Руководство по проектированию защитного стекла для промышленных сенсорных экранов

Защитное стекло для промышленных сенсорных экранов — это не просто прозрачная защитная пленка. Оно определяет внешний вид передней панели изделия и защищает расположенный под ним сенсорный датчик. Перед началом производства необходимо точно определить материал, толщину, форму, качество обработки краёв, печать и обработку поверхности.

Хороший чертеж защитного стекла должен давать четкие ответы на шесть вопросов:

• Какое стекло и какой процесс упрочнения необходимы?
• Какой толщины должно быть стекло?
• Каковы размеры контура, углов и вырезов?
• Как следует обработать края?
• Что должно быть напечатано на задней поверхности?
• Требуется ли нанесение на поверхность покрытия AG, AR или AF?

Прежде чем разрешить отбор проб по чертежу, необходимо согласовать следующие моменты.

1. Выберите материал стекла

Двумя наиболее распространенными исходными материалами для производства защитного стекла для промышленных сенсорных экранов являются натриево-известковое стекло и алюмосиликатное стекло.

Стекло	Практическое применение
Натриево-известковое стекло	Широко доступный и экономичный вариант для общепромышленного защитного стекла
Алюмосиликатное стекло	Часто используется в конструкциях с уменьшенными габаритами, требующих высокой прочности и точных размеров

Само по себе название материала не гарантирует его эксплуатационные характеристики. Конечная прочность также зависит от толщины стекла, метода упрочнения, состояния кромок, отверстий и качества обработки.

Если для проекта требуется стекло конкретной марки или класса, укажите это на чертеже. В противном случае определите требуемые эксплуатационные характеристики и позвольте поставщику предложить доступный эквивалент для утверждения.

2. Выберите метод укрепления

Промышленное защитное стекло, как правило, закаливают после резки, сверления и обработки кромок.

Термозакаленное стекло

Термическая закалка обычно применяется для относительно толстого или большого защитного стекла. Она обеспечивает хорошую устойчивость к изгибу, ударам и термическим нагрузкам. При надлежащей полной закалке стекло при разбивании обычно образует мелкие осколки, а не крупные острые куски.

К его ограничениям относятся минимальная практическая толщина, возможная оптическая волнистость, а также более строгие ограничения в области отверстий и геометрии кромок. Эти ограничения варьируются в зависимости от производителя.

Химически упрочнённое стекло

Химическое упрочнение широко применяется для более тонкого защитного стекла, к которому предъявляются высокие требования по плоскостности, точности размеров и прочности поверхности. Оно подходит для многих компактных промышленных интерфейсов человека-машины (HMI) и сенсорных панелей.

Однако химически закаленное стекло не всегда демонстрирует такие же характеристики разрушения, как термически закаленное безопасное стекло. Важную роль играют материал, поверхностное сжатие, глубина слоя и окончательная геометрия детали.

Ни один из этих процессов не является безусловно лучшим. Подробное сравнение см. в термозакаленное стекло и химически упрочненное стекло.

Перед упрочнением необходимо завершить все операции механической обработки. Последующая резка или шлифование могут повредить упрочнённый слой и снизить прочность кромок.

3. Выберите практичную толщину стекла

Толщина защитного стекла — это компромисс между защитой, весом, стоимостью и тактильными характеристиками.

Типичная толщина	Общая отправная точка
1,1–1,8 мм	Тонкие интерфейсы управления для помещений и компактные сенсорные панели
2–3 мм	Универсальные промышленные интерфейсы человека-машины (HMI), системы управления оборудованием и терминалы самообслуживания
4–6 мм	Общественное оборудование или проекты, требующие повышенной ударопрочности

Эти диапазоны являются ориентирами при проектировании, а не жесткими правилами.

Более толстое стекло не всегда означает большую прочность конечного изделия. Толстый лист со сколами по краям, острыми внутренними углами или некачественной опорой может выйти из строя раньше, чем правильно обработанный лист меньшей толщины.

В случае сенсорных экранов типа PCAP увеличение толщины защитного стекла приводит к уменьшению запаса по сигналу касания. Толстое стекло может работать, но его совместимость необходимо проверить с конкретным сенсорным датчиком и контроллером. При тестировании образцов следует учитывать требования к работе в перчатках и при влажном касании.

В проектах, предусматривающих применение материалов с классом защиты IK10, обычно используется армированное стекло толщиной 6 миллиметров, однако сама по себе толщина стекла не определяет класс защиты IK. Соответствие требованиям IK необходимо проверять на конкретной конструкции. См. наш Руководство по тестированию сенсорного экрана IK10 за это признание.

4. Определить контур, углы и вырезы

Промышленное защитное стекло не обязательно должно иметь форму простого прямоугольника. Его можно спроектировать с использованием:

• Индивидуальные размеры по длине и ширине
• Закругленные внешние углы
• Отверстия для камер, датчиков или индикаторов
• Отверстия для кнопок или динамиков
• Выемки для кабелей или для обеспечения механического зазора
• Неправильные наружные контуры

Каждая характеристика влияет на стоимость обработки, выход и прочность.

Углы

Закругленные наружные углы удобнее в обращении и менее подвержены повреждениям, чем острые углы. Внутренние углы в пазах и вырезах также следует выполнять с практичным радиусом. Острый внутренний угол приводит к концентрации напряжений и повышает риск появления трещин.

Отверстия и вырезы

На чертеже должны быть указаны:

• Размер отверстия или выреза
• Размеры по центральной позиции или базовым точкам
• Радиус поворота
• Допуски на размеры
• Расстояние до ближайшего края стекла

Не размещайте отверстие слишком близко к краю или другому отверстию. Минимальное безопасное расстояние зависит от толщины стекла, материала, метода усиления и возможностей оборудования, поэтому его следует уточнить до утверждения проекта.

Допуски на форму

Не следует устанавливать допуски, более жесткие, чем это действительно необходимо для изделия. Излишняя точность повышает сложность и стоимость изготовления, не улучшая при этом функциональных характеристик. Критические допуски следует применять только к элементам, которые должны совмещаться с другим компонентом.

5. Укажите способ обработки кромок

Край является одной из наиболее уязвимых частей стеклянного изделия. Небольшие сколы или повреждения, полученные в процессе обработки, могут стать точками зарождения трещин во время сборки, транспортировки или эксплуатации.

К типичным вариантам кромок относятся:

• Кромка заземления
• Полированная кромка
• Скошенная кромка
• Округленная или C-образная кромка

Правильная отделка зависит от того, будет ли кромка скрытой, открытой или подвергаться воздействию при сборке. Открытые кромки, как правило, требуют более качественной визуальной отделки, в то время как скрытые кромки также должны быть гладкими и не иметь недопустимых сколов.

На чертеже следует указать требуемую обработку кромок вместо использования общего примечания, такого как “безопасная кромка”. Если важен внешний вид, необходимо определить видимые поверхности и согласовать утвержденный образец.

6. Разработка черной рамки и печати

Черная рамка, логотип и функциональные значки обычно наносятся на заднюю поверхность защитного стекла. Нанесение печати на заднюю поверхность защищает чернила от прямого контакта, очистки и истирания при обычном использовании.

В описании произведения искусства следует указать:

• Прозрачное смотровое окно
• Размеры «черной маски»
• Расположение и размер логотипа
• Кнопки или значки с надписями
• Прозрачные смотровые окна
• Цвет печати
• Сторона для печати
• Допуск по регистрации
• Требования к стойкости чернил

Черная рамка

Черная маска скрывает край сенсорной панели, клей и другие элементы, расположенные под стеклом. Ее ширина должна быть достаточной, чтобы обеспечить нормальные допуски при сборке без появления неровного края.

В то же время напечатанное отверстие не должно закрывать требуемую видимую область. Поэтому размеры отверстия следует сверять с фактическим чертежом изделия, а не определять приблизительно исходя из номинального размера трафарета.

Цвет и непрозрачность

“Черный” не является полной спецификацией печати, если важна стабильность цвета. Определите утвержденный эталон цвета, например Pantone, RAL или физический образец. Для других цветов укажите как целевой цвет, так и допустимое отклонение.

Кроме того, чернила должны обладать достаточной кроющей способностью, чтобы скрывать находящиеся за ними детали. При подсветке могут проступать мелкие отверстия или неравномерности нанесения, которые не видны при обычном комнатном освещении, поэтому может потребоваться осмотр с подсветкой.

Печать для наружной рекламы

Для применения на открытом воздухе следует выбирать чернила, способные выдерживать ожидаемое воздействие ультрафиолета, температуры и влажности. Стандартные декоративные чернила со временем могут выцветать, менять цвет или терять адгезию. Пригодность для использования на открытом воздухе следует подтверждать на основании технических характеристик материала или результатов согласованных испытаний, а не предполагать, исходя из внешнего вида.

Не наносите проводящие или металлические чернила вблизи сенсорной зоны, если их влияние на работу емкостного датчика не было проверено.

7. Выберите метод обработки поверхности

Обработка поверхности должна решать конкретную задачу. Её не следует применять только потому, что она указана в техническом описании другого изделия.

Лечение	Основная функция	Основной аспект
AG	Рассеивает чёткие отражения и уменьшает зеркальные блики	Придаёт изображению мутность и может снизить воспринимаемую чёткость
AR	Снижает отражение от поверхности, сохраняя при этом четкость изображения	Требуется контроль качества нанесения покрытия, обращения с изделием и очистки
AF	Уменьшает количество отпечатков пальцев и облегчает очистку	Не обеспечивает ударопрочность и не делает стекло устойчивым к появлению царапин

Покрытия AG, AR и AF иногда можно сочетать, однако окончательный внешний вид и долговечность должны быть подтверждены на реальном образце. Использование на открытом воздухе не всегда требует применения покрытия AG; выбор зависит от фактических условий освещения, требований к прозрачности и условий очистки.

Более подробное сравнение см. в Стекло AG, AR и AF для промышленных сенсорных дисплеев.

На чертеже должно быть указано, на какую поверхность наносится та или иная обработка. Это особенно важно в тех случаях, когда на передней и задней поверхностях применяются разные технологии обработки.

8. Подготовить полный чертеж покровного стекла

Чертеж, готовый к производству, должен содержать следующую информацию:

Элемент чертежа	Обязательные поля
Стекло	Тип материала или утвержденный эквивалент
Укрепление	Термическая закалка или химическое упрочнение
Толщина	Номинальная толщина и допуск
Общие размеры	Длина, ширина и допуски на размеры
Углы	Внешний и внутренний радиусы
Вакансии	Отверстия, прорези, вырезы и их расположение
Обработка кромок	Шлифованная, полированная, со скосом или с другой заданной поверхностью
Печать	Изображение, цвет, непрозрачность, сторона и допуск
Обработка поверхности	AG, AR, AF и обработанная сторона
Критерии внешнего вида	Допустимые царапины, сколы, микроотверстия и дефекты печати
Экологические требования	воздействие ультрафиолета, температуры, влажности или химических веществ (если применимо)

Используйте единую систему отсчёта для всех критических размеров. По возможности предоставляйте векторные файлы с логотипами и печатной графикой. В случае несоответствий между чертежом и графическими файлами производство не должно начинаться до устранения этих несоответствий.

9. Утвердить образец перед запуском в серийное производство

Первый образец следует осмотреть как стеклянную деталь, а не просто сфотографировать с лицевой стороны.

Подтвердите:

• Габаритные размеры и толщина
• Расположение отверстий и вырезов
• Радиусы углов и качество кромок
• Выравнивание печатных окон
• Цвет, непрозрачность и микроотверстия
• Внешний вид после обработки поверхности
• Царапины, сколы и другие косметические дефекты
• Совместимость с предусмотренным сенсорным датчиком
• Чувствительность к прикосновениям при любой толщине стекла

Храните утвержденный чертеж, графический макет и физический эталонный образец вместе. Эти три эталона помогут избежать споров относительно цвета, внешнего вида краев или допустимых косметических дефектов при повторном производстве.

Заключительная рекомендация

Не описывайте защитное стекло для промышленного сенсорного экрана только как “3-миллиметровое закаленное стекло с черной печатью”. Такое описание оставляет слишком много важных деталей открытыми для интерпретации.

В рабочей спецификации должны быть определены следующий материал стекла, процесс упрочнения, толщина, контур, углы, отверстия, обработка краев, печать, обработка поверхности, допуски и критерии внешнего вида. Перед утверждением также необходимо проверить конечную толщину и любую проводящую печать на соответствие проекту сенсорного экрана PCAP.

Если вы разрабатываете индивидуальный промышленный сенсорный экран, компания Eagle Touch может проанализировать чертеж защитного стекла и подобрать к нему подходящий сенсорный датчик. Узнайте больше о наших промышленные сенсорные экраны на заказ.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Какова наиболее распространённая толщина защитного стекла для промышленных сенсорных экранов?

Два–три миллиметра — это типичный диапазон начальных значений для общепромышленных применений, однако правильная толщина зависит от размера, требуемого уровня защиты, прочности, тактильных характеристик и стоимости.

Химически закаленное стекло лучше, чем термически закаленное?

Не во всех случаях. Химическое упрочнение часто подходит для тонкого прецизионного стекла. Термическая закалка обычно применяется для более толстого или крупногабаритного защитного стекла. Правильный выбор зависит от требуемых характеристик детали и ее поведения при разрушении.

Можно ли просверлить отверстия после того, как стекло было закалено?

Эти работы следует выполнить до упрочнения. Сверление или шлифование после упрочнения могут повредить упрочнённый слой и привести к разбиванию стекла.

Делает ли антибликовое покрытие защитное стекло устойчивым к царапинам?

Нет. Покрытие AF повышает устойчивость к отпечаткам пальцев и облегчает очистку. Оно не заменяет надлежащего упрочнения стекла, требуемого уровня твердости поверхности или требований к износостойкости.