie, Forschung Medizin und Lebensmittelverarbeitung eingesetzt. So vielfältig wie der Einsatz sind auch die Anforderungen nach Widerstandskraft gegenüber äußeren Einflüssen. Chemikalien, Hygienevorschriften, Desinfektionsmittel oder mechanische Gefährdungen betreffen aber nicht nur die Anzeige, sondern erfordern oft auch einen Schutz für die Hände des Bedieners. Gerade bei der Bedienung mit Schutzhandschuhen gibt es bei herkömmlichen Touchsensoren aber oft Probleme mit der zuverlässigen Eingabeerkennung. Eine optimal abgestimmte Kombination aus Sensor und Controller erlaubt nun bei Autoren: Ronald van der Voort, Produktmanger Touchscreens bei Danielson Europe B.V. und Dipl. Chem. Andreas Zeiff, Redaktionsbüro Stutensee sehr vielen Handschuhmaterialien und -typen die präzise Erkennung von Bedienereingaben. Das wurde u.a. durch eine Testreihe bestätigt. Auch beim Einsatz verschiedener Handschuhe sollten Touch-Anzeigen problemlos und fehlerfrei Eingaben registrieren (Bild 1). Das gilt besonders in sicherheitskritischen Branchen wie der Chemie-, Medizinund Pharmatechnik, wo oft Handschuhe verwendet werden. Leider zeigt die Realität, dass aufgrund des technischen Prinzips, also der Auswertung geringster Ladungsverschiebungen, eine universelle Handschuhbedienbarkeit von vielen Anbietern nicht sicher gewährleistet werden kann. Der Hersteller Danielson ist als Komplettanbieter in der Lage, mit der Kombination aus anwendungsspezifischem Touchsensor und Controller nahezu alle Touchscreens für verschiedene Handschuhe bedienbar zu machen. Aufbau projektiv-kapazitiver Touchscreen Bei Smartphones wird das Problem umgangen, indem Spezial- Handschuhe angeboten werden. Dies ist natürlich für Industrie- oder Medizintechnik keine praktikable Lösung. Hier muss die Bedientechnik mit den vorgegebenen Schutzhandschuhen funktionieren, nicht umgekehrt. Um zu verstehen, wie dieses Problem gelöst werden kann, wird ein Blick auf die Funktionsweise des projektiv-kapazitiven Touchscreens geworfen. Moderne Eingabepanels bestehen aus einem Gehäuse, in dem sich in Sandwich-Bauweise die LCD-Anzeige und darüber eine Schutz- Glasschicht mit dem Touchsensor befinden. Der Sensor wird dabei direkt auf die Unterseite der Schutzplatte aus Glas oder Polycarbonat auflaminiert. Berührt nun ein Finger die Abdeckung, entsteht im Sensor eine Ladungsverschiebung. Sie erhöht die Kapazität der darunterliegenden Elektroden. Diese Kapazitätserhöhung ist stark abhängig vom Material und der Stärke des Schutzhandschuhs sowie vom Anpressdruck. Sie wird gemessen und über einen speziellen PCAP-Controller ausgewertet. Da es um die Auswertung geringster Kapazitätsänderungen geht, ist eine optimale Abstimmung und Verarbeitung aller Teile essenziell. Bei herkömmlichen Systemen, die aus Komponenten unterschiedlicher Hersteller lediglich zusammengefügt werden, mangelt es daher oft an der nötigen Feinabstimmung. Danielson dagegen fertigt alle Einzelkomponenten, sprich Sensor und Controller, selbst und laminiert den Sensor in der eigenen Panelfertigung auch selbst auf die Deckplatte. So lassen sich alle Parameter optimal und in Serie reproduzierbar aufeinander abstimmen, um eine hohe Empfindlichkeit und Benutzerfreundlichkeit zu erreichen. Die Auswertung der so gewonnenen Daten übernimmt der Controller, der die elektrische Kapazität der Elektroden überwacht. Über komplexe Auswerte-Algorithmen wird dann die genaue Position der Berührung bestimmt. Unterschiedliche Deckglasschichten und Materialien sowie die verschiedenen Handschuhvariationen werden bei der Auswertung standardmäßig ebenso berücksichtigt wie die Erkennung mehrerer Finger unabhängig voneinander (Bild 2). Für Bild 2: Die Eingabe mit nacktem Finger ist leicht zu erkennen, kommen Schutzhandschuhe ins Spiel ist spezielles Knowhow gefragt (Danielson) 32 PC & Industrie 3/2014

Bedienen und Visualisieren Bild 3: Latex- oder Nitrilhandschuhe im medizinischen Bereich behindern die Eingabe nicht (Danielson) Bild 4: Robuste Handschuhe eigenen sich eher für Tippeingabe auf „Schaltflächen“ und weniger für feinere Strukturen (Danielson) besonders schwierige Einsatzgebiete besteht zudem die Möglichkeit, die Auswerteparameter der Controller-Software auf die speziellen Anwendungsanforderungen fein abzustimmen. In der Anwenderpraxis bedeutet das, der Controller kommuniziert direkt mit dem PC-System über eine USB-Schnittstelle. Der Touch-Panel-Treiber ersetzt dabei vollständig die Maus und unterstützt Betriebssysteme wie Windows, Linux, Mac OS X und QNX. Damit ist eine leichte Integration auch in bestehende Systeme sichergestellt und das ohne Wartungsbedarf bei hoher Lebensdauer und Multitouchfähigkeit mit Gestenerkennung bei nur geringem Aktivierungsdruck. Unterschiedliche Handschuhmaterialien und -typen im Test Praxistests mit einem so für universelle Eingabeerkennung optimierten Display haben für unterschiedliche Handschuhmaterialien bzw. branchenspezifische Schutzhandschuhe folgende Ergebnisse erzielt: Die im medizinischen Bereich bevorzugten dünnen Handschuhe aus Latex oder synthetischem Polymer werden einwandfrei erkannt (Bild 3). Die Finger gleiten leicht über die Bedienoberfläche, es bleiben keine Abdrücke oder Streifen auf der Glasscheibe zurück. Bei den, in der Lebensmittelindustrie weit verbreiteten, Vinylhandschuhen ist die Erkennung ebenfalls gut, gepuderte Ausführungen sitzen allerdings recht lose an den Händen und können im Einzelfall beim Bedienen des Panels verrutschen. Ausführungen in Polyethylen erfordern einen leicht erhöhten Bediendruck beim „Ziehen“, normale „Punkteingabe“ durch Antippen ist problemlos möglich. Bei Handschuhen, die gegen chemische und bedingt mechanische Einflüsse schützen, ist über ein inneres Baumwollgewebe eine äußere Schutzschicht aus entsprechendem Kunststoff aufgebracht. Diese Modelle werden ebenfalls gut erkannt, erfordern aber einen etwas höheren Andruck und lassen sich wegen der „bremsenden“ Oberflächenbeschichtung schwerer über die Paneloberfläche ziehen (Bild 4). Auch hier sind Punkteingaben durch Antippen problemlos möglich. Schnittschutzhandschuhe mit Polyurethan (PU) Beschichtung, die gegen Schnitte, Abrasion oder Durchstich schützen, gleiten dagegen leicht über die Oberfläche und sind sowohl bei Zug wie punktueller Eingabe gut zu registrieren. Beschichtete Handschuhe für besseren Griff gleiten je nach Beschichtung (meist Nitrilbeschichtung) wiederum schwerer über die Oberfläche. Punkteingabe ist problemlos möglich, Ziehen erfordert etwas mehr Druck und Kraft. Problemloses Arbeiten mit unterschiedlichen Handschuhen Klassische Arbeitshandschuhe aus Leder sind aufgrund der recht groben Ausführung etwas im Nachteil, wenn es um die Bedienung entlang feiner Linien geht. Bei Zugoder Druckeingabe in gröberen Strukturen werden die Berührungen problemlos erkannt und umgesetzt. Gleiches gilt in verstärktem Maß für Schweißschutzhandschuhe, die aus schwerem Leder gefertigt sind. Textile Handschuhe aus ungebleichter Baumwolle, die als Unterziehhandschuhe für andere Handschuhtypen oder solo als Schutz gegen Fingerabdrücke eingesetzt werden, zeichnen sich durch sehr leichtes Gleiten über die Bedienfläche aus. Die Erkennbarkeit bei Punkt- und Linieneingabe ist hervorragend. Thermoschutzhandschuhe aus weichem Gewebe gleiten ebenfalls leicht und lassen sich durchweg gut erkennen (Bild 5). An einem modernen Touchpanel mit kapazitiver Eingabeerkennung kann man problemlos mit unterschiedlichen Handschuhen arbeiten. So ist die Sicherheit der Anzeige durch ein Schutzglas ebenso gesichert wie der Schutz der Hände des Bedieners durch die Handschuhe. Gleichzeitig steigt die Zuverlässigkeit der gesamten Bedienung, da es trotz Handschuhen zu keinen Fehleingaben mehr kommt. Bei besonders schwierigen Einsatzbedingungen kann der Hersteller die Komponenten auch auf die besonderen Bedingungen abstimmen. Dazu werden bisher noch nicht getestete Handschuhtypen des Kunden eingehend geprüft und die Touchpanels auf die so festgestellten Eigenschaften abgestimmt. So kann in fast jedem Fall eine zufriedenstellende Eingabeerkennung gewährleisten. • Danielson Europe BV info@danielsoneurope.com www.danielsoneurope.de Bild 5: Mit der richtigen Eingabemaske lassen auch eher unförmige oder steife Schutzhandschuhe eine exakte Bedienung zu. (Danielson) PC & Industrie 3/2014 33

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