Touchscreen Haptische und taktile Eingabeunterstützung

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Touchdisplays lösen immer häufiger herkömmliche Steuerungspanels ab. Doch aufgrund der fehlenden haptischen Rückmeldung gestatten sie keine Bedienung ohne Sichtkontrolle. Der HMI-Spezialist Rafi bietet jedoch für kundenspezifische Bediensysteme Lösungen für eine sichere Blindbedienung seiner Touchdisplays.

Mit dem Aufkommen industrietauglicher Touchscreens hat sich in der Steuerungsphilosophie für Maschinen und Anlagen ein grundlegender Wechsel vollzogen. Die Integration von Bedienoberflächen mit frei gestaltbaren, an verschiedene Einsatzszenarien angepassten Darstellungsoptionen eröffnete gänzlich neue Möglichkeiten für die intuitive Nutzerführung und selbsterklärende Statusanzeigen. Darüber hinaus bietet die softwarebasierte Konfiguration der Einheiten für unterschiedliche Aufgabenfelder gegenüber Steuerkonsolen mit festverdrahteten Bedienkomponenten in vielen Anwendungsfällen deutliche wirtschaftliche Vorteile.

Einsatz zunehmend auch in mobilen Arbeitsmaschinen

Als ein Pionier auf dem Gebiet industrietauglicher Touchdisplays hat Rafi an der Entwicklung einen großen Anteil. Der HMI-Spezialist begann bereits vor rund 20 Jahren mit der Fertigung extrem robuster Lösungen, die sich durch schlagsichere Frontgläser sowie eine fein abgestimmte Sensorik zur Bedienung mit Arbeitshandschuhen auszeichneten. Weitere Innovationen, die Rafi im Folgenden bei seinen Glasscape-Bediensystemen vorantrieb, betrafen die funktionale Medienbeständigkeit von mit Flüssigkeiten benetzten Displays sowie die intelligente Erkennung versehentlicher Touchscreenberührungen zur automatischen Unterdrückung von Fehleingaben. Mit der zunehmenden Störsicherheit der Touch-Bediensysteme in rauen Umgebungsbedingungen erweiterte sich das Spektrum der möglichen Anwendungsszenarien in der Industrie, Medizintechnik oder bei mobilen Arbeitsmaschinen.

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Durch die Einsatzmöglichkeiten im unmittelbaren Fertigungs- oder Prozessumfeld stellten sich jedoch auch neue Anforderungen an die sichere Nutzerführung und die Option der Blindbedienung. Denn während sich herkömmliche elektromechanische Befehlsgeräte wie Schalter, Taster oder Regler ertasten lassen und es so dem Bediener ermöglichen, die Anwendung permanent im Blick zu behalten, erfordern die Betätigung von Touchbasierten Eingabefeldern und die Kontrolle ihrer Auslösung ständigen Sichtkontakt. Dies kann jedoch bei der Steuerung von Fertigungsabläufen und besonders bei mobilen Maschinen hinderlich sein, wenn sich Fahrzeugführer auf die Umgebung konzentrieren müssen.

Lösungen für die haptische Kontrolle von Touchpanels

Rafi hat sich bereits frühzeitig mit diesen Aufgabenstellungen befasst und verfügt heute im Rahmen des Glasscape-Programms über drei ausgereifte und miteinander kombinierbare Lösungen zur haptischen Kontrolle seiner Touchpanels. So bietet das Unternehmen seit vier Jahren mit den haptischen Bedienelementen der Flexscape-Serie eine vielseitige und wirtschaftliche Lösung zur Blindbedienung. Die Drucktaster, Dreh-Drückgeber und Fingerwheels werden ohne Durchbrüche oder Bohrungen auf dem Touchscreen fixiert, sodass die Stabilität und Dichtigkeit der Display-Oberfläche vollständig gewahrt bleibt. Da die Flexscape-Betätiger, die Rafi nach individuellen Kundenvorgaben auf dem HMI-Interface platziert, die ZielfunktiOnen durch Kontaktierung der Touchscreen-Oberfläche auslösen, ist keine zusätzliche Auswerteelektronik erforderlich.

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Nur kurze Zeit nach der Einführung der Flexscape-Serie brachte Rafi die Touchscreens der Serie Twin Touch mit kombinierter Berührungs-/Kraftmessung auf den Markt, die mittels im Rahmen integrierter Kraftsensoren den ausgeübten Druck erfassen. Damit ermöglicht Twin Touch, allen kapazitiven Eingabefeldern Druckkräfte zuzuweisen, die außer der bloßen Berührung zu ihrer Aktivierung erforderlich sind. Durch die kraftabhängige Betätigung wird ein unbeabsichtigtes Auslösen zuverlässig ausgeschlossen. Zugleich ermöglicht die kombinierte Auswertung von Touch- und mechanischer Betätigung die Implementierung zusätzlicher Eingabeebenen wie zum Beispiel den Aufruf von Kontextmenüs per Druck oder Parameter-Anpassungen durch variierende Kraftausübung auf das zugehörige Eingabefeld. Die Schaltschwellen für die auslösenden Druckkräfte lassen sich über die Software individuell einstellen und orientieren sich an durchschnittlichen Betätigungskräften für Kurzhubtaster.

Realistische Simulation von Taster-Feedback

Haptic-Touch-Displays sind in der Lage, das taktile Feedback verschiedener Eingabeelemente – beispielsweise das charakteristische Einrasten von Kurzhubtastern oder die physikalische Rasterung von Slidern – realitätsnah wiederzugeben. Die fühlbaren Raststufen und das taktil unterscheidbare Verhalten virtueller Eingabeelemente vereinfachen die sichere haptische Orientierung auf den HMI-Oberflächen erheblich. Die Force-Feedback-Einstellungen werden von Rafi an die individuellen Präferenzen der Kunden angepasst. Diese können zunächst die gewünschten und jeweils passenden Force-Feedback-Aktionen aus einer sogenannten Haptic Library auswählen, aus der die haptischen Signalmuster verschiedener Bedienkomponenten abrufbar sind. Anschließend werden die Eingabekräfte zur Betätigung und die Feedback-Signalstärken von Rafi nach Kundenwünschen nachjustiert.

Displays

Schweres Gerät leicht bedienen

Zur Erzeugung der haptischen Signale versetzen mehrere, eigens von Rafi entwickelte Aktuatoren das Frontglas von Haptic Touch in querwirkende Schwingungen. Die Simulation verschiedener physikalischer Betätiger mit unterschiedlichen Betätigungskräften wird dabei durch eine ausgeklügelte Softwareansteuerung der Aktuatoren erreicht, welche das Frontglas mit entsprechenden Signalverläufen und variierenden Beschleunigungen anschwingen. Indem zur Betätigung virtueller Buttons bzw. zur Eingabequittierung mit einrastendem Tasterimpuls zunächst ein definierter Druckpunkt überwunden werden muss, trägt die Krafterkennung in hohem Maß zum realistischen Schaltgefühl bei. Das kraftabhängige Auslöseverhalten bietet weitere Vorteile in der praktischen Anwendung: Es ermöglicht beispielsweise Fahrzeug- bzw. Baumaschinenführern, in gewohnter Manier mit aufliegenden Fingern nach den gewünschten Funktionen zu suchen, ohne dadurch unbeabsichtigte Eingaben zu verursachen.

Sowohl Twin Touch als auch die neuen Haptic Touch Panels werden von Rafi nach individuellem Bedarf mit einer großen Auswahl unterschiedlicher Flexscape-Betätiger bestückt. So bietet das Drucktaster-Programm Flexscape One diverse Varianten mit verschiedenen Designs, Formfaktoren und Schaltfunktion. Außerdem sind Ausführungen mit Handerkennung verfügbar, bei der die Schaltfunktion zunächst durch Berührung aktiviert werden muss, um unbeabsichtigte Betätigung zu vermeiden oder ein zweistufiges Schalten zu ermöglichen. Das bedeutet, dass bei Berührung oder Betätigung des Flexscape One Tasters unterschiedliche Aktionen ausführbar sind.

Werte anzeigen und bestätigen

Für die Parameterauswahl und Bestätigung stellt die Drehgeber-Baureihe Flexscape Spin passende Lösungen bereit. Zu den jüngsten Mitgliedern der Produktfamilie zählen die Typen Rotary & Push mit kombinierter Dreh- und Drückfunktion sowie der Ring-Encoder Open Center. Seine Bauform mit offener Gehäusemitte ermöglicht eine mittige Positionierung auf Funktions-Buttons oder Skalenanzeigen des Displays, über die sich beispielsweise die eingestellten Werte anzeigen und bestätigen lassen.

Nicht zuletzt umfasst das Flexscape-Programm auch Slider und Fingerwheels zur kontextabhängigen Funktionenauswahl oder der Parametereinstellung, die eine wirtschaftliche Alternative zu eingefrästen Fingerführungen darstellen und durch ihre prägnanten Konturen eine sichere taktile Orientierung zur Blindbedienung gewährleisten. Durch die Kombination der haptischen Bedienelemente mit einer kraftabhängigen Eingabe und einem feinjustierbaren, situativ eindeutigen Force-Feedback erreichen die Rafi-Displays eine Sicherheit auch für die Blindbedienung, die in dieser Ausprägung aktuell einzigartig ist.

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