Prečo sa hliník hodí na dotykové povrchy
Tri materiálové vlastnosti vysvetľujú dominanciu hliníka v haptických rozhraniach. Prvým je špecifická tuhosť: hliníkové zliatiny majú modul pružnosti približne 69 GPa s hustotou približne 2,70 g/cm3, takže tenký stenový panel je dostatočne tuhý na to, aby efektívne prenášal vibrácie a zároveň zachoval ľahkú zostavu. Druhým je tepelná vodivosť, zvyčajne asi 167 W/(mK) pre 6061-T6 a vyššia pre čistý hliník, čo umožňuje povrchu rýchlo dosiahnuť okolitú teplotu a umožňuje dizajnérom pridať úmyselné tepelné podnety poháňaním panelu termoelektrickým prvkom. Tretím je, že hliníku možno dodať tvrdý, elektricky izolujúci povrch odolný proti opotrebeniu eloxovaním, čo znamená, že jedna monolitická časť môže súčasne slúžiť ako štruktúra, elektróda senzora a kozmetický povrch.
Špecifikácia podkladu a povrchovej úpravy
Väčšina výrobných panelov používa 6061 pre opracované alebo tvarované diely a 5052 pre tvarované plechy. Eloxovanie je špecifikované podľa ISO 7599 alebo podľa GB/T 8013.1 v čínskom štandardnom systéme, pričom trieda povlaku sa volí skôr podľa prostredia opotrebovania než podľa vzhľadu.
| Položka | Sírová anodizácia typu II | Tvrdé eloxovanie typu III |
|---|---|---|
| Typická hrúbka povlaku | 5 až 25 mikrónov | 25 až 50 mikrónov |
| Tvrdosť povrchu | Mierne, dekoratívne a ochranné | Vysoká, odolná voči oderu |
| Elektrické správanie | Izolačné; vhodné ako kapacitné dielektrikum | Izolačné; vyššiu odolnosť proti rozpadu |
| Farebné možnosti | Číra, zafarbená, integrálna farba | Typicky tmavé, obmedzené farbenie |
| Typické použitie | Konzoly, ručné zariadenia, palubné panely | Samoobslužné{0}}terminály, priemyselné HMI, verejné panely |
Lesk a hmatový pocit sú dané mechanickou textúrou pod povlakom. Otryskávanie guľôčkami alebo chemické leptanie na dosiahnutie drsnosti povrchu Ra približne 0,4 až 1,6 mikrónu poskytuje saténovú kĺzavosť, ktorá je vnímaná ako prémiová; jemnejšie povrchy sú pod prstom chladnejšie a rýchlejšie, ale skôr sa objavia odtlačky prstov a mikro-škrabance. Hĺbka textúry sa funkčne používa aj na vymedzenie dotykových zón, takže používateľ môže nájsť ovládacie prvky bez toho, aby sa musel pozerať.
Integrácia kapacitného a piezoelektrického ovládania
Eloxovaný panel je ideálna kapacitná elektróda: hliníkové telo je vodivé, anodická vrstva je tenké dielektrikum a jediným prstom sa vytvorí merateľná zmena kapacity. Pretože elektróda je samotný panel, neexistuje žiadna samostatná vrstva na delamináciu a oblasť snímania sa môže rozdeliť na zóny jednoduchým opracovaním izolačných medzier cez anodickú vrstvu. V závislosti od požadovaného rozlíšenia a cieľovej ceny sa používa laserové leptanie, selektívne maskovanie pred eloxovaním alebo tlačená kapacitná vrstva pripojená za panel.
Ovládanie je zabezpečené buď elektromagnetickými ovládačmi, ako sú lineárne rezonančné ovládače namontované za panelom, alebo piezoelektrickými prvkami pripevnenými k panelu alebo integrovanými ako laminát. Piezoelektrický pohon vytvára ostrú odozvu s vysokou-šírkou pásma s veľmi malým mechanickým zdvihom, ktorý vyhovuje ostrému „kliknutiu“, ktoré používatelia očakávajú od kovového povrchu, zatiaľ čo elektromagnetické ovládače poskytujú väčšiu amplitúdu pri nižších frekvenciách. V oboch prípadoch pohon poháňa panel v ohybe, takže hrúbka panelu, vzor rebier a montážne body určujú frekvenčnú odozvu. Ciele návrhu pre presvedčivé potvrdenie stlačenia klávesu- zvyčajne vyžadujú, aby sa celý reťazec od detekcie dotyku po aktiváciu dokončil za menej ako 50 milisekúnd.
Úroveň citlivosti dosky s plošnými spojmi vyžaduje, aby bola elektronika panela odolná voči vlastnej vodivosti panelu. Ak rozhranie kombinuje kovové šasi s kapacitným snímaním, uzemnenie snímača a uzemnenie šasi musia byť oddelené na frekvencii snímania, aby sa zabránilo tomu, že panel bude pôsobiť ako veľká parazitná kapacita, ktorá zaplavuje signál.
Tesnenie, EMI a environmentálna kvalifikácia
Hliník je dobrý vodič s 6061-T6 na približne 43 percentách IACS, takže súvislé kovové šasi poskytuje účinné elektromagnetické tienenie a pomáha produktu spĺňať požiadavky na emisie a odolnosť. Otvory - okienka displeja, otvory konektorov, okienka antény – musia byť ošetrené tesnením alebo tienenými okienkami, pretože veľkosť otvoru určuje únik. Eloxované povrchy sú izolačné, preto sú potrebné uzemňovacie pásy alebo maskované kontaktné plochy na každom mieste, kde sa musí šasi spojiť; neošetrenému hliníku v kontakte s nehrdzavejúcou oceľou sa treba vyhnúť, aby sa predišlo galvanickej korózii, a poniklované alebo pozlátené kontaktné zóny sa používajú tam, kde sa musia stretávať rozdielne kovy.
Odolnosť voči životnému prostrediu je preukázaná skôr uznávanými testovacími normami než tvrdením. Ochrana proti vniknutiu je overená podľa IEC 60529 alebo podľa ISO 20653 pre cestné vozidlá; odolnosť proti elektrostatickému výboju podľa IEC 61000-4-2 a odolnosť voči vyžarovaniu podľa IEC 61000-4-3 pre elektroniku; mechanické otrasy a vibrácie podľa IEC 60068-2-27 a IEC 60068-2-64 alebo v automobilových programoch podľa ISO 16750-3 a ISO 16750-4 pre mechanické a klimatické zaťaženie. Odolnosť anodickej úpravy proti korózii sa kontroluje vystavením soľnej hmle podľa ASTM B117 a meraním hmotnosti alebo hrúbky povlaku na dodávaných dieloch.
Aplikácie a praktické obmedzenia
Hliníkové hmatové panely sú špecifikované v automobilových stredových konzolách a ovládacích prvkoch na volante, lekárskych zobrazovacích a chirurgických konzolových rozhraniach, kde sa nosia rukavice, ovládacích paneloch priemyselných strojov, ktoré musia prežiť umývanie a náraz, verejných samoobslužných termináloch a spotrebiteľských zariadeniach, kde kovové šasi nesie estetický aj funkčný vzhľad. Obmedzenia, ktoré je potrebné naplánovať, sú náklady na konečnú úpravu, potreba zamaskovať oblasti elektrických kontaktov pred eloxovaním, nahromadenie tolerancií,-kde panel musí dosadať na utesnené tesnenie, a skutočnosť, že každá zmena hrúbky panelu alebo montáže mení charakteristiku vibrácií, a teda aj pocit. Prototypové panely by sa preto mali hodnotiť s konečnou elektronikou a montážnym hardvérom, nie ako holé kovové vzorky.
Často kladené otázky
Q:Môže eloxovaný hliníkový panel fungovať ako kapacitný dotykový senzor?
A: Áno. Hliníkové telo tvorí jednu elektródu a vrstva anodického oxidu pôsobí ako dielektrikum, takže prst na povrchu vytvára zistiteľnú zmenu kapacity bez akéhokoľvek ďalšieho prekrývacieho filmu.
Q:Aká hrubá by mala byť eloxovaná vrstva pre dotykové rozhranie?
Odpoveď: Sírová anodizácia typu II s hrúbkou 5 až 25 mikrónov je typická pre konzoly a ručné zariadenia. Tvrdé eloxovanie typu III s hrúbkou 25 až 50 mikrónov sa používa tam, kde je prioritou odolnosť proti oderu, ako sú verejné terminály.
Q:Prečo hliníkový povrch poskytuje ostrejšie haptické kliknutie ako plast?
Odpoveď: Vyšší modul pružnosti približne 69 GPa znamená, že sa panel menej vychyľuje a rýchlejšie vracia energiu, takže impulz ovládača sa prenáša s menším tlmením a výsledné cvaknutie je ostrejšie a kratšie.
Q:Ktoré testy sa používajú na kvalifikáciu v cieli?
Odpoveď: Meranie hrúbky a hmotnosti povlaku na dodávaných dieloch, vystavenie soľnej hmle ASTM B117 a testovanie oderu a priľnavosti povlaku. Ochrana proti vniknutiu sa riadi normami IEC 60529 alebo ISO 20653.
Q:Prekáža kovový panel dotykovej elektronike?
A: Môže. Panel je veľký vodič, takže uzemnenie snímača a šasi musí byť usporiadané tak, aby sa panel nezobrazoval ako parazitná kapacita pri snímacej frekvencii. Nepretržitý kov tiež dobre tiení, čo je výhodou pre EMC, ak sú otvory správne spravované.
Q:Aká drsnosť povrchu dáva najlepšiu vnímanú kvalitu?
Odpoveď: Obvyklým cieľom je saténový povrch v oblasti Ra 0,4 až 1,6 mikrónu. Hladšie povrchové úpravy sú pod prstom rýchlejšie, ale ľahšie sú viditeľné odtlačky prstov a škrabance; hrubšie povrchy pôsobia teplejšie, ale zadržiavajú pôdu.
