Regras de design de vidro de cobertura PCAP para integração industrial de IHM

Vidro de cobertura PCAP vidro a primeira coisa que um operador toca é a última coisa em que a maioria dos engenheiros de projeto se debruçam De todas as tecnologias de toque em um ambiente industrial, poucos se comparam aos sistemas de toque capacitivo projetados; e para esses sistemas, o vidro de cobertura PCAP não é apenas uma camada inerte É diretamente responsável pela intensidade do sinal, desempenho óptico, resistência ambiental e se os dedos enluvados se registram ou não na tela.

Especifique incorretamente o vidro da tampa PCAP e suas folhas industriais do sensor de toque com toques fantasmas, áreas mortas ou um display rachado 6 meses após a instalação Este artigo define sete especificações de design (cobrindo a escolha do material, espessura dielétrica, blindagem EMI (EMI shielding) que separam uma matriz de tela de toque pcap confiável de uma garantia totalmente vocalizada.

Como funciona a tecnologia de toque capacitivo projetada

o toque capacitivo projetado (PCAP) monitora a capacitância observando anomalias de capacitância no ponto de interseção entre uma grade de condutores transparentes embutidos no vidro de cobertura Um sensor de toque PCAP emparelha duas camadas de condutores padronizados de óxido de índio e estanho (ITO) um fornecendo acionamento (X-axis) e o outro sentido (Y-axis) espaçados em um dado À medida que um dedo condutor ou objeto entra em uma carga de proximidade acoplada ao Kiri, ele induz uma leitura de capacitância, que o sistema controlador usa para localizar o ponto de toque.

No topo está a camada PCAP Angoshel, o padrão de eletrodo ITO, separado por um dielétrico inferior PC, é o substrato de vidro, LCD/TFT do display acima Enquanto cada camada adicional em um build-up touchscreen capacitivo projetado adiciona atenuação óptica e impacta a recepção de toque, um número limitado de camadas minimiza a ineficiência do sistema.

A capacitância mútua requer que a variação de carga presente em cada interseção X/Y no padrão do eletrodo seja medida de forma independente, suportando a detecção perfeita da realidade (multi-touch) sem fantasmas A auto-capacitância deve medir a capacitância separadamente em cada linha e coluna; embora seja mais simples de implementar, as coordenadas fantasmas podem aparecer durante a detecção simultânea de pontos de toque excessivos.

Parâmetros típicos para um filme ITO usado em um sensor de toque PCAP incluem resistividade de 10-1000 ohms (terada no quadrado), espessura de 50-200 nm e transmitância de 851TP3 T através do óptico A maioria dos padrões PCAP padrão emprega um padrão de diamante 9 interconexões em uma grade 3×3, interligadas por traços ou um padrão de matriz 9 grupos de barras paralelas conectadas por traços de Diamante oferecem campos elétricos mais planos através do sensor.

Para uma discussão sobre os princípios eletrostáticos por trás desta tecnologia, veja isto visão geral da detecção capacitiva. Analog Devices também publicou um detalhamento detalhado de sistemas capacitivos projetados na perspectiva do controlador.

Seleção de material de vidro de cobertura para telas sensíveis ao toque PCAP

A escolha do material tem um efeito em cascata da resistência ao impacto à transmitância óptica até a quantidade de capacitância que atinge o sensor de toque abaixo. A tela sensível ao toque usa três famílias de vidro, cada uma com seu próprio conjunto de prós e contras.

O fortalecimento químico por troca iônica é recomendado para todo o vidro de cobertura com menos de 3 mm de espessura Durante a troca iônica, o vidro é colocado em um banho de nitrato de potássio fundido a cerca de 400 C. A substituição de pequenos íons de sódio por íons de potássio maiores induz uma camada de tensão compressiva na superfície do vidro As composições de aluminossilicato produzirão uma camada de DOL superior a 40 m e uma tensão compressiva acima de 700 MPa em vidros de cal sodada.

Para aplicações internas padrão HMI, soda-cal e óculos quimicamente reforçados fornecem o melhor desempenho a um custo ideal Força industrial; impacto cozido, abrasão, até mesmo variação térmica; vidro aluminossilicato é a sua melhor aposta Borosilicate; aplicações enfrentando rápida e extrema variação de temperatura (forno) controles, HMI ao ar livre em climas congelados.

Ao especificar vidro de cobertura industrial HMI inclua sempre o método eficaz do reforço com a documentação do teste do DOL de seu fornecedor Especifique sempre o perfilamento da borda, a perfuração do furo e a personalização do vidro reforçado antes de temperar; a têmpera química não pode ser cortada ou perfurada.

Cobrir Espessura de Vidro e Compromissos de Sensibilidade ao Toque

a espessura do vidro da tampa é talvez o componente físico mais crítico de uma tela sensível ao toque pcap Um passo em falso resulta em um conjunto HMI quebrado Cada milímetro adicional de vidro aumenta a quantidade de acoplamento de campo elétrico necessário entre o dedo e o sensor ITO reduzindo diretamente a relação sinal-no-ise no controlador.

A capacitância mútua penetra de forma confiável em toda a espessura do vidro de cobertura de até 2,0 mm de espessura Uma vez que isso é excedido, o ajuste do firmware do controlador na resposta do sinal torna-se obrigatório 4 mm de espessura ou maior, muitos projetos mudam para modos de detecção de autocapacitância ou híbridos A intensidade do sinal decai aproximadamente à medida que o quadrado da distância entre o dedo e o eletrodo, dobrando assim o sinal de cortes de espessura do vidro para aproximadamente um quarto.

Comparar como as especificações do vidro de cobertura afetam o desempenho do toque HMI em uma infinidade de aplicativos de tela sensível ao toque PCAP e tamanhos de tela.

Tratamentos de superfície (revestimentos anti-reflexo, anti-reflexo e anti-impressão digital)

Os revestimentos de superfície determinam se os operadores podem realmente ler a exibição de sua IHM no mundo real - em toda a sua glória voltada para o sol, que longos tubos fluorescentes refletidos no chão de fábrica ou lubrificante manchado com as mãos através do vidro de controle Um revestimento bem selecionado transforma uma tela lavada em uma legível.

Para a IHM do chão de fábrica, onde os operadores usam luvas, o revestimento AG com neblina 8-151TP3 T é a escolha comprovada Ele difunde as fontes de luz aéreas, ao mesmo tempo em que tem um impacto insignificante na resolução na distância de visualização normal Para a IHM de sala limpa ou médica, onde a clareza no nível de pixel é importante, o revestimento AR com reflexão <11TP3 T supera o AG porque preserva a resolução de exibição nativa.

AG e AR são “like dia e noite” em que AG espalha levemente um feixe de luz de entrada em uma infinidade de direções, enquanto AR emprega dispositivos de interferência óptica multicamadas (camadas dielétricas finas) versus microtextura de pastagem, respectivamente. A principal diferença é a intenção: dispersar reflexões ou eliminá-las completamente.

Os revestimentos AF são melhor aplicados como uma camada superior em cima de AG ou AR. Eles usam química oleofóbica à base de fluoropolímero para reduzir a energia da superfície e fazer com que a água e os óleos fiquem acima em vez de se espalharem finamente Selecione uma especificação que tenha um ângulo de contato com a água (WCA) > 1100 para pelo menos 500.000 ciclos de toque para maximizar a durabilidade e minimizar a contaminação da superfície.

Ligação óptica vs lacuna de ar para monitores PCAP industriais

O método pelo qual o vidro de cobertura adere ao LCD afeta diretamente a legibilidade da luz solar, o registro de toque e a confiabilidade a longo prazo Faça sua escolha entre uma abordagem de ligação óptica (preenchendo o espaço de ar com adesivos como OCA ou OCR) ou um método de montagem de entreferro (todo o vidro de cobertura fica preso acima do display em fita perimetral em uma cavidade de ar).

Com base em nossa experiência fornecendo conjuntos de vidro de cobertura integrados de fábrica para clientes industriais, os monitores PCAP ligados a entreferro em ambientes úmidos de fábrica desenvolvem nebulização interna após 12-18 meses A umidade desliza pelas costuras de fita perimetral e nevoeiro a superfície interna, colapsando a visibilidade e o registro de toque. Vincule o vidro da tampa com OCA ou OCR para eliminar completamente esse modo de falha; preencha a cavidade com adesivo em vez de ar.

“Optical bonding aumenta a complexidade de fabricação e custo, mas elimina um ponto de falha a longo prazo Para qualquer PCAP exibição implantada ambientes controlados, armazéns, instalações ao ar livre, alimentos ligação consideramos obrigatório.”

Equipe de Engenharia de Vidro da Saiwei

OCA (revestido-adesivo agressivo) funciona bem para formatos relativamente pequenos até 15″ ou mais, mas é melhor optar por OCR (resina revestida-agressiva) para displays de maior formato ou tamanho irregular para personalizado É dispensado como líquido e curado com luz UV no lugar para uma combinação perfeita de índice de refração com o vidro e display Isso reduz significativamente os reflexos internos na interface.

Do lado da ligação, Guia de ligação touchscreen da UICO oferece comparações e considerações de parâmetros mecânicos. A Interelectronix publicou uma nota técnica sobre ligação óptica para telas sensíveis ao toque pcap com fluxo e parâmetros do processo de laminação.

Ajuste do controlador para modo luva e vidro de capa grossa

o vidro de cobertura aborda os endereços do firmware do controlador de toque pcap é o que determina se sua IHM responde em condições reais (tudo em condições reais) com operadores enluvados, vidro espesso e ruído da comutação elétrica em outras partes da planta.

Os quatro parâmetros mais relevantes do controlador são limiar de sinal (quanta capacitância deve mudar para criar evento registrado), ganho (o sinal bruto do sensor é amplificado por uma quantidade especificada), filtragem de ruído (algoritmos que discriminam entre toques reais e outros efeitos ambientais), e rejeição de água (lógica inteligente que raciocina a transcrição potencial da água de um dedo que está apenas em contato com o vidro).

O modo luva simplesmente eleva o limite do controlador alto o suficiente para o delta de pequena capacitância causado por um contato de dedo enluvado contra vidro de 1,1 mm. Com os dedos nus, o valor pode ser de 50 contagens Com uma luva de nitrilo fina, 20 contagens Luvas de luva de couro grossas usadas em oficinas de soldagem ou fabricação pesada podem ser apenas 5 ou 8 contagens Diferentes tipos de luvas exigem diferentes ajustes de limite, e um sensor de toque PCAP é ajustado para essas sensibilidades após a instalação.

Vidro grosso amplifica esses efeitos As soluções PenMount ou UICO PenMount são capazes de detectar até 10 mm, mas somente se o ganho, a filtragem de ruído e o limite forem ajustados especificamente para a aplicação Uma aplicação de vidro de 3 mm que detecta um dedo nu pode não funcionar adequadamente com uma luva de vidro e couro de 6 mm, a menos que sejam realizados ajustes de firmware para essa situação exata.

• Lista de verificação de ajuste de firmware
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  Defina a espessura e o material do vidro da tampa antes de solicitar controladores
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  Especifique cada luva usada na aplicação (material, espessura)
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  Solicite um relatório de ajuste de firmware do fornecedor do controlador
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  Ensaios de gotículas de água na superfície do vidro (validação da rejeição de água)
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  Valide a imunidade de falso toque no ambiente operacional real
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  Confirme a precisão multitoque com a configuração especificada de vidro e moldura

Analog Devices fornece uma visão geral detalhada de sistemas de toque capacitivo projetados, arquitetura PCAP e camada de protocolo de comunicação do sistema operacional.

blindagem e aterramento EMI em conjuntos de vidro de cobertura PCAP

Os sensores de toque PCAP são extremamente suscetíveis ao acoplamento EMI Os filamentos da grade de eletrodos ITO são uma antena, as plantas industriais geram ruído de banda larga em todas as frequências de todas as direções. As unidades de frequência variável (VFDs), servomotores, fontes de alimentação de comutação e barramentos de alta corrente criam EMI de banda larga que acopla o sensor de toque.

O resultado é bem compreendido: toques fantasmas que acionam instruções errantes, ação retardada onde os operadores martelam a tela com contato repetido e cinomose total da IHM durante a partida do motor Um painel de tela sensível ao toque (subpainéis NEMA 4 X, vidro de exibição robusto) colocado a 30 cm de um VFD de 10 HP sem medidas de mitigação EMI no lugar começará a se comportar mal em segundos após o motor começar a funcionar no VMF.

IEC 61000-6-2 padrão de imunidade industrial é um conjunto completo de exames ED correspondentes a um ambiente industrial Todos os sistemas de tela sensível ao toque pcap destinados a locais de fabricação devem ser submetidos a testes semelhantes. Padrão de imunidade industrial IEC 61000-6-2 especifica os níveis de interferência conduzidos e irradiados que um equipamento pode sustentar sem mau funcionamento.

• Fundamentação Melhores Práticas
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  Ligue a camada de blindagem ITO ao solo do chassi usando a junta condutora
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  Mantenha o caminho do solo sob 20 mm de comprimento. Caminhos mais curtos são menos indutivos
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  Use diodos TVS em cada conector de E/S na placa controladora que está exposta a um campo de alta radiosidade
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  Proteja o roteamento de cabos FPC/FFC longe de condutores de alta corrente
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  Isole fisicamente a fonte de alimentação do controlador de toque do circuito do driver do motor.

Um anel de borda ITO condutor em torno da área de toque ativa, conectado ao aterramento do chassi através do caminho mais curto possível através da junta condutora, é a medida mais eficaz contra erros de toque induzidos por EMI. Este anel atua como um escudo de Faraday que intercepta o ruído irradiado antes de atingir os eletrodos sensores.

Perguntas frequentes