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29. April 2011

Innovative Touch­technologien: Die Multitouch-Technologie

Beitrag aus openautomation 3/2011

Bis vor Kurzem war Touchbedienung nichts anderes als ein simpler Mausersatz. Erst Apples „iPhone“ hat ein breites Bewusstsein dafür geschaffen, dass Touchscreens auch mit mehreren Fingern gleichzeitig und mit Gesten bedient werden können. Diese neue Bedienphilosophie begünstigt jetzt auch bei HMI-Systemen den Trend hin zur Multitouch-Bedienung. Windows 7 unterstützt dabei als erstes Windows-Betriebssystem Multitouch-Funktionen.

Für entsprechende Anwendungen sind Hardware und Betriebssystem nicht die einzigen Voraussetzungen. Zusätzlich muss auch die Anwendungssoftware Rotations-, Zoom- oder Wischgesten erkennen und verarbeiten können. Für einen Maschinenbauer kann der passende Zeitpunkt für entsprechende Anpassungen dann sein, wenn neue Display-Größen geplant sind oder eine Softwareumstellung durchgeführt werden soll. Beide Fälle gehen automatisch mit der Überarbeitung der Bedienoberfläche einher, sodass die Multitouch-Implementierung parallel durchgeführt werden kann. Gerade in Bezug auf neue Displaygrößen findet zurzeit bei innovativen Herstellern, beispielsweise aus dem Verpackungsmaschinenbau, ein Wechsel auf das ­Widescreen-Format 16:9 statt. Hardwareseitig stehen mehrere Touchtechniken zur Verfügung, wobei nicht alle auch für die industriellen Einsatzszenarien geeignet sind. „Prime Cube“-Systeme bieten diese Sicherheit, da sie speziell für industrielle Anwendungen entwickelt wurden. Für diese kommen zwei geeignete Verfahren zum Einsatz: Projective ­Capacitive Touch und analog-resistiver Multitouch.


Die Touchtechniken
Erstgenannte PCT-Technik ist von den Smartphones her bekannt. Die gesamte Sensorik ist geschützt und verschleißfrei hinter einer bis zu 8 mm dicken Glasscheibe montiert. Der Touchsensor besteht aus einem Gitternetz feiner Drähte oder geätzter Halbleiter-Schichten aus Indiumzinnoxid (ITO), die gegeneinander isoliert einlaminiert sind und als Treiber- und Sensorleitungen fungieren. An die Treiberleitungen wird Wechselspannung angelegt, wodurch eine kapazitive Kopplung zwischen Treiber und Sensor entsteht. Die Berührung mit einem leitenden Gegenstand, zum Beispiel mit dem Finger, verursacht eine Kapazitätsänderung. Der Touch-Controller erfasst diese und errechnet daraus die Koordinaten des Berührungspunkts. Die geschützte Hinterglasmontage ermöglicht eine sicken- und kantenfreie Panelintegration. Dadurch ist ein PCT besonders für Umgebungen interessant, in denen hohe Anforderungen an die Reinigbarkeit der Systeme gestellt werden.

Bei dem analog-resistiven Touchscreen ist in der klassischen Ausführung kons­truktionsbedingt nur ein Punkt erfassbar. Bei gleichzeitiger Betätigung von zwei Positionen berechnet der Controller lediglich den Mittelwert der Posi­tionsspannungen. Neue Lösungen ermöglichen jetzt auch volle Multitouch-Funk­tionalität. Hierbei ist beispielsweise die gesamte Bildschirmfläche in mehrere Zonen eingeteilt, von denen jede einen analog-resistiven Singletouch mit eigener Verbindung zum Con­troller darstellt. Diese Segmentierung ermöglicht sowohl die Dateneingabe mit zwei oder mehr Fingern als auch die Gestensteuerung. Die einzige Einschränkung ist, dass dabei immer mindestens zwei Zonen bedient werden müssen. Analog-­resistive Touchscreens sind kostengünstig und langlebig. Die Oberflächen können mit Stiften und Handschuhen bedient werden. Ein segmentierter, analog-resistiver Touchscreen ist auch die geeignete Technik für Systeme mit durchgängig identisch aufgebauten Prozessbildern, denn neben der Aufteilung des Bildschirms in gleichgroße Bereiche sind für kundenspezifisch entwickelte Systeme auch individuelle Touchzonen möglich. So kann zum Beispiel ein Maschinenhersteller dank individueller Einteilung sein eigenes, wiedererkennbares Bedienkonzept gestalten.


Anwendungs­szenarien
In industriellen Bereichen findet die Gestensteuerung beispielsweise beim „Durch­blättern“ von Funktionsübersichten, Listen oder Verzeichnissen und bei der Navigation innerhalb von Produk­tions­dokumentationen Anwendung. Weitere Beispiele sind die Navigation innerhalb von Prozessbildern, das Vergrößern von Kennlinien und Grafen oder eine detaillierte Fehlersuche mit Zoomgesten.

Die Touchfunktionalität muss sich nicht auf das Display des Rechners beschränken. Eine flächige Verglasung ermöglicht die Vergrößerung des berührungsempfindlichen Bereichs über die Displayfläche hinaus. So sind dort weitere kapazitive Bedienelemente, wie Taster oder Slider, möglich.

Eine der wichtigsten Funk­tionen in industriellen Anwendungen ist die Zweihandbedienung. Ihre Vorteile gegenüber der Singletouch-Bedienung sind erheblich. So kann auf der einen Seite der Bedien­prozess beschleunigt und gleichzeitig die Ergonomie verbessert werden, zum Beispiel bei gleichzeitig nutzbaren Schiebereglern oder durch bessere Nutzung einer virtuellen Touchtastatur. Andererseits werden Fehl­bedienungen, wie unbeabsichtigte Funktionsaktivierung, durch zweihändige Eingaben verhindert.


Ausblick
Die Erkennung und Verarbeitung von mehreren Berührungspunkten ist eine lang erwartete Evolution bei der Maschinenbedienung. Momentan laufen bei Herstellern Erprobungen zur Integration der Technik in eigene Bedienkonzepte. Die ersten Ergebnisse zeigen, dass durch Multitouch-Funktionen die Bedienung in einigen Details besser und einfacher wird. Manche Vorgänge, die bisher nur über zweimalige Singletouch-Ereignisse eingeleitet werden konnten, werden sogar deutlich beschleunigt. Hardwareseitig werden TFT-Displays mit ­inte­griertem optischen Touchscreen in Aussicht gestellt.

Wolfgang Jarausch

Weitere Informationen unter www.primecube.de.


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