Considérations relatives à l'utilisation de conduits de lumière pour améliorer la conception de l'IHM

En général, les IHM possèdent trois caractéristiques : faciles à visualiser, faciles à comprendre et intuitives.

Pour ces raisons, les indicateurs lumineux (Figure 1) sont couramment utilisés pour fournir aux opérateurs les informations nécessaires pour utiliser l'équipement de manière sûre et efficace. Un moyen fiable et efficace de transmettre la lumière à ces indicateurs consiste à utiliser des conduits de lumière.

Bien qu'il existe différentes façons de configurer les indicateurs lumineux pour les IHM, les conduits de lumière (flexibles et rigides) sont un choix très populaire parmi les ingénieurs. Leur utilisation présente plusieurs avantages, mais ces avantages reposent sur un examen attentif de facteurs critiques tels que la géométrie du conduit de lumière, le matériau utilisé, l'angle de vision, l'environnement de fonctionnement, etc. Lorsqu'ils sont pris en compte au début de la conception, ces facteurs feront toute la différence dans l'efficacité d'un indicateur lumineux pour une IHM.

Les conduits de lumière sont des tiges en plastique transparent (flexibles ou rigides) utilisées pour transmettre efficacement la lumière d'une LED (généralement sur un circuit imprimé) à une interface utilisateur avec une perte minimale d'intensité lumineuse. Cependant, les conduits de lumière ne sont qu'une option pour fournir un indicateur aux IHM.

Les autres options incluent :

Les indicateurs à montage sur panneau à LED sont une unité composée d'une LED contenue dans un boîtier monté directement sur le panneau IHM.

En règle générale, les écrans LED sont destinés aux petits appareils légers qui sont généralement portables et comprennent à la fois des écrans éclairés à sept segments et des écrans LED tactiles capacitifs.

Comme leur nom l'indique, les indicateurs de circuit imprimé sont des LED montées directement sur le circuit imprimé et offrent un assemblage facile et une bonne flexibilité de conception.

Avant d'entrer dans le détail des conduits de lumière, il est important de différencier les conduits de lumière, les guides de lumière et les diffuseurs de lumière.

Cela étant clarifié, regardons les deux types de base de conduits de lumière : flexible et rigide.

Les conduits de lumière flexibles, tels que ceux illustrés à la figure 2, sont fabriqués à partir de fibre de polycarbonate et peuvent transmettre la lumière dans les espaces et les coins restreints, et ils le font avec une perte minimale d'intensité lumineuse.

Ils se fixent également solidement à la source lumineuse LED et transportent la lumière sur une distance considérable (bien que des distances plus longues entraîneront une plus grande perte d'énergie). De plus, les conduits de lumière flexibles offrent aux concepteurs beaucoup plus de liberté et un bon contrôle sur l'optique.

Les conduits de lumière rigides, tels que ceux illustrés à la figure 3, sont des tiges en polymère utilisées pour transmettre la lumière lorsque la distance entre la source de lumière LED PCB et le panneau de commande est relativement courte.

En plus de transmettre la lumière le long d'une ligne droite, il existe également des géométries personnalisées qui permettront à la lumière d'être transmise sous d'autres angles. Cependant, la lumière ne suivra ces tuyaux rigides non linéaires que jusqu'à un certain point.

Les avantages des conduits de lumière rigides incluent un coût inférieur à celui de leurs homologues flexibles ; les inconvénients sont des contraintes sur la longueur et une moindre flexibilité de conception.

En fonction de la conception de l'appareil, de la LED choisie, du matériau utilisé pour le conduit de lumière et de sa conception (qui sera abordée dans la section suivante), les conduits de lumière peuvent offrir plusieurs avantages lorsqu'ils sont utilisés pour les indicateurs IHM, notamment :

Les conduits de lumière peuvent être utilisés pour une très large gamme d'applications IHM. Ils sont couramment utilisés comme voyants lumineux critiques sur les machines où l'angle de vision et la couleur sont essentiels au bon fonctionnement et à la sécurité des opérateurs. Les options de conception critiques pour les indicateurs lumineux IHM incluent des facteurs tels que la couleur des LED, les combinaisons de couleurs et les caractéristiques de visualisation, pour n'en nommer que quelques-uns.

Les conduits de lumière sont économiques et, lorsqu'ils sont conçus correctement, ils fournissent un moyen fiable de transmettre très efficacement la lumière à l'utilisateur.

Le saignement léger (ou perte de lumière) se produit lorsque la lumière s'échappe ailleurs que par le point de sortie souhaité. Le saignement de lumière peut entraîner plusieurs problèmes, tels qu'une lueur sur l'interface là où il ne devrait pas y en avoir, des couleurs de LED qui brillent les unes sur les autres ou se mélangent et (probablement le plus dangereux pour les IHM) de fausses lectures.

Une combinaison de la bonne LED, d'un conduit de lumière bien conçu et d'une distance optimisée entre la LED et le point indicateur peut minimiser la possibilité de perte de lumière.

Des conduits de lumière soigneusement conçus peuvent également obtenir une signalisation très efficace même dans des environnements difficiles lorsque le type de LED le plus efficace est combiné avec des options pour empêcher la fuite de lumière et qu'une attention particulière est accordée au choix du conduit de lumière et de son matériau. Ceci, à son tour, améliore la sécurité et améliore les temps de réponse de l'opérateur, car il peut voir clairement l'indicateur et reconnaître sa signification.

Enfin, la facilité d'installation peut être obtenue avec certaines options, telles qu'un conduit de lumière diffuse à profil bas avec un ajustement serré.

Comment un conduit de lumière efficace est-il conçu pour tirer parti des avantages potentiels dont nous venons de parler ? Il y a plusieurs aspects importants à considérer lors de la sélection d'une conception de conduit de lumière, et plus ces facteurs sont pris en compte tôt, plus la conception sera efficace.

Ce qui peut sembler être un choix simple, par exemple si une LED étroite est choisie, peut déclencher d'autres facteurs qui peuvent sérieusement contraindre les choix de conception ou compromettre gravement les performances du conduit de lumière.

Le type de conduit de lumière, sa géométrie et le matériau utilisé sont extrêmement importants dans la conception d'un indicateur lumineux HMI efficace.

La réfraction est un facteur majeur dans la géométrie du conduit de lumière, tout comme les concepts de réflexion et la surface disponible pour que la lumière se réfléchisse lorsqu'elle poursuit son voyage à travers le conduit de lumière. Dans certains cas, la surface extérieure du conduit de lumière peut devoir être peinte afin d'empêcher la lumière de s'échapper.

C'est également en partie la raison pour laquelle le choix du matériau du conduit de lumière est extrêmement important : le matériau affectera la façon dont la lumière se réfléchit et se réfracte.

Les matériaux typiques utilisés comprennent :

Notez que le choix du matériau est également influencé par l'environnement d'exploitation.

Le jeu de couleurs qui sera utilisé dans l'IHM est également tout aussi important. Ci-dessous, la figure 4 montre un schéma de couleurs standard pour les équipements industriels, et des schémas et icônes similaires existent pour d'autres types d'équipements et d'interfaces.

Pour des raisons de sécurité et d'efficacité, des questions doivent être posées sur l'angle de vision, en commençant par l'endroit où les opérateurs ou les utilisateurs seront généralement situés par rapport à l'interface. Par exemple, seront-ils assis près de l'équipement, le tenant à la main, debout sur un échafaudage ou peut-être allongés sur le sol ?

Le niveau d'intensité d'éclairage souhaité et l'uniformité de l'éclairage sont des facteurs pour l'utilisation efficace d'un conduit de lumière dans une IHM, comme illustré dans cette étude de cas pour un dispositif médical. Et gardez à l'esprit que l'éclairage ne dépend pas seulement du conduit de lumière utilisé mais également du type de LED sélectionné pour les voyants et de sa luminosité.

Il existe des catégories distinctes de LED montées sur PCB qui peuvent être utilisées avec des conduits de lumière. Les LED à montage en surface (SMD), comme leur nom l'indique, sont l'un des types de LED les plus couramment utilisés pour les conduits de lumière et peuvent fonctionner avec des options de conduit de lumière flexibles et rigides. Les LED traversantes sont des options de montage plus anciennes et nécessitent l'utilisation d'une machine à souder à la vague pour l'installation sur la carte PCB.

Il existe également des options à angle droit pour les LED SMD et traversantes. Quant au meilleur type de montage de LED, la réponse réside dans les exigences de conception technique.

Le type de surface utilisé avec le conduit de lumière a également un impact majeur sur la facilité d'utilisation d'une conception de conduit de lumière. Les surfaces disponibles incluent :

L'environnement dans lequel les conduits de lumière seront utilisés a un impact significatif sur la conception, devenant souvent le facteur décisif pour le type de matériau à utiliser.

Par exemple, les environnements extérieurs ou impliquant des niveaux d'humidité élevés nécessitent un conduit de lumière plus robuste, comme ceux avec des indices IP (Ingress Protection) ou NEMA (National Electrical Manufacturers Association) qui correspondent aux besoins d'un concepteur.

La température ambiante est également importante, y compris la température de stockage et de fonctionnement, car elle deviendra un facteur majeur dans le type de matériau utilisé.

Si l'IHM est utilisée dans un environnement soumis à de fortes vibrations ou si l'équipement sur lequel elle se trouve sera soumis à des charges d'impact, cela doit être pris en compte dès le début de la phase de conception. Ces problèmes d'environnement d'exploitation peuvent être atténués par des solutions mécaniques, des accessoires de conduit de lumière ou du matériel de montage supplémentaire.

Au début de la phase de conception, il est également important d'établir la distance entre la LED source et l'indicateur d'affichage et si cette distance est une ligne droite (et si ce n'est pas le cas, quel angle est impliqué).

Ces deux facteurs limiteront le type de conduit de lumière utilisé ainsi que d'autres caractéristiques. Gardez à l'esprit que plus la distance entre la LED et la position de l'indicateur sur l'IHM est courte et droite, plus il sera facile d'obtenir un transfert de lumière très efficace.

D'un autre côté, des distances plus longues peuvent nécessiter l'utilisation de LED à intensité plus élevée ou d'accessoires de conduit de lumière pour obtenir de bons résultats. Les angles impliqués contraignent également fortement le type de conduit de lumière, sa géométrie et les matériaux utilisés.

Les conduits de lumière sont une solution pour les voyants de l'IHM, améliorant la capacité de visualiser, de comprendre et d'interpréter rapidement leur signification. Il existe un grand nombre d'offres de produits de conduits de lumière standard pour répondre à la plupart des besoins, et ces choix et combinaisons peuvent rapidement devenir écrasants.

VCC est une option qui fournit une gamme de solutions d'indicateurs lumineux IHM. En raison de la nature souvent compliquée de la conception des conduits de lumière, ils offrent une assistance pour naviguer parmi les nombreuses options et caractéristiques, même sur un court laps de temps.

Certains des services de conception de conduits de lumière qu'ils incluent sont :

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