Touch-Eingabe in Industrie und Medizin Doppelter Schutz für eine sichere Bedienung

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Der Safety Key von Hy-Line kombiniert kapazitive und optische Sensoren, um Fehlbedienungen zu vermeiden und somit höchste Sicherheit zu gewährleisten. Praktische und damit sichere Anwendungen ergeben sich vor allem in der Industrie und in der Medizin.

Eine sichere Bedienung spielt in der Industrie sowie der Medizin eine wesentliche Rolle. Gerade wenn es darum geht, Unfälle und Verletzungen zu vermeiden. Hier spricht alles für doppelte Sicherheit. Der Safety Key von Hy-Line kombiniert optische und kapazitive Technik miteinander, um eine sichere Auslösung zu garantieren. Die PCAP-Technik hat sich zur Eingabe etabliert. Allerdings löst sie schon bei einer leichten Berührung schnell aus.

Um eine sichere Auslösung zu garantieren, wird PCAB mit einem optischen Sensor kombiniert. Die Betätigung wird nur dann als gültig erkannt, wenn beide Sensorinformationen übereinstimmen. Damit reduziert sich das Risiko einer Fehlaktivierung. Abgerundet wird der Safety Key durch eine edel anmutende Glasoberfläche mit bündiger Frontplatte.

Im Gespräch mit Rudolf Sosnowsky von Hy-Line über die sichere Eingabe mit dem Safety Key.

Herr Sosnowsky, welche Vorteile bietet der kapazitive Touch gegenüber anderen Touch-Techniken?

Die kapazitive Eingabemethode ist zum einen berührempfindlich und erkennen Berührungen sehr präzise und reagieren sofort auf leichte Berührungen. Zum anderen ist es die Möglichkeit, mehrere Berührpunkte gleichzeitig zu erkennen. Damit lassen sich Gestensteuerungen und komplexe Interaktionen umsetzen. Außerdem lässt sich der kapazitive Touch hinter einem widerstandsfähigen Glas installieren. Damit bieten sie ein modernes, elegantes Design mit einer glatten Glasoberfläche, die sich leicht reinigen lässt. Für die Medizintechnik interessant ist, dass sie die Touch-Oberflächen leicht reinigen lassen.

Trotz des breiten Anwendungsspektrums sind sie gerade in sicherheitskritischen Umgebungen ist der kapazitive Touch nicht die einzige Wahl. Wie kann dieser sicherer werden?

Die kapazitive Touch-Technik ist weit verbreitet und hat die anderen Touch-Techniken fast vollständig vom Markt verdrängt. Bei allen Vorteilen hat sie aber auch einen Nachteil: Sie löst schon bei der leichtesten Berührung aus, auch wenn dies gar nicht beabsichtigt war. Kombiniert man eine zweite Touchtechnik, die diesen Schwachpunkt kompensiert, kann ein wesentlich zuverlässigeres Eingabemedium entwickelt werden. Nur wenn beide Touch-Techniken übereinstimmend ein Touch-Ereignis erkennen, wird eine Meldung an das System weitergeleitet. Der von uns entwickelte Safety Key kann in der Elektrochirurgie mit vielen elektrischen Störquellen eingesetzt werden.

Auf der embedded world hat Hy-Line den erwähnten Safety Key vorgestellt, der auf kapazitivem Touch basiert. Können Sie uns das System vorstellen?

Nach Abwägung aller Vor- und Nachteile fiel unsere Entscheidung auf eine Kombination aus PCAP und Lidar. Wie ich bereits sagte, ist die PCAB-Technik ideal für eine bündige Integration hinter einer kundenspezifischen Frontscheibe. Bei Lidar geht es um ein anderes Wirkungsprinzip und ist daher sehr gut für die Kombination geeignet. Es gibt keine wechselseitige Interferenzen.

Das Deckglas ist mit einer passiven Haptik in Form einer Vertiefung versehen. Diese unterstützt den Bediener, indem sie den Finger an die richtige Stelle zur Bedienung der beiden Systeme führt. In der Mitte der Mulde ist die Bedruckung der Frontscheibe für den Durchblick des Lidar-Sensors ausgespart. Der kapazitive Sensor ist hier als Einzeltaste ausgeführt, die in zwei Hälften geteilt ist, um eine zusätzliche Sicherheit einzuführen. Am Demonstrator wird die Detektion jedes Sensors über eine LED angezeigt, nur bei gleichzeitiger Detektion beider PCAP-Elektroden und des Lidar-Sensors wird ein Ereignis an das dahinter liegende Gerät weitergeleitet.

Beim Demonstrationssystem werden die Zustände der Kanäle mit LED-Indikatoren angezeigt, sodass eine Differenzierung der Auslösung erfolgen kann. Für eine reale Applikation können daraus wertvolle Informationen zur Empfindlichkeit der einzelnen Kanäle gewonnen werden.

Für welche Anwendungen ist der Safety Key prädestiniert?

Der Safety Key kann überall dort eingesetzt werden, wo zufällige Berührungen nicht zu einer Auslösung führen dürfen, wo eine Resistenz gegen bestimmte Umwelteinflüsse gewährleistet sein muss, beispielsweise PCAP ist empfindlich gegen fließendes Wasser, Lidar nicht, oder Lidar reagiert auf eine Fliege, die auf dem Boden landet, bei PCAP löst die Fliege nicht aus.

Gewähren Sie einen Blick hinter die Technik: Wie erfolgt die Auswertung der Toucheingabe?

Auf Seiten des PCAB-Sensors wird ein Sensor-IC verwendet, das Kapazitätsänderungen detektiert und den Status betätigt/nicht betätigt digital an einem Ausgang zur Verfügung stellt. Die Parametrierung, also die Einstellung der Empfindlichkeit und der Einschaltverzögerung, um flüchtige Ereignisse zu ignorieren, kann analog durch Beschaltung oder digital durch Setzen bestimmter Register innerhalb des Chips erfolgen. Das Ausgangssignal des Sensors kann direkt von einem Mikrocontroller ausgewertet werden.

Das Prinzip des optischen Sensors ist das einer Reflexlichtschranke. Eine Lichtquelle sendet Strahlung im Infrarotbereich aus. Nur wenn sich in einem bestimmten Abstand ein reflektierendes Objekt befindet, wird ein Teil des Lichts reflektiert und gelangt zurück zum Sensor. Dort wird es von einem für Infrarotlicht empfindlichen Sensor detektiert.

Nach der Signalaufbereitung steht am Ausgang ein Signal zur Verfügung, das von einem Mikrocontroller ausgewertet werden kann. Die Parametrierung, d.h. die Einstellung der Empfindlichkeit und damit der Entfernung, in der der Sensor anspricht, erfolgt durch Setzen bestimmter Register auf dem Chip. Um die Fremdlichtunempfindlichkeit zu minimieren, werden bestimmte Maßnahmen getroffen. So kann ein Filter vor dem Empfangskanal schmalbandig auf die Bandbreite des Infrarotsignals ausgelegt werden und durch Modulation des Sendesignals bei gleichzeitiger Freigabe des Empfangskanals (Gating) können andere Infrarotsignale gleicher Wellenlänge unterdrückt werden.

Wie wird der Safety Key in eine Applikation implementiert – gibt es technische Einschränkungen? Wenn ja, welche?

Mit dem Safety Key beschreiben wir ein Konzept, kein fertiges Produkt. Die Integration erfordert einen Eingriff in das Frontplattendesign des Kunden, das im Falle eines PCAP-HMI ohnehin neu konzipiert werden muss. Der Safety Key selbst ist nicht nach SIL-Richtlinien spezifiziert und freigegeben, die Zertifizierung muss am Gesamtgerät des Kunden erfolgen.

Wir sehen das nicht als einen Nachteil, sondern als Produkteigenschaft, die durch die vielfältigen Parametrierungsmöglichkeiten eine Anpassung an viele verschiedene Anwendungen ermöglicht. Das zum Patent angemeldete Verfahren ermöglicht es, hochwertige Oberflächen mit Toucheingabe zu entwickeln und bietet gleichzeitig die Sicherheit eines mechanischen Tasters. Ein Gebrauchsmusterschutz ist bereits erteilt.

 (heh)

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