Gids voor industriële touchscreens voor OEM-apparatuur

Bij de keuze van een industrieel touchscreen gaat het niet alleen om de afmetingen en de aanraaktechnologie. Het moet als één systeem samenwerken met de gebruiker, het beschermglas, de controller, het hostsysteem, de behuizing en de elektrische omgeving.

Bij een OEM-project is de eerste vraag niet simpelweg “PCAP of resistief?”, maar: Welke productkwaliteit moet de apparatuur bieden, hoe wordt deze bediend en waaraan moet de eindassemblage bestand zijn?

In deze handleiding wordt uitgelegd welke beslissingen van belang zijn voordat een tekening wordt vrijgegeven of een monster wordt goedgekeurd.

Touchscreen, aanraakscherm, monitor of paneel-pc?

Deze termen worden vaak door elkaar gebruikt, maar ze verwijzen naar verschillende productniveaus.

Productniveau	Wat zit erbij?	Typisch gebruik
Aanraakpaneel / aanraakscherm	Oplossing met aanraaksensor, FPC en controller; PCAP-versies kunnen voorzien zijn van op maat gemaakt afdekglas	Toegevoegd aan een bestaand ontwerp van een LCD- of ingebouwd scherm
Touchscreenmodule	Aanraakscherm gecombineerd met een LCD-scherm door middel van luchtbinding of optische binding	Aangesloten op een ingebouwd moederbord via LCD- en aanraakschermen
Aanraakscherm	LCD, touchscreen, beeldschermcontroller, video-ingangen, stroomvoorziening en bevestigingsconstructie	Aangesloten op een industriële pc of een andere externe host
Paneel PC	Aanraakscherm, computer, geheugen, opslag, I/O en behuizing	Volledige HMI of dataterminal

Door dit niveau van tevoren vast te leggen, wordt een veelvoorkomend probleem bij offertes voorkomen: de ene partij heeft het over een aanraakscherm, terwijl de andere partij een complete monitor verwacht.

Eagle Touch levert op maat gemaakte industriële touchscreens, gelijmde beeldschermen, industriële aanraakschermen en paneel-PC's. Het juiste uitgangspunt hangt af van de bestaande hardware van de klant.

Hoe een industrieel touchscreen werkt

Een aanraaksysteem bestaat uit vier basisfasen:

1. De gebruiker raakt het scherm aan met een vinger, een handschoen of een stylus.
2. De sensor registreert een verandering in capaciteit of fysieke druk.
3. De aanraakcontroller filtert het signaal en berekent de coördinaten.
4. De host ontvangt de coördinaten via USB, I²C of een andere ondersteunde interface.

De sensor vormt slechts één schakel in deze keten. Zelfs een geschikt paneel kan slecht presteren als de regelaar, de aarding, de kabelgeleiding, de behuizing of de firmware niet zijn afgestemd op de uiteindelijke apparatuur.

PCAP versus resistief touchscreen

Projectieve capacitieve en resistieve aanraakschermen zijn de twee meest gangbare opties voor de meeste industriële OEM-projecten. Infrarood- en SAW-systemen blijven nuttig in bepaalde grootformaat- of gespecialiseerde toepassingen, maar zijn doorgaans niet de eerste keuze voor een compacte, vlakke en afgedichte apparatuurinterface.

Geprojecteerde capacitieve touch

Een PCAP-sensor maakt gebruik van een geleidend elektrodenpatroon om veranderingen in een elektrisch veld te detecteren. Deze bevindt zich doorgaans achter een glazen oppervlak.

PCAP is een uitstekende keuze wanneer het product het volgende vereist:

• een vlakke glazen voorkant
• multitouch of gebarenbediening
• goede optische helderheid
• regelmatig gebruik zonder slijtage aan een blootliggende flexibele folie
• op maat gemaakt afdekglas, bedrukking of oppervlaktebehandeling

Industriële PCAP-sensoren werken niet automatisch betrouwbaar in elke behuizing. Dik afdekglas, niet-geleidende handschoenen, water, schakelende voedingen, lange kabels en metaal in de buurt kunnen de beschikbare signaalmarge verminderen. De sensor, de controller en de firmware moeten tijdens de eindassemblage worden getest.

Voor een uitgebreidere technische toelichting, zie de Handleiding voor industriële PCAP-touchscreens.

Weerstand biedende aanraking

Een conventioneel resistief aanraakscherm bestaat uit een flexibele PET-bovenlaag en een stijf glazen substraat, die van elkaar worden gescheiden door afstandhouders. Door druk komen de geleidende lagen met elkaar in contact, waardoor de aanraakcoördinaten worden geregistreerd.

Resistieve aanraakschermen zijn vaak de meest voor de hand liggende keuze wanneer de apparatuur het volgende vereist:

• gebruik met dikke of niet-geleidende handschoenen
• invoer met een plastic stylus of een ander niet-geleidend voorwerp
• eenvoudige regeling via één punt
• compatibiliteit met een verouderd systeem
• lagere gevoeligheid voor elektrische ruis

De nadelen zijn het flexibele bovenoppervlak, een lagere optische transmissie dan bij PCAP en mechanische slijtage na verloop van tijd. Vierdraads- en vijfdraadsontwerpen hebben bovendien verschillende kenmerken wat betreft duurzaamheid en kalibratie. Deze worden behandeld in de handleiding voor industriële resistieve touchscreens.

Snelle vergelijking

Vereiste	PCAP	Weerstand
Vingerbediening	Uitstekend	Goed
Multi-touch	Wordt normaal gesproken ondersteund	Wordt normaal gesproken niet ondersteund bij conventionele 4- of 5-draadsontwerpen
Dikke, niet-geleidende handschoen	Moet worden geëvalueerd en afgestemd	Normaal gesproken geschikt
Kunststof stylus of gereedschap	Wordt normaal gesproken niet gedetecteerd	Geschikt
Voorkant	Hard glas	Flexibele PET-folie
Water aan de oppervlakte	Het gedrag moet worden gedefinieerd en afgestemd	Druppels veroorzaken normaal gesproken geen drukbelasting, maar afdichting blijft wel noodzakelijk
Elektrische ruis	Hangt sterk af van de aarding, de afscherming en de marge van de regelaar	Over het algemeen minder gevoelig
Typische toepassing	Moderne HMI’s, kiosken, oplaadpunten voor elektrische voertuigen, apparatuur met glazen frontpaneel	Industriële besturing, testapparatuur, vervanging van verouderde systemen

Het gaat er niet om welke technologie nieuwer is. Het gaat erom welke technologie voldoende operationele marge oplevert in de beoogde toepassing. Zie de gedetailleerde Vergelijking tussen PCAP en resistief wanneer beide opties nog mogelijk zijn.

Selecteer de technologie uit de Real Input Method

“Het gebruik van handschoenen is geen absolute vereiste. Handschoenen van nitril, leer, katoen, snijbestendige en geïsoleerde handschoenen gedragen zich verschillend. De dikte alleen zegt niets over hun elektrische eigenschappen.

Hetzelfde geldt voor water. Een project kan een van de volgende drie gedragingen vereisen:

• negeer losse druppels
• een natte vinger accepteren
• stop met aanraken bij blootstelling aan veel water

Deze gedragingen zijn niet onderling uitwisselbaar. Ze moeten vóór het afstemmen van de controller worden gedefinieerd en worden getest met de daadwerkelijke combinatie van handschoen, vloeistof en dekklaaset. De handschoen-compatibele touch screen gids geeft een uitgebreidere toelichting op de belangrijkste variabelen.

Toepassingsvoorwaarde	Praktisch uitgangspunt	Wat moet worden gecontroleerd
Moderne grafische HMI	PCAP	UI-doelstellingen, multi-touch, aarding en EMC-gedrag
Invoer via een stevige handschoen of een universele stylus	Resistief, of afgestemd PCAP als een glazen frontpaneel onmisbaar is	De handschoen en het invoerinstrument zelf
Kiosk voor buiten of laadpaal voor elektrische auto’s	PCAP met een verzegelde glazen voorkant	Gedrag bij vocht, leesbaarheid in zonlicht, temperatuur en ontwerp van de behuizing
Regelmatig schoonmaken	Een PCAP met glazen voorkant is vaak gemakkelijker schoon te maken	Reinigingsvloeistof, waterafvoer en randafdichting
Vervanging van verouderde panelen	Pas eerst de originele technologie toe	Overzicht, actief gebied, FPC, pinconfiguratie, controller en kalibratie
Machines met elektrische storingen	Resistief voor eenvoudige invoer, of PCAP met geregelde aarding en afscherming	Volledig aangedreven systeem onder de meest ongunstige bedrijfsomstandigheden

Keuze van aanraakcontroller en interface

De aanraakinterface staat los van de LCD-video-interface. HDMI, DisplayPort, LVDS en eDP verzorgen de beeldoverdracht; USB, I²C of een seriële interface verzorgt doorgaans de overdracht van de aanraakcoördinaten.

USB

USB HID is doorgaans de eenvoudigste keuze voor een touchscreen of een op een pc gebaseerd systeem. Het is eenvoudig zelfstandig te testen en wordt ondersteund door veel Windows-, Linux- en Android-platforms. De compatibiliteit met de host moet echter wel worden gecontroleerd, met name bij oudere besturingssystemen, beveiligde terminals en aangepaste Android-versies.

I²C

I²C wordt vaak gebruikt in embedded apparatuur waarbij de aanraakcontroller rechtstreeks op het moederbord is aangesloten. Dit kan het aantal externe kabels verminderen, maar vereist wel de juiste spanning, pinconfiguratie, driver en firmware-integratie. Het mag niet worden beschouwd als een plug-and-play-vervanger voor USB.

Seriële interface

RS-232 blijft nuttig in sommige oudere industriële systemen en bij vervangingsprojecten. Controleer het protocol, de connector, de baudrate, de stroomvoorziening en de ondersteuning door het besturingssysteem voordat u ervan uitgaat dat er compatibiliteit is.

Afdekglas, schokbestendigheid en afdichting aan de voorzijde

Bij een PCAP-ontwerp bepaalt het afdekglas in grote mate het uiterlijk en de duurzaamheid van het voorvlak van het product. In een tekening moet het volgende worden gespecificeerd:

• buitenafmetingen en beeldgebied
• dikte en glassoort
• chemische verharding of thermische verharding, indien van toepassing
• afwerking van randen, gaten en uitsparingen
• zwarte rand, logo en doorzichtige vensters
• AG-, AR- of AF-oppervlaktebehandeling waar nodig

Dikker glas betekent niet automatisch een hogere IK-classificatie. De schokbestendigheid hangt ook af van het glasmateriaal, het versterkingsproces, de toestand van de randen, de steunbreedte, de lijm, de behuizingsconstructie en de voltooide testopstelling. De Ontwerphandleiding voor touchscreen-beschermglas behandelt deze factoren afzonderlijk.

Hetzelfde onderscheid geldt voor IP-classificaties. De norm IEC 60529 classificeert de beschermingsgraad tegen het binnendringen van vreemde stoffen van een behuizing. Een aanraakscherm kan weliswaar worden uitgevoerd met een afgedichte voorkant, maar dat betekent op zichzelf nog niet dat het uiteindelijke apparaat aan de IP65-norm voldoet. De druk op de pakking, de verlijming, de openingen en de kast van de klant zijn allemaal van invloed op het eindresultaat.

Luchtverbinding of optische verbinding?

Bij de ‘air bonding’-methode wordt het aanraakscherm rondom de rand van het LCD-scherm bevestigd, waarbij een luchtlaag wordt achtergelaten. Deze methode is geschikt voor tal van toepassingen binnenshuis en is doorgaans gemakkelijker te repareren.

Bij optische verlijming wordt de opening tussen het aanraakscherm en het LCD-scherm opgevuld met transparante lijm. Dit vermindert interne reflectie en kan het waargenomen contrast bij fel omgevingslicht verbeteren. Bovendien wordt hiermee de interne luchtspleet verwijderd, waar zich anders condens zou kunnen vormen.

Optisch verlijmen is niet voor elk industrieel beeldscherm noodzakelijk en vormt geen vervanging voor een correct ontwerp op het gebied van helderheid, warmteafvoer of behuizing. Gebruik de handleiding voor optisch verlijmen om te bepalen of het optische voordeel de extra proces- en herbewerkingsvereisten rechtvaardigt.

Vereiste informatie vóór het opstellen van een offerte

Een tekening is het beste uitgangspunt. Als er geen tekening beschikbaar is, kunnen het LCD-model en duidelijke foto’s als hulpmiddel dienen bij een eerste beoordeling.

Item	Te verstrekken informatie
Productniveau	Aanraakscherm, aanraakdisplaymodule, monitor of paneel-pc
Weergaveverwijzing	LCD-model, LCD-weergave, resolutie en oriëntatie
Mechanica	Buitenafmetingen, actief gebied, weergavegebied, dikte en richting van de FPC
Invoer	Vinger, handschoen, stylus, natte vinger of waterafstotendheid
Aanraaktechnologie	PCAP, 4-draads resistief of 5-draads resistief
Interface	USB, I²C, RS-232 of de vereiste controlleruitgang
Ontwerp van de voorkant	Afdekglas, bedrukking, openingen, oppervlaktebehandeling en afdichting
Milieu	Gebruik binnenshuis/buiten, temperatuur, vochtigheid, verontreiniging, trillingen en elektrische storingen
Integratie	Luchtverbinding, optische verbinding of alleen aanraakscherm
Project	Monsterhoeveelheid, jaarlijkse vraag, vereiste certificeringen en verwachte levensduur van de productie

Het is sneller om deze gegevens in een vroeg stadium door te geven dan een standaard touchscreen op basis van de diagonaal te kiezen en dit vervolgens opnieuw te ontwerpen nadat de behuizing al klaar is.

Controleer de uiteindelijke montage, niet alleen het aanraakscherm

Een test op de testbank met een onbedekte sensor geeft geen goed beeld van het eindproduct. Test vóór goedkeuring hetzelfde glas, hetzelfde LCD-scherm, dezelfde controller, dezelfde kabels, dezelfde voeding, hetzelfde metaalwerk en dezelfde software die voor de productie zijn gepland.

Het validatieplan moet het volgende bevatten:

• aanraaknauwkeurigheid, randrespons en multi-touch waar nodig
• de handschoenen zelf, de stylus en de bedieningsgebaren
• gedefinieerd gedrag bij contact met vocht of waterafstotendheid
• koude start, ontwaken, herstart, rotatie en herkenning van het besturingssysteem
• werking op basis van de beoogde voeding en kabellengte
• aanraakstabiliteit terwijl motoren, laders, omvormers of andere ruisbronnen in werking zijn
• temperatuur- en vochtigheidsomstandigheden die van belang zijn voor de apparatuur
• mechanische passing, glasafstand en pakkingcompressie
• ESD- en EMC-tests die vereist zijn volgens het conformiteitsplan van het eindproduct

Herhaal de betreffende tests nadat u het LCD-scherm, het afdekglas, de controller, de firmware, de kabel, de voeding of de behuizing hebt vervangen. Het afstellen van de controller kan niet elk hardware- of aardingsprobleem verhelpen. Als er onverklaarbare valse aanrakingen optreden, gebruik dan een gestructureerde controle op storingen in het touchscreen in plaats van de gevoeligheid willekeurig te verhogen.

Veelvoorkomende fouten in specificaties

Alleen selecteren op basis van de diagonaalgrootte

Twee aanraakschermen met dezelfde nominale afmetingen kunnen verschillende buitenafmetingen, actieve oppervlakken, weergavegebieden en FPC-posities hebben.

Handschoenondersteuning behandelen als een ja-of-nee-functie

De prestaties van de handschoen zijn afhankelijk van het materiaal, de dikte, het afdekglas, het ontwerp van de sensor, de controller en de firmware. Test de daadwerkelijke handschoen.

Ervan uitgaan dat dik glas een IK10-classificatie garandeert

De glasdikte vormt slechts een onderdeel van de slagvaste constructie. De IK-prestaties moeten worden gecontroleerd op basis van de vastgestelde uiteindelijke constructie.

Het touchscreen wordt waterdicht genoemd

De afdichting en de bediening bij aanraking werken op verschillende manieren. De behuizing voorkomt het binnendringen van vloeistoffen; de firmware van de controller zorgt ervoor dat druppels en vochtige invoer geen probleem vormen.

Afstemmen voordat de definitieve hardware beschikbaar is

PCAP-instellingen die op een open testbank zijn goedgekeurd, kunnen onstabiel worden nadat het LCD-scherm, de metalen rand, de voeding en de lange kabel zijn geïnstalleerd.

Productieveranderingen negeren

Een nieuw LCD-scherm, een nieuwe versie van de controller of een nieuwe kleefstoflaag kan de optische prestaties of de aanraakgevoeligheid beïnvloeden. Voor OEM-programma’s zijn regels voor componentcontrole en hervalidatie nodig, niet alleen een succesvol eerste monster.

Veelgestelde vragen

Welke aanraaktechnologie is het meest geschikt voor industriële apparatuur?

PCAP heeft doorgaans de voorkeur bij een afgedichte glazen voorkant, multi-touch en moderne grafische interfaces. Resistieve touch blijft waardevol voor gebruik met dikke handschoenen, universele stylus-invoer, eenvoudige bediening met één aanraking en veel oudere systemen.

Werkt een industrieel PCAP-touchscreen ook met handschoenen aan?

Ja, mits de sensor, het afdekglas, de controller en de firmware voldoende signaalreserve bieden. De handschoen zelf moet in de voltooide opstelling worden getest.

Is een industrieel touchscreen waterdicht?

Niet op zichzelf. Het aanraakscherm kan worden geïntegreerd in een afgedicht frontpaneel, maar de IP-classificatie geldt voor de geteste behuizing of het afgewerkte product. Waterafstotendheid van de controller is een afzonderlijke eis.

Moet de PCAP worden gekalibreerd?

PCAP hoeft doorgaans niet routinematig te worden gekalibreerd. Na wijzigingen in de schermoriëntatie, de firmware, de hostinstellingen of de schermindeling kan het echter wel nodig zijn om het systeem opnieuw in te stellen of te configureren. Conventionele resistieve systemen moeten mogelijk wel worden gekalibreerd.

Wat moet er worden opgestuurd voor een vervangend touchscreen?

Stuur de originele afmetingen van het aanraakscherm, het actieve gebied en, indien beschikbaar, de gegevens over de FPC en de connectoren mee. Duidelijke foto’s van de voor- en achterkant, de FPC-code, het LCD-label en de montageopstelling zijn ook nuttig. Het is niet voldoende om alleen de diagonaalafmeting te vergelijken.

Definitief advies

Een betrouwbaar industrieel touchscreen is het resultaat van een juiste technologiekeuze en een zorgvuldige systeemintegratie. Begin met de daadwerkelijke invoermethode en de gebruiksomgeving, bepaal het productniveau en de interfaces, en valideer vervolgens de complete assemblage vóór de productie.

Voor een OEM-beoordeling dient u het LCD-model of de tekening, de gewenste aanraakmethode, het glasontwerp, de interface, de gebruiksomgeving en de verwachte hoeveelheid door te sturen. Eagle Touch kan het aanraakscherm, de controller en de integratiemethode beoordelen voordat het ontwerp wordt vrijgegeven.