Guida ai touch screen industriali per apparecchiature OEM

La scelta di un touch screen industriale non dipende solo dalle dimensioni e dalla tecnologia touch. Deve funzionare in sinergia con l’operatore, il vetro di protezione, il controller, il sistema host, l’involucro e l’ambiente elettrico come un unico sistema.

Per un progetto OEM, la prima domanda non è semplicemente “PCAP o resistivo?”, bensì: Qual è il livello di qualità richiesto per il prodotto, come verrà utilizzata l'attrezzatura e a quali sollecitazioni dovrà resistere l'assemblaggio finale?

Questa guida illustra le decisioni fondamentali da prendere prima della pubblicazione di un disegno o dell'approvazione di un campione.

Touch screen, display touch, monitor o Panel PC?

Questi termini vengono spesso utilizzati in modo intercambiabile, ma descrivono livelli di prodotto diversi.

Livello del prodotto	Cosa comprende	Utilizzo tipico
Pannello tattile / schermo tattile	Soluzione composta da sensore tattile, FPC e controller; le versioni PCAP possono includere un vetro di copertura personalizzato	Da integrare in un progetto esistente di display LCD o integrato
Modulo con display touchscreen	Pannello tattile combinato con uno schermo LCD tramite incollaggio ad aria o incollaggio ottico	Collegato a una scheda madre integrata tramite interfacce LCD e touch
Monitor tattile	LCD, touchscreen, controller del display, ingressi video, circuiti di alimentazione e struttura di montaggio	Collegato a un PC industriale o a un altro host esterno
Pannello PC	Display touchscreen, computer, memoria, archiviazione, I/O e involucro	HMI completa o terminale dati

Definire questo livello fin dall'inizio evita un problema ricorrente nelle offerte: da una parte si parla di un pannello tattile, mentre dall'altra ci si aspetta un monitor completo.

Eagle Touch fornisce touch screen industriali personalizzati, gruppi di display incollati, monitor touch industriali e PC a pannello. Il punto di partenza corretto dipende dall'hardware già in uso presso il cliente.

Come funziona un touch screen industriale

Un sistema touch prevede quattro fasi fondamentali:

1. L'operatore tocca la superficie con un dito, un guanto o uno stilo.
2. Il sensore rileva una variazione della capacità o della pressione fisica.
3. Il controller tattile filtra il segnale e calcola le coordinate.
4. Il host riceve le coordinate tramite USB, I²C o un'altra interfaccia supportata.

Il sensore è solo uno degli elementi di questa catena. Anche un pannello adeguato può funzionare male se il controller, la messa a terra, il percorso dei cavi, l'involucro o il firmware non sono adeguati all'apparecchiatura finita.

Touchscreen PCAP vs touchscreen resistivo

I touch screen capacitivi a proiezione e resistivi rappresentano le due opzioni più pratiche per la maggior parte dei progetti OEM industriali. I sistemi a infrarossi e SAW continuano a essere utili in alcune applicazioni di grande formato o specializzate, ma di norma non costituiscono la prima scelta per un'interfaccia compatta, piatta e sigillata.

Tocco capacitivo proiettato

Un sensore PCAP utilizza una matrice di elettrodi conduttivi per rilevare le variazioni del campo elettrico. Di norma è posizionato dietro una superficie di vetro.

PCAP rappresenta una scelta ottimale quando il prodotto richiede:

• una facciata in vetro piano
• controllo multi-touch o gestuale
• buona trasparenza ottica
• funzionamento frequente senza usura di una pellicola flessibile esposta
• vetro di copertura personalizzato, stampa o trattamento superficiale

Il PCAP industriale non è automaticamente affidabile in ogni tipo di involucro. Vetrini spessi, guanti non conduttivi, acqua, alimentatori a commutazione, cavi lunghi e la presenza di metalli nelle vicinanze possono ridurre il margine di segnale disponibile. Il sensore, il controller e il firmware devono essere testati nell'assemblaggio finale.

Per una spiegazione tecnica più approfondita, consultare il Guida ai touch screen PCAP industriali.

Tocco resistivo

Uno schermo tattile resistivo convenzionale utilizza uno strato superiore flessibile in PET e un substrato rigido in vetro, separati da puntini distanziatori. La pressione mette in contatto gli strati conduttivi e genera le coordinate del tocco.

Il touch resistivo è spesso la scelta più prevedibile quando l'apparecchiatura richiede:

• utilizzo con guanti spessi o non conduttivi
• digitare con uno stilo di plastica o un altro oggetto non conduttivo
• semplice controllo a punto singolo
• compatibilità con un sistema preesistente
• minore sensibilità al rumore elettrico

I suoi compromessi sono la superficie superiore flessibile, una trasmissione ottica inferiore rispetto al PCAP e l'usura meccanica nel tempo. Anche i modelli a quattro e a cinque fili presentano caratteristiche diverse in termini di durata e calibrazione. Questi aspetti sono trattati nel Guida ai touchscreen resistivi industriali.

Confronto rapido

Requisiti	PCAP	Resistivo
Inserimento tramite tocchi delle dita	Eccellente	Buono
Multi-touch	Normalmente supportato	Normalmente non supportato nei modelli convenzionali a 4 o 5 fili
Guanto spesso e non conduttivo	Deve essere valutato e messo a punto	Normalmente adatto
Stilo o strumento in plastica	Normalmente non rilevabile	Adatto
Superficie frontale	Vetro di copertura rigido	Pellicola flessibile in PET
Acqua in superficie	È necessario definire e mettere a punto il comportamento	Le goccioline normalmente non generano una pressione in ingresso, ma è comunque necessaria una tenuta
Rumore elettrico	Dipende in larga misura dalla messa a terra, dalla schermatura e dal margine del controller	In genere meno sensibile
Applicazione tipica	HMI moderne, chioschi, caricatori per veicoli elettrici, apparecchiature con frontale in vetro	Controllo industriale, apparecchiature di collaudo, sostituzione di sistemi obsoleti

La scelta non riguarda quale tecnologia sia più recente, ma quale garantisca un margine operativo adeguato nell'applicazione prevista. Si veda la descrizione dettagliata Confronto tra PCAP e resistivo quando entrambe le opzioni rimangono possibili.

Selezionare la tecnologia dal metodo di immissione "Real"

“L”“uso dei guanti” non è un requisito esaustivo. I guanti in nitrile, pelle, cotone, resistenti al taglio e isolanti presentano comportamenti diversi. Lo spessore da solo non è sufficiente a descriverne le proprietà elettriche.

Lo stesso vale per l'acqua. Un progetto può richiedere uno dei tre diversi comportamenti seguenti:

• ignorare le goccioline isolate
• accettare un dito bagnato
• sospendere l'uso del touch screen in caso di forte esposizione all'acqua

Questi comportamenti non sono intercambiabili. Devono essere definiti prima della messa a punto del controller e testati con il guanto, il liquido e la pila di vetrini effettivi. Il guida al touch screen compatibile con i guanti spiega le variabili principali in modo più dettagliato.

Condizioni di applicazione	Un punto di partenza pratico	Cosa occorre verificare
Interfaccia uomo-macchina (HMI) grafica moderna	PCAP	Obiettivi dell'interfaccia utente, funzionalità multi-touch, messa a terra e comportamento EMC
Input tramite guanto pesante o stilo universale	Resistivo, oppure PCAP sintonizzato se è indispensabile una superficie frontale in vetro	Guanto vero e proprio e strumento di immissione
Chiosco da esterno o caricatore per veicoli elettrici	PCAP con parte frontale in vetro sigillata	Comportamento in condizioni di umidità, leggibilità alla luce solare, temperatura e design dell’involucro
Pulizia frequente	I PCAP con frontale in vetro sono spesso più facili da pulire	Liquido detergente, eliminazione dell'acqua e sigillatura dei bordi
Sostituzione del pannello originale	Adattare innanzitutto la tecnologia originale	Schema, area attiva, FPC, piedinatura, controller e calibrazione
Macchine soggette a disturbi elettrici	Resistivo per un ingresso semplice, oppure PCAP con messa a terra e schermatura controllate	Sistema completamente alimentato nelle condizioni operative più sfavorevoli

Selezione del controller tattile e dell'interfaccia

L'interfaccia tattile è separata dall'interfaccia video LCD. Le coordinate dell'immagine vengono trasmesse tramite HDMI, DisplayPort, LVDS ed eDP, mentre quelle tattili vengono normalmente trasmesse tramite USB, I²C o un'interfaccia seriale.

USB

L'USB HID rappresenta solitamente la scelta più semplice per un monitor touchscreen o un sistema basato su PC. È facile da testare in modo indipendente ed è supportato da numerose piattaforme Windows, Linux e Android. È comunque opportuno verificare la compatibilità con l'host, in particolare nel caso di sistemi operativi meno recenti, terminali con restrizioni di accesso e versioni personalizzate di Android.

I²C

L'interfaccia I²C è comunemente utilizzata nelle apparecchiature embedded in cui il controller touch è collegato direttamente alla scheda madre. Consente di ridurre il cablaggio esterno, ma richiede la corretta tensione, la corretta definizione dei pin, il driver adeguato e l'integrazione del firmware. Non dovrebbe essere considerata un'alternativa plug-and-play all'USB.

Interfaccia seriale

L'RS-232 continua a essere utile in alcuni sistemi industriali legacy e nei progetti di sostituzione. Verificare il protocollo, il connettore, la velocità di trasmissione, l'alimentazione e il supporto del sistema operativo prima di dare per scontata la compatibilità.

Vetro di copertura, resistenza agli urti e tenuta anteriore

In un progetto PCAP, il vetro di copertura determina in larga misura l’aspetto del prodotto e la resistenza della superficie frontale. Il disegno tecnico deve specificare:

• dimensioni esterne e area di visualizzazione
• spessore e materiale del vetro
• rinforzo chimico o tempra termica, se del caso
• finitura dei bordi, fori e ritagli
• bordo nero, logo e finestre trasparenti
• Trattamento superficiale AG, AR o AF, ove richiesto

Un vetro più spesso non implica automaticamente un indice IK più elevato. Le prestazioni in termini di resistenza agli urti dipendono anche dal materiale del vetro, dal processo di rinforzo, dalle condizioni dei bordi, dalla larghezza del supporto, dall’adesivo, dalla struttura dell’involucro e dall’assemblaggio utilizzato per il test. Il Guida alla progettazione del vetro di protezione per touch screen tratta questi fattori separatamente.

La stessa distinzione vale per i gradi di protezione IP. La norma IEC 60529 classifica il grado di protezione contro l’ingresso di corpi estranei di un involucro. Un pannello touch può presentare un design frontale sigillato, ma ciò non basta di per sé a garantire che l’apparecchiatura finita sia conforme alla classe IP65. La compressione delle guarnizioni, i giunti, le aperture e l’armadio fornito dal cliente sono tutti fattori che influenzano il risultato.

Incollaggio ad aria o incollaggio ottico?

Il fissaggio ad aria fissa il pannello tattile lungo il perimetro dello schermo LCD, lasciando uno spazio d’aria. È adatto a numerose applicazioni in ambienti interni ed è solitamente più facile da riparare.

L'incollaggio ottico riempie lo spazio tra il pannello tattile e lo schermo LCD con un adesivo trasparente. Riduce la riflessione interna e può migliorare il contrasto apparente in presenza di forte luce ambientale. Inoltre, elimina la camera d'aria interna in cui altrimenti potrebbe formarsi della condensa.

L'incollaggio ottico non è necessario per tutti i display industriali e non sostituisce una corretta progettazione in termini di luminosità, gestione termica o involucro. Utilizzare il Guida all'incollaggio ottico per stabilire se il vantaggio ottico giustifichi i requisiti aggiuntivi in termini di processo e rilavorazione.

Informazioni necessarie prima del preventivo

Un disegno è il miglior punto di partenza. Quando non è disponibile alcun disegno, il modello LCD e delle fotografie nitide possono essere d’aiuto per una prima valutazione.

Articolo	Informazioni da fornire
Livello del prodotto	Pannello tattile, modulo display tattile, monitor o PC a pannello
Riferimento al display	Modello LCD, immagine LCD, risoluzione e orientamento
Meccanica	Dimensioni esterne, area attiva, area visibile, spessore e direzione dell'FPC
Input	Dito, guanto, stilo, dito bagnato o protezione dall’acqua
Tecnologia touch	PCAP, resistivo a 4 fili o resistivo a 5 fili
Interfaccia	USB, I²C, RS-232 o uscita del controller richiesta
Design della parte anteriore	Vetro di copertura, stampa, aperture, trattamento superficiale e sigillatura
Ambiente	Uso in ambienti interni/esterni, temperatura, umidità, contaminazione, vibrazioni e disturbi elettrici
Integrazione	Incollaggio ad aria, incollaggio ottico o solo pannello tattile
Progetto	Quantità del campione, domanda annuale, certificazioni richieste e durata prevista della produzione

Fornire questi dettagli in anticipo è più veloce che scegliere un pannello touch standard in base alla diagonale e doverlo riprogettare una volta completato l'alloggiamento.

Verificare l'assemblaggio finale, non solo il pannello touch

Un test al banco con un sensore non coperto non può rappresentare il prodotto finito. Prima dell'approvazione, è necessario testare lo stesso vetro, lo stesso LCD, lo stesso controller, gli stessi cavi, lo stesso alimentatore, le stesse parti metalliche e lo stesso software previsti per la produzione.

Il piano di convalida dovrebbe includere:

• precisione al tocco, risposta ai bordi e funzionalità multi-touch dove richiesto
• i guanti veri e propri, lo stilo e i gesti di comando
• comportamento definito al contatto con l’umidità o di repulsione dell’acqua
• avvio a freddo, riattivazione, riavvio, rotazione e riconoscimento del sistema operativo
• funzionamento in base all’alimentazione prevista e alla lunghezza del cavo
• stabilità al tocco mentre sono in funzione motori, caricabatterie, inverter o altre fonti di rumore
• condizioni di temperatura e umidità rilevanti per l'apparecchiatura
• accoppiamento meccanico, gioco del vetro e compressione della guarnizione
• Prove ESD ed EMC richieste dal piano di conformità del prodotto finito

Ripetere i test pertinenti dopo aver sostituito il display LCD, il vetro di protezione, il controller, il firmware, il cavo, l’alimentatore o l’involucro. La regolazione del controller non è in grado di compensare ogni problema hardware o di messa a terra. Se si verificano falsi tocchi inspiegabili, utilizzare un approccio strutturato Controllo delle interferenze sul touch screen piuttosto che aumentare la sensibilità in modo casuale.

Errori comuni nelle specifiche tecniche

Selezione in base esclusivamente alla dimensione della diagonale

Due pannelli touch con le stesse dimensioni nominali possono presentare dimensioni esterne, aree attive, aree di visualizzazione e posizioni degli FPC diverse.

Considerare il supporto per i guanti come una caratteristica “sì o no”

Le prestazioni del guanto dipendono dal materiale, dallo spessore, dal vetro di protezione, dal design del sensore, dal controller e dal firmware. Testare il guanto vero e proprio.

Partendo dal presupposto che un vetro spesso garantisca la classe di protezione IK10

Lo spessore del vetro è solo una delle componenti del sistema resistente agli urti. Le prestazioni IK devono essere verificate sulla struttura finale definita.

Definizione del pannello tattile come impermeabile

La tenuta e il comportamento al tocco sono diversi. L’involucro impedisce l’ingresso di liquidi; il firmware del controller gestisce le gocce e gli input in presenza di umidità.

Messa a punto prima che l'hardware definitivo sia disponibile

Le impostazioni PCAP approvate su un banco di prova aperto potrebbero diventare instabili dopo l’installazione dello schermo LCD, della cornice metallica, dell’alimentatore e del cavo lungo.

Ignorare le variazioni di produzione

Un nuovo display LCD, una revisione del controller o una nuova combinazione di adesivi possono influire sulle prestazioni ottiche o tattili. I programmi OEM richiedono regole di controllo dei componenti e di rivalidazione, non solo un primo campione riuscito.

Domande frequenti

Qual è la tecnologia touch più adatta alle apparecchiature industriali?

Il PCAP è solitamente la scelta preferita per frontali in vetro sigillato, funzionalità multi-touch e interfacce grafiche moderne. Il touch resistivo rimane invece una valida alternativa per l’uso con guanti spessi, l’input con stilo universale, il semplice controllo a tocco singolo e molti sistemi legacy.

È possibile utilizzare un touch screen PCAP industriale indossando i guanti?

Sì, a condizione che il sensore, il vetro di protezione, il controller e il firmware garantiscano un margine di segnale sufficiente. Il guanto vero e proprio deve essere testato nell'apparecchiatura completa.

Uno schermo tattile industriale è impermeabile?

Non di per sé. Il pannello tattile può essere integrato in un frontale sigillato, ma il grado di protezione IP si applica all'involucro sottoposto a test o al prodotto finito. La resistenza all'acqua da parte del controller è un requisito a sé stante.

Il PCAP richiede una calibrazione?

Il PCAP non richiede normalmente una calibrazione periodica. Potrebbe comunque essere necessario effettuare una mappatura o una configurazione dopo aver modificato l'orientamento dello schermo, il firmware, le impostazioni dell'host o la disposizione dei contenuti sullo schermo. I sistemi resistivi convenzionali potrebbero richiedere una calibrazione.

Cosa bisogna inviare per ottenere la sostituzione del touch screen?

Inviateci il disegno originale del pannello tattile, l’area attiva e, se disponibili, i dettagli relativi al cavo flessibile (FPC) e al connettore. Sono utili anche fotografie nitide della parte anteriore, di quella posteriore, del codice del cavo flessibile (FPC), dell’etichetta dello schermo LCD e della struttura di montaggio. Non è sufficiente che corrispondano solo le dimensioni diagonali.

Raccomandazione finale

Un touch screen industriale affidabile è il risultato di una corretta scelta tecnologica e di un’integrazione controllata del sistema. Si parte dal metodo di input effettivo e dall’ambiente operativo, si definiscono il livello del prodotto e le interfacce, quindi si verifica l’assemblaggio completo prima della produzione.

Per una valutazione OEM, inviate il modello o il disegno del display LCD, il tipo di tecnologia touch richiesto, il design del vetro, l’interfaccia, l’ambiente operativo e la quantità prevista. Eagle Touch è in grado di valutare il pannello touch, il controller e l’approccio di integrazione prima che il progetto venga approvato.