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Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung für berührungsempfindliche Oberflächen, mit einem beweglichen Prüffinger, der einen Stiftkörper und eine Fingerkuppe aufweist, die mindestens teilweise elektrisch leitfähig ist und mindestens teilweise aus einem Elastomer besteht.
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Eine solche Prüfvorrichtung ist beispielsweise aus der
US 2012/0280934 A1 bekannt. Derartige Prüfvorrichtungen werden bei der Qualitätskontrolle von berührungsempfindlichen Bedienoberflächen, wie beispielsweise kapazitiven Touchscreens eingesetzt. Die Qualitätsüberprüfung erfolgt in der Regel vollautomatisch. Das heißt, dass der Prüffinger mittels einer vollautomatischen Steuerung, beispielsweise einem Roboterarm oder ähnlichem, über die zu prüfende Oberfläche geführt wird. Hierbei können der jeweiligen Prüfoberfläche verschiedene Programmabläufe zugeordnet werden.
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Im Gegensatz zu vielen aus dem Stand der Technik bekannten Eingabehilfen (Touchpens etc.), bei denen die Bedienung durch den menschlichen Finger vermieden oder verbessert werden soll, soll durch einen Prüffinger die Bedienung mittels eines menschlichen Fingers möglichst gut simuliert werden, um die Qualität und Funktionsfähigkeit der Bedienoberflächen zu überprüfen. Hierzu muss der Prüffinger zumindest teilweise elektrisch leitfähig sein.
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Bei der Qualitätskontrolle von Bedienoberflächen müssen zusätzlich neben der eigentlichen Bedienung durch einen Benutzer auch die späteren Einsatzgebiete der Bedienoberflächen berücksichtigt und nachgebildet werden. Das heißt, dass die Bedienoberflächen gegebenenfalls auch unter rauen Umgebungsbedingungen einsatzfähig sein müssen und in einigen Szenarien auch von einem Benutzer, der einen Handschuh an der Bedienhand trägt, bedient werden können.
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Durch die dauerhafte und starke Beanspruchung der Prüffinger bei der Qualitätskontrolle der Bedienoberflächen werden die Prüffinger stark auf Verschleiß beansprucht.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Prüfvorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass der Prüffinger leicht anpassbar, verschleißfest und robust sowie äußerst flexibel im Einsatz ist. Des Weiteren soll der Prüffinger das Verhalten eines menschlichen Fingers möglichst gut simulieren.
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Zur Lösung schlägt die Erfindung ausgehend von einer Prüfvorrichtung der eingangs genannten Art vor, dass die Fingerkuppe mittels einer Befestigungshülse am Stiftkörper lösbar befestigt ist.
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Die Anbringung mittels der Befestigungshülse sorgt dafür, dass die Fingerkuppe direkt mittels einer einfach zu realisierenden Form- und Kraftschlussverbindung, beispielsweise als Bajonett- oder Klemmverbindung, am Stiftkörper positioniert werden kann. Die tatsächliche Fixierung der Verbindung für den Einsatz erfolgt mittels der Befestigungshülse. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass das Element mit dem höchsten Verschleiß, die Fingerkuppe, keine eigenen Fixierungselemente aufweisen muss. Hierdurch kann also die Fingerkuppe als Verschleißteil relativ einfach gehalten werden. Trotzdem ist die Fingerkuppe auf einfache und schnelle Art und Weise austauschbar.
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Die Befestigungshülse wird bevorzugt mittels Schrauben mit der Fingerkuppe und dem Stiftkörper lösbar verbunden. Durch die Schraubverbindung sind Prüffinger und Stiftkörper besonders gut und sicher sowie einfach lösbar verbunden. Der Austausch der Fingerkuppe ist hiermit auch vollautomatisch möglich. Vorteilhafterweise bestehen sowohl der Stiftkörper als auch die Befestigungshülse im Wesentlichen aus Edelstahl. Edelstahl ist besonders robust gegenüber rauen Umgebungsbedingungen und Umwelteinflüssen.
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Edelstahl ist korrosionsbeständig gegenüber Salzwasser sowie stabil und beständig bei hohen Temperaturschwankungen (-100 °C bis 250 °C). Des Weiteren zeichnet sich Edelstahl durch eine hohe Festigkeit und eine hohe Streckgrenze aus.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Fingerkuppe einen Silikonkörper aus einem Elastomer und eine elektrisch leitfähige Schicht, vorzugsweise aus Silberstoff, aufweist, wobei die elektrisch leitfähige Schicht mindestens teilweise um die erste Silikonschicht angeordnet ist. Nachdem der Silikonkörper in den Stiftkörper eingefügt ist, wird die elektrisch leitfähige Schicht um den Silikonkörper angeordnet. Anschließend wird, wie oben beschrieben, die gesamte Fingerkuppe mittels der Befestigungshülse am Stiftkörper lösbar befestigt. Hierbei ist es schon ausreichend, wenn nur die elektrisch leitfähige Schicht als Bestandteil der Fingerkuppe mit dem Stiftkörper verbunden wird. Silikon ist sowohl verschleißfest als auch temperaturbeständig (-40 °C bis 180 °C). Silberstoff ist ebenfalls sehr temperaturbeständig (ca. -40 °C bis 90 °C), hat gute Reibeigenschaften, ist dehnbar und verfügt über eine hohe elektrische Leitfäh ig keit.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in den Silikonkörper elektrisch leitfähige Partikel, vorzugsweise aus Silberstoff, eingebracht sind. Der Silberstoff kann bei der Herstellung mit relativ geringem Aufwand ins Silikon eingebracht werden. Die Form und Menge des eingebrachten Silberstoffs ist hierbei so zu wählen, dass die elektrische Leitfähigkeit der Fingerkuppe gewährleistet ist..
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Unter Silberstoff versteht die Erfindung ein Silberfäden oder Silbergarn (d.h. aus Silber oder einer Silberlegierung bestehende Fäden oder Garn) enthaltendes textiles Flächengebilde, z.B. ein Gewebe oder Gestricke. Ein solcher Stoff ist elektrisch leitfähig.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Silikon des Silikonkörpers eine Härte zwischen 10-20 Shore A aufweist, vorzugsweise zwischen 14-16 Shore A. In diesem Härtebereich weist die Silikonschicht eine ähnliche Härte wie ein menschlicher Finger auf. Des Weiteren wird die Oberfläche bei der Prüfung nicht beschädigt. Zudem wird durch diese Materialauswahl das Verhalten eines menschlichen Fingers sehr gut nachgebildet.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Silberstoff einen Silberanteil von mindestens 96%, vorzugsweise 99% aufweist. Hierdurch wird die Leitfähigkeit der Fingerkuppe mit dem Silberstoff optimiert.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Fingerkuppe eine distal in Bezug auf den Stiftkörper angeordnete, elektrisch isolierende Silikonschicht aufweist. Die elektrisch isolierende Silikonschicht dient dazu, die Bedienung mit einem Handschuh zu simulieren. Über die Dielektrizitätszahl der Silikonzusammensetzung und die Dicke der elektrisch isolierenden Schicht kann der jeweils zu simulierende Handschuhtyp eingestellt werden.
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Eine weitere Fortbildung der Erfindung sieht vor, dass die Fingerkuppe an der Oberfläche mindestens teilweise eine Gleitschicht aufweist. Durch die Gleitschicht können die Gleiteigenschaften des Prüffingers positiv beeinflusst werden und damit insbesondere die Verschleißeigenschaften verbessert werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1: schematisch einen Prüffinger einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung in Explosionsdarstellung in einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2: schematisch den Prüffinger aus 1 in Seitenansicht;
- 3: schematisch einen Längsschnitt durch einen Prüffinger einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In 1 sind die einzelnen Bestandteile eines erfindungsgemäßen Prüffingers in Explosionsdarstellung dargestellt. Ein Stiftkörper des Prüffingers ist mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Der Stiftkörper 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel rohrförmig und besteht aus Edelstahl. In den rohrförmigen Stiftkörper 1 ist ein Silikonkörper 2a einer Fingerkuppe 2 einfügbar. Weiterhin weist die Fingerkuppe 2 eine elektrisch leitfähige Schicht 2b auf.
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Der Silikonkörper 2a weist eine pilzförmige Ausprägung auf. Am Stiel der Silikonkörpers 2a sind zwei Wulsten vorgesehen. Wird die Silikonkörper 2a in den rohrförmigen Stiftkörper 1 eingesteckt, entsteht aufgrund der beiden Wulsten ein stabiler Kraftschluss zwischen dem Stiftkörper 1 und dem Silikonkörper 2a. Anschließend wird eine elektrisch leitfähige Schicht 2b aus Silberstoff um den eingesteckten Silikonkörper 2a angeordnet.
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Für den Einsatz bei der Qualitätskontrolle von berührungsempfindlichen Bedienoberflächen ist der Kraftschluss zwischen dem Stiftkörper 1 und dem Silikonkörper 2a aber nicht ausreichend. Zur Fixierung der gesamten Fingerkuppe 2 am Stiftkörper 1 wird eine Befestigungshülse 3 aus Edelstahl über den Stiftkörper 1 gezogen und die Fingerkuppe 2, bestehend aus Silikonkörper 2a und elektrisch leitfähiger Schicht 2b aus Silberstoff, mittels Schrauben 4 am Stiftkörper 1 fixiert.
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Der auf diese Weise zusammengesetzte Prüffinger ist in 2 dargestellt. Beim Einsatz in der automatisierten Qualitätskontrolle von berührungsempfindlichen Bedienoberflächen, wie beispielsweise Smartphone-Displays, Tablet-Displays oder industriellen Touch-Panels, wird der Prüffinger mittels einer geeigneten Bewegungseinrichtung, beispielsweise einem Robotergreifer oder ähnlichem, über die zu prüfende Oberfläche geführt. Die Fingerkuppe 2 ist dabei am Stiftkörper 1 mittels der Befestigungshülse 3 und der Schrauben 4 fixiert.
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Das Silikon weist eine Härte von 15 Shore A auf. Hierdurch werden die Eigenschaften eines menschlichen Fingers sehr gut simuliert. Gleichzeitig besteht selbst bei gebogenen Oberflächen, Sicken oder Kanten vollflächiger Kontakt. Somit ist der Prüffinger durchgehend leitfähig bei der Prüfung von kapazitiven berührungsempfindlichen Oberflächen. Aufgrund ihrer Elastizität wird die Fingerkuppe auch beim Überfahren kleiner Sicken oder Kanten nicht beschädigt. Der Prüffinger weist somit hervorragende Verschleißeigenschaften auf. Aufgrund der einfachen Austauschbarkeit der Fingerkuppe ist der Prüffinger insgesamt leicht und kostengünstig zu warten. Auch die zu überprüfende Oberfläche droht nicht durch den Prüffinger beschädigt zu werden. Durch die Materialauswahl ist der Prüffinger auch unter rauen Klimabedingungen einsetzbar, weist eine hohe Temperaturbeständigkeit auf und ist selbst gegen Salzwasser weitestgehend resistent.
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In 3 ist eine Weiterbildung eines Prüffingers einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung dargestellt. Während der Stiftkörper 1 und die Befestigungshülse 3 im Wesentlichen gleich ausgeführt sind, wie im Ausführungsbeispiel aus 1 und 2, weist die Fingerkuppe 2 einige weitere Merkmale auf:
- Neben dem Silikonkörper 2a, in den in diesem Ausführungsbeispiel elektrisch leitfähige Partikel aus Silberstoff eingebracht sind, weist die Fingerkuppe 2 eine elektrisch isolierende Silikonschicht 2c auf. Eine elektrisch leitfähige Schicht ist hier nicht vorgesehen, könnte aber ohne weiteres ebenfalls angeordnet werden. Des Weiteren ist eine Gleitschicht 2d außen an der Fingerkuppe 2 angeordnet. Der Silikonkörper 2a ist durch den eingebrachten Silberstoff elektrisch leitfähig und weist eine Härte von 15 Shore A auf. In diesem Ausführungsbeispiel simuliert der Silikonkörper 2a den menschlichen Finger. Die elektrisch isolierende Silikonschicht 2c simuliert einen Handschuh. Die Silikonkörper 2a und die elektrisch isolierende Silikonschicht 2c sind beispielsweise mittels Vulkanisation miteinander verbunden. Über die Dicke und die dielektrischen Eigenschaften der Silikonschicht 2c kann nahezu jede Art von Handschuh simuliert werden.
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Der Bedarf an Bedienoberflächen, die nur mit Handschuh durch die Benutzer bedient werden sollen oder dürfen, nimmt stetig zu. Insbesondere in medizinischen Einrichtungen, in (Reinraum-)Laboratorien sowie in der Schwerindustrie ist das Tragen von Handschuhen in der Regel Pflicht. Daher ist es auch notwendig, bei der Qualitätskontrolle der in solchen Fällen eingesetzten berührungsempfindlichen Bedienoberflächen die Funktionsfähigkeit bei der Bedienung mit Handschuh zu überprüfen. Die Simulation des Handschuhs ist mittels der Silikonschicht 2c auf besonders einfache und gut reproduzierbare Art und Weise möglich, ohne dabei die Verschleißeigenschaften des Prüffingers negativ zu beeinflussen.
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Mittels der zusätzlichen Gleitschicht 2d lassen sich die Verschleißeigenschaften sogar noch weiter verbessern, weil weniger Reibungsverluste entstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stiftkörper
- 2
- Fingerkuppe
- 2a
- Silikonkörper
- 2b
- elektrisch leitfähige Silikonschicht
- 2c
- elektrisch isolierende Silikonschicht
- 2d
- Gleitschicht
- 3
- Befestigungshülse
- 4
- Schraube
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2012/0280934 A1 [0002]
