Multitouch-Bedienkonzepte in der Industrie Vom Smartphone an die Maschine

Zeihandbedienung an einem Panel-PC der Marke Prime Cube von MSC Tuttlingen
Zeihandbedienung an einem Panel-PC der Marke Prime Cube von MSC Tuttlingen

In Consumer-Geräten wie Apples iPhone und iPad schon seit längerem etabliert, dringen Multitouch-Bedienkonzepte erst allmählich in die industrielle HMI-Technik vor. Immer mehr Maschinenhersteller planen aber für künftige Versionen ihrer Bedien-Software Multitouch-Funktionen - ein entsprechender Trend scheint sich also abzuzeichnen. Wie funktionieren nun die diversen Multitouch-Bedienkonzepte, für welche Anwendungen eignen sie sich, und welche Vor- und Nachteile haben sie?

Im Jahr 2007 leitete das iPhone mit seinen Multitouch-Funktionen, also der gleichzeitigen Erfassung mehrerer Touch-Positionen und der Steuerung über Gesten, einen Paradigmenwechsel für Touch-Bedienkonzepte ein. »Nachdem Microsoft auch für Windows 7 Multitouch-Unterstützung angekündigt hatte, gab es von innovativen Maschinenherstellern immer wieder Anfragen zu entsprechenden Funktionen«, erläutert Bertram Schilling, Field Application Engineer Prime Cube bei MSC Tuttlingen. »Als Partner für kundenspezifische Computersysteme war es für uns daher logisch, entsprechende Lösungen zu entwickeln. Für unsere Systeme der Marke Prime Cube haben wir zwei Touch-Techniken ausgewählt, die Multitouch-fähig, zuverlässig und wirtschaftlich sind sowie das Anwendungsspektrum unserer Kunden abdecken.« Bei ihnen handele es sich um den analog-resistiven MFO-Touch (Multi-Finger Operation) und den Projective Capacitive Touch (PCT).

Die analog-resistive Technik, auf der der MFO-Touch beruht, wird Schilling zufolge bisher in der Mehrzahl industrieller Anwendungen eingesetzt: »Sie ist präzise und technisch ausgereift und arbeitet zuverlässig«, verdeutlicht er.

»Multitouch-Fähigkeit wird erreicht, indem der gesamte Display-Bereich in einzelne Singletouch-Segmente unterteilt wird, die im Verbund Multitouch-fähig sind.« Beim PCT dagegen sei die gesamte Sensorik geschützt und verschleißfrei hinter einer Glasscheibe verbaut: »Der Touch-Sensor besteht aus einem Gitternetz feiner Drähte oder geätzter Halbleiter-Schichten aus Indiumzinnoxid (ITO), die gegeneinander isoliert einlaminiert sind und als Treiber- und Sensorleitungen fungieren«, führt Schilling aus. »An die Treiberleitungen wird Wechselspannung angelegt, wodurch eine kapazitive Kopplung zwischen Treiber und Sensor entsteht. Ein Touch-Ereignis, also die Berührung der Glasoberfläche mit einem leitenden Gegenstand oder einem Finger, verursacht eine Kapazitätsänderung. Der Touch-Controller erfasst diese und errechnet daraus die Koordinaten des Berührungspunkts.«

Auch die Siemens-Division Industry Automation beschäftigt sich mit Multitouch-Bedientechniken: »Im Wesentlichen gibt es zwei Techniken, die heutzutage bei Multitouch-Displays zur Anwendung kommen: die analog-resistive und die projizierend-kapazitive«, bestätigt Elske Meyer, Leiterin Marketing und Promotion Simatic PC-based Automation bei Siemens Industry Automation. »Bei der analog-resistiven Technik wird die Funktion durch Druck ausgelöst, beispielsweise mit einem Finger oder Touchpen. Analog-resistive Touchdisplays können zuverlässig mit Handschuhen bedient werden und haben sich bei unseren Panels und Panel-PCs der Marke ‚Simatic’ für die Bedienung von Maschinen und Anlagen seit Jahren bewährt.« Zu bedenken gibt Meyer jedoch, dass »die benötigte Touch-Folie nicht unempfindlich gegen Kratzer oder andere mechanische Beanspruchungen« sei.

Bei der projizierend-kapazitiven Technik werde die Funktion durch Berührung mit einem elektrisch leitenden Gegenstand oder einem Finger ausgelöst: »Solche Displays lassen sich mit einer Glasscheibe gegen mechanische Beschädigungen schützen«, stellt Meyer fest. »Die Bedienung über Gesten wird sehr gut unterstützt.« Ein Nachteil der Technik ist laut Meyer, »dass Aktionen auch ungewollt ausgelöst werden können, etwa durch einen Wassertropfen oder bereits bei Annäherung mit dem Finger. Für eine Bedienung mit Handschuhen ist die Technik bisher eher nicht geeignet.« Dafür biete sie besonders hohe Brillanz.

Michael Klein, Global Product Manager bei Beijer Electronics, sieht außer resistiven und kapazitiven auch Infrarot-Multitouch-Systeme am Markt: »Technisch ähneln die Systeme den Singletouch-Ausführungen, jedoch ist die komplette Fläche des Touchscreens in eine Matrix aufgeteilt«, erklärt er. »Es sind sozusagen viele kleine Touchscreens vorhanden, die somit die Mehrpunkterfassung ermöglichen.« Für größere Bilddiagonalen seien alle Techniken noch im Innovationsprozess: »Gefühlte Nachteile gegenüber kleineren Displays wie geringe Sensibilität oder erschwertes Rotieren bei großen Bildinhalten werden dabei ebenso verbessert wie die Intuitivität der Bedienung.« Auch Beijer Electronics habe eigene Testmuster aller Techniken ausgewertet. Dabei habe das Unternehmen die resistive als Technik der ersten Wahl für seine HMI-Serie erkannt: »Sie lässt im Gegensatz zur kapazitiven Technik Handschuh-Bedienung zu und zeigt in Sachen Genauigkeit sowie beim Einbau bessere Eigenschaften.«

Ralf Nebel, bei Ultratronik verantwortlich für den technischen Support im Bereich MMI, erklärt die Funktionsweise der resistiven Touch-Technik folgendermaßen: »Zwei mit Widerstandsschichten beaufschlagte, durchsichtige Flächen werden aufeinander gedrückt. Über eine Widerstandsmessung lässt sich der Ort der Berührung bestimmen. Für den Multi-Touch-Support wird eine der Schichten in eine Matrix aufgeteilt, so dass viele kleine Touchscreens entstehen.«

Touchscreens mit kapazitiver Technik ermitteln Nebel zufolge »mit Hilfe einer Matrix von Sensoren über eine Nahfeld-Kapazitätsmessung die Berührposition«. Und Touchscreens mit Infrarot-Technik »detektieren mittels einer Matrix aus Beleuchtung und Sensoren einen oder mehrere Schatten«.

Als Vorteil der resistiven und der Infrarot-Touch-Technik erwähnt Nebel, dass die Bedienung mit allen Gegenständen möglich sei. »Die Infrarottechnik ist zudem unempfindlich gegenüber Verschmutzung und Chemikalien und unabhängig von einem optionalen Schutzglas«, ergänzt er. »Allerdings ist die resistive Technik auf punktuellen Druck optimiert, und die Infrarot-Technik ermöglicht nur eine relativ grobe Auflösung.« Die kapazitive Technik wiederum lasse optimale Freiheiten bei der Integration und reagiere unempfindlich auf Chemikalien, sei aber nur mit dem Finger oder mit dünnen Handschuhen bedienbar und verhalte sich sensibel gegenüber Umwelteinflüssen.