White Paper schurter.com/downloads Projected Capacitive Input System (PCI) Multitouch-Systeme für Industrieanwendungen Die Multitouch-Technologie steht im Fokus vieler Neuentwicklungen im Bereich MenschMaschine-Schnittstelle (HMI) und Medizin. Basierend auf der projiziert kapazitiven Technologie wurden Multitouch-Panels zu einem industrietauglichen Eingabesystem weiterentwickelt. Die hohen Anforderungen zur Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV), eine hinreichende Wasserbeständigkeit und die Möglichkeit zur Handschuhbedienung ist für industrielle Anwendungen qualifiziert. SCHURTER Multitouch (Quelle: SIEMENS) Projiziert-kapazitive Eingabesysteme mit geschlossener Glasfront ohne Schmutzkanten sind leicht zu reinigen, kratz- und abriebfest sowie chemisch resistent. Sie ermöglichen daher einen vielfältigen Einsatz in der Industrieautomation, im Maschinenbau und in der Medizintechnik. Die Sensorlagen sind hinter dem Frontglas geschützt und werden dadurch mechanisch nicht beansprucht. Multitouch ermöglicht die Bedienung von Maschinen, Geräten und Anlagen intuitiver, schneller und sicherer. Neue Visualisierungsund Bedienkonzepte ermöglichen einen grossen Innovationssprung bei der Gestaltung von Multitouch -Eingabesystemen. Aufbau und Funktion Projiziert-kapazitive Touch-Sensoren bestehen mindestens aus zwei elektrisch getrennten Sensorflächen, Glas oder Polyesterfolien, die mit hochtransparentem Indium-Zinn-Oxid (ITO) leitfähig beschichtet sind. Durch einen Ätzoder Laserprozess werden die ITO-Flächen in viele kleine Einzelfelder segmentiert und als X/Y-Schnittpunkte in Reihen und Spalten abgebildet. Die Designmöglichkeiten dieser Sensorfelder sind vielfältig und folgen unterschiedlichen Richtlinien der PCAPBasischip Hersteller. und leitend zu den Anschlusskontakten geführt. Folienbasierende Sensoren werden hochtransparent und elektrisch isolierend laminiert. Dadurch wird über die gesamte aktive Fläche ein matrixförmiges Netz von einzeln adressierbaren Sensoren mit ruhenden Referenzkapazitäten gebildet. Bei der Annäherung eines Fingers wird dessen Position durch Veränderung der Kapazität der Einzelsensoren erkannt. Durch Interpolation der angrenzenden Sensorkapazitäten kann der Controller die exakten Positionen der Betätigungen berechnen und in ent­ sprechende X/Y-Koordinaten umwandeln. Die matrixförmige Anordnung der kapazitiven Einzelsensoren benötigt keine Kalibrierung. Dadurch arbeiten industrietaugliche projiziertkapazitive Multitouch-Systeme auch unter rauen Umgebungsbedingungen immer positionsgenau. Die elektronische Auswertung arbeitet bezüglich der Berührungserkennung mit zwei Hauptmethoden. Bei beiden Arten wird ein kapazitives Sensorfeld durch nichtleitende Medien, wie z.B. durch Glas, projiziert. Dabei wird die Änderung der Eigenkapazität (selfcapacitance) oder der Gegenkapazität (mutual-capacitance) der Sensoren ermittelt. Bei der Eigenkapazitätsmethode wird der durch eine Annäherung erhöhte Ladungsfluss der X- und Y-Sensoren zum Erdungsniveau ermittelt. Die Betätigungsposition ist die Stelle, an der die Sensoren einen erhöhten Ladungsfluss aufzeigen. Die Methode der Gegenkapazität detektiert eine Änderung der Kapazität in der Sensormatrix infolge einer Parallelkopplung des Fingers zu den Schnittpunkten. Beide Auswertemethoden besitzen Vor- und Nachteile. Die Elektronik eines industrietauglichen PCI-TouchControllers verwendet idealerweise eine Kombination beider Methoden. Die Strukturen sind außerhalb des Sicht­ bereichs mit gedruckten oder gelaserten Leiterbahnen aus Silberleitfarbe kontaktiert Industrieanforderung Störfestigkeit, Wassertoleranz und Handschubedienung Einer der wichtigsten Faktoren zur Erzielung der Industrietauglichkeit ist die Stabilität bei Einfluss von EMV-Störungen auf das System. Während den Qualifizierungsprüfungen sollte das Touch Panel mit mindestens zwei Aktoren betätigt werden. Nur so kann die absolute EMV-Beständigkeit umfassend qualifiziert werden. Zur Erzielung eines EMV-stabilen MultitouchPanels werden zwei Hauptstörquellen berücksichtigt. Erste Störquellen hinter dem Touch Panel sind integrierte Displays und getaktete Netzgeräte. Auf diese Störungen be­ zieht sich die EMV-Norm nach IEC- 61000-4-3. Des Weiteren definiert die EMV-Norm IEC-61000-4-6 leitungsgebundene Einkopp­ lung von Spannungsspitzen und Frequenzen. Diese Störsignale so zu eliminieren, dass das Multitouch-Panel ohne Abweichung der Touch-Funktion positions­ enau arbeitet und g keine Fehlauslösungen verursacht werden, ist Voraussetzung für das Erreichen der EMVKonformität nach Klasse A. Erzielt wird diese EMV-Festigkeit mit optimierten AD-Wandlern, integrierten RC Filtern, erhöhten Drive-Spannungen und aufwendigen Algorithmen wie z. B. dem frequency-hoping-Verfahren. Mit einem perfekt an die Elektronik angepassten Sensordesign wird zusätzlich eine erhöhte Signal-Rausch-Differenz erzielt. Diese Optimierung der störfesten Sensorempfindlichkeit ermöglicht eine Fingerbetätigung durch mehrere Lagen Medizinhandschuhen und durch dickere Bauhandschuhe aus Leder. Wasser darf keinesfalls zu Fehlauslösungen des Multitouch-Panels führen. Besonders im Medizinbereich ist diese Anforderung zusätzlich ergänzt mit der Beständigkeit gegenüber Salzwasserlösung. Die Möglichkeit

White Paper schurter.com/downloads www.schurter.com/downloads eine komplette Wasser­ beständigkeit zu erzielen besteht in der Auswahl des optimalen Controllers und dessen Messmethodik. Somit sind PCI Eingabesysteme sogar zum Einsatz hinter fließendem Wasser bei gleichzeitiger Erkennung der Fingerbetätigung möglich. Eine absolute Industrietauglichkeit wird jedoch nur erreicht wenn alle Anforderungen, d.h. EMV-Beständigkeit, Wassertoleranz und Handschuhbedienbarkeit mit einem einzigen Setting der Software garantiert werden kann. Handelsübliche PCAP Controller und Sensoren im Standarddesign aus...