坚固耐用的 HMI,适用于坚固耐用和恶劣的应用

为坚固耐用和恶劣的应用构建坚固耐用的 HMI

重型工业和设备正越来越多地转向智能网络技术,以充分利用物联网(IoT)和人工智能(AI)。由于智能技术的结合,人机界面(HMI)已成为无数产品和应用中必不可少的组件,这要归功于它们能够在用户友好的显示器中提供控制并将物理和数字数据合并。

工程师在设计和制造用于恶劣位置的HMI时面临各种材料挑战。这对于薄膜、泡沫、胶带和粘合剂来说最为显著,它们与每个 HMI 背后的处理器和软件一样重要。Boyd处于加固型HMI解决方案的最前沿,这要归功于其专业知识和将弹性材料转化为几乎无穷无尽的形状,尺寸和外形的能力。

加固型显示屏

在恶劣环境中了解 HMI

HMI 在制造商、应用程序和用户市场之间可能会有很大差异。输入范围从电容式或电阻式数字按钮到物理按钮和语音控制。显示器可能是高清、高分辨率TFT LCD或高性能OLED。应用不同于下一代汽车的信息娱乐,高科技拖拉机监控GPS位置,或建筑车辆监控仪器。

无论是田间收割机、起重机、滑移转向器、挖掘机,还是任何类型的农业或林业设备,这些应用中的 HMI 都面临着反复出现且特定于应用的设计挑战。

HMI必须具有高亮度,对比度和眩光或反射控制,以便在任何环境或一天中的时间可读性。极端温度导致材料随着时间的推移而膨胀,收缩,干燥,膨胀或除气;所有这些都会影响HMI的寿命。再加上污染物,如污垢、灰尘和水,很明显,HMI粘合剂和密封材料存在许多耐候性挑战。

HMI中的各种电子和电气元件具有两个独特的操作挑战。首先,它们必须承受日常操作中的道路条件和振动。这些环境因素对于重型机械来说是相当大的。它们还必须从内部电子设备和显示模块中排出热量,这可能会影响性能。为了提供消费者期望从手机和平板电脑显示器获得的美学和用户体验,HMI还必须薄,轻巧和身临其境,这意味着不寻常的尺寸和轮廓屏幕适合仪表板,镜子或控制面板。

还存在电磁干扰(EMI),射频干扰(RFI)和电磁兼容性(EMC)的问题。新的和更多的电子设备联网到重工业中,增加了信号干扰或电子串扰的机会。确保接收和处理正确的数据是手头任务的关键。

这就是具有高性能压缩和电气特性的泡沫,胶带和其他材料发挥重要作用的地方。这些材料可以确保热触点和电触点始终保持连接,防止过热导致的潜在损坏,并保护HMI免受短路,污染物进入或振动引起的机械故障。

加固型显示屏

加固材料解决方案

对于现代HMI来说,粘合越来越复杂。HMI 组件具有粘合在一起的各种层。这些粘合对于显示效用和功能至关重要。不同的表面根据其特性和表面能与粘合粘合剂相互作用。

显示层粘接必须具有适当的剥离附着力、剪切强度和抗冲击性。抗冲击性可防止粘接因振动或冲击而失效。要确保显示器粘接以最小的故障提供长期性能,需要了解表面能量相容性、温度范围、顺应性、粘合强度等。

虽然主要的工程挑战包括极端温度循环和恶劣的振动,但粘接的质量很重要。为了创造有吸引力的“无框”美学,粘合线必须精确而狭窄。

带有标准显示面板的旧型号遵循相对容易粘合的直线设计线。恶劣环境应用中的下一代 HMI 具有多个显示器、不寻常的形状或大型曲面显示器。

减振和冲击阻尼器、垫圈和密封件是 HMI 外壳设计的固有组件。薄而轻的泡沫在吸收振动和冲击方面非常有效,同时还具有足够的柔韧性,以适应预定义的外壳尺寸,并适应温度循环膨胀和收缩。各种开孔或闭孔泡沫在宽工作温度下都具有低压缩永久变形、高耐用性、防水性、耐油性、防尘性和机械弹性等特性。保护涂层为高接触表面增加了额外的保护,具有内置的划痕、耐磨性和耐化学性。3M™ VHB™胶带通过粘弹性泡沫芯和粘性表皮实现抗冲击粘合,具有良好的能量吸收能力,在IPx8级密封件中具有强大的保持力和跌落冲击性能,可防止水侵入。

人机界面中的热管理

热管理是提高 HMI 耐用性的关键方面。现代显示器在更薄的外壳中具有不断增加的功率密度 - 所有这些都增加了热密度。传统的风冷散热器技术由于薄型设计配置和热负荷而不再可行。

在坚固耐用的重型应用中,在更宽的表面积上进行传导和传播热能以散热的能力尤其重要,这些应用通常已经在温暖的气候中。过多的热量积聚会导致显示器过热,可能导致响应时间慢、故障或完全关机。持续暴露在高温下也会增加磨损并缩短显示器的使用寿命。

部署特殊的散热器和热界面材料(TIM)是从HMI传递热量的可靠方法。最常见的是,热量从关键组件散发到显示器外壳,热量被传递到周围环境中。例如,为了散发传感器或嵌入式处理器的热量,某些导热粘合剂、石墨薄膜、蒸汽室或TIM可能是非常有效的解决方案。有机硅和丙烯酸热间隙垫和胶带含有导热填料,使其成为管理热量的有用解决方案。以预切形式向HMI集成商提供这些设备可节省关键的制造时间和麻烦。

针对 HMI 的 EMI 寻址

智能和自主技术中的嵌入式计算模块、传感器和各种电子控制会产生电气和信号噪声,如果管理不当,可能会干扰敏感的电子设备。信号串扰可能导致显示性能错误、响应时间较慢、远程指令未接收以及数据传输速度较慢。非托管EMI可以防止运营商接收准确的信息或导致性能不佳或设备停机,所有这些都是大型建筑,采矿,工农业企业的严重风险。每当利用无线连接和高速数字接口在车辆内的子系统之间进行通信时,EMI都是一个严重的HMI设计挑战。

满足EMC标准并确保显示器具有高度的信号完整性不仅需要深思熟虑的设计,还需要屏蔽敏感元件和保护信号完整性的材料。使用接地和屏蔽胶带、泡沫、聚合物和织物来阻挡和吸收 EMI 是常见的解决方案。导电胶带由导电基体载体(如镍/铜涂层导电织物)组成,并用导电压敏粘合剂背衬。这些胶带在PCB和显示面板上的接地信号之间建立电气连接,以产生接地区域,屏蔽和保护内部元件免受EMI的影响。导电胶粘剂转移胶带 (ECAT) 填充有导电颗粒,有助于最大限度地提高 EMI 性能。

另一方面,AB5000HF,AB6000HF和AB7000HF等EMI吸收器使用具有高磁导率的磁片来吸收高频信号。这些功能类似于铁氧体磁芯,但EMI吸收器可以切割成特定形状,并与导电带等EMI反射屏蔽解决方案组装,以最大限度地减少EMI噪声泄漏,同时适合薄型HMI设计。屏蔽和吸收EMI材料的组合既可以将电噪声从关键组件上引开,又可以在封闭的屏蔽空间内吸收近场EMI。

对于EMI胶带,安装人员必须在组装后对粘合线施加适当的压力,以确保最佳的粘合力,使基板之间的导电颗粒接合以进行电气连接。如果没有适当的表面接触和导电性,附着力、接地电阻和屏蔽性能可能会迅速下降。Boyd 全面的 EMI 和 RFI 屏蔽解决方案可确保设计人员以经济高效的方式解决 EMI 挑战。例如,Boyd可以将EMI胶带与其他材料(如垫圈或密封件)结合使用,以创建具有EMI性能的二对一噪声,振动和声振粗糙度解决方案,从而节省装配时间和成本。

针对用户体验进行设计

如果在各种照明场景中无法轻松查看和读取HMI,则无法为用户提供服务。为了增强HMI显示器的亮度,清晰度和可见性,采用专门的薄膜和粘合剂来最大限度地减少眩光和反射,创建生动的高对比度屏幕,并提高一般可读性。背光开关、品牌和铭牌也是提供丰富安全用户环境的关键。印刷电容式开关还可以与背光技术集成,为HMI提供背光触摸传感。

光学透明胶粘剂 (OCA) 通过填充气隙并优化盖板透镜和显示面板之间的折射率来提高可读性和对比度,从而最大限度地提高透光率。先进的光控制膜可限制离开 HMI 和其他潜在光源的光线,以最大限度地减少显示屏周围表面(如挡风玻璃或侧窗)上的反射。BEF和DBEF薄膜可以帮助增加设备中显示的光量,从而提高设备的可读性。

Boyd利用显示器增强膜、防碎和增强材料、光控导轨、OCA和显示器保护膜,帮助HMI制造商为恶劣的农业和建筑应用制造出最好、最明亮、最坚固的HMI。

徽章和品牌

用于HMI的定制和特定应用材料是另一个方面的重要推动因素 - 徽章和品牌。制造商经常寻求模仿当今先进技术的特定外观和触觉。此外,内部和外部铭牌,徽标,金属装饰和口音对于创造持久的品牌标识有很长的路要走,这些都创造了独特的品牌风格。Boyd提供广泛的材料,印刷技术和定制装饰饰面,帮助品牌完全整合身临其境的HMI品牌体验,以区分更量身定制的外观和感觉。

为什么选择博伊德?

Boyd 拥有 20 多年的精密加工经验,曾帮助 HMI 设计人员利用先进材料解决关键工程挑战。他们已在全球出货超过100亿个显示组件。内部专家和运营部门可以在10级洁净室中设计和制造先进的材料解决方案,以实现无污染,光学纯净的显示器和HMI组件,帮助设备设计人员区分其品牌和用户体验。

有疑问?我们随时可以提供帮助!