具有支撑件的人机界面设备的制作方法

本实用新型涉及人机界面领域，具体地，涉及一种具有支撑件的人机界面设备。

背景技术：

人机界面(HMI)设备广泛用于工业自动化控制系统中，用于在用户和工控设备之间实现信息交互。当前，越来越多的人机界面设备采用图形界面的交互方式，其中，人机界面设备连接至工控设备，并通过液晶屏向用户展现工控设备的运行状态；并且，人机界面设备可以经由触觉传感器接收用户的输入，并基于该输入控制工控设备。

通常，人机界面设备的覆盖层(overlay)、触摸板、液晶屏(LCD)等部件均被直接安装到前盖上，这使得前盖的结构十分复杂。为此，现有技术使用塑料模制方式形成具有特定安装结构的前盖。然而，在低温工况下或在安装期间，塑料前盖会发生变形，这会导致安装在其上的覆盖层产生起伏变形(bump)的问题，影响人机界面设备的触控效果和外观。虽然增加塑料的厚度或采用特殊原材料可以强化前盖，但这些方案会影响前盖的美观并增加成本。此外，现有技术还提出了使用铝材通过模铸方式形成前盖，虽然该方式可以解决覆盖层起伏变形的问题，但是模铸工艺十分复杂且需要后处理，导致成本陡升。此外，由于覆盖层、触摸板、液晶屏等均安装在前盖之上，导致对于人机界面设备的维修和更换变得困难。而且，由于这些功能性部件与前盖一起安装，导致难以针对用户的具体需求定制化地改变前盖的样式，还导致在多个不同的项目中重复使用多个功能性部件变得困难。

为此，本实用新型期望提供一种人机界面设备，使其能够克服现有技术中的若干问题，并能够以成本低廉的方式获得稳固的结构和良好的外观。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的一些问题，本实用新型提出了一种人机界面设备，包括触摸板，其接收触摸输入；液晶屏，其显示用户界面；前盖，其限定贯穿其中的窗口，覆盖层覆盖所述窗口并附接至所述前盖的前侧；以及支撑件，其限定贯穿其中的通孔，所述触摸板固定在所述支撑件的前侧，所述液晶屏与所述触摸板相对地固定至所述支撑件的后侧。特别地，固定有触摸板和液晶屏的支撑件被安装至所述前盖的后侧，使得所述液晶屏上的用户界面能够经由所述通孔、触摸板、窗口和覆盖层由用户可见。在此情况下，由于触摸板和液晶屏安装至支撑件而非前盖，可使得前盖结构简化，还有利于方便地拆除和更换前盖，使得对于人机界面设备维修易于进行。

可选地，所述支撑件的前侧设置前凹槽，所述前凹槽接收并且定位所述触摸板。可选地，所述支撑件的后侧设置后凹槽，所述后凹槽接收并且定位所述液晶屏。

优选地，所述前盖可以采用铝板通过数控切削加工形成。由此，前盖的结构得以增强，从而解决了前盖上的覆盖层起伏变形的问题，并使人机界面设备具有紧凑、美观的外观。

优选地，所述支撑件可以采用塑料通过模制加工形成。

优选地，所述前盖可拆卸地固定至所述支撑件的前侧。由此，当用户期望改变前盖的颜色、形状、样式等时，无需整体地替换人机界面设备，而只需拆除和更换前盖，从而易于实现定制化。

可选地，所述人机界面设备还包括后盖，所述后盖可拆卸地固定至所述支撑件的后侧，其中，电路板设置在所述后盖中，所述触摸板和所述液晶屏电连接至所述电路板。

在一种实施例中，所述前盖是工控设备的控制面板，所述控制面板限定贯穿其中的窗口，覆盖层覆盖所述窗口并附接至所述控制面板的前侧。特别的，固定有触摸板和液晶屏的支撑件从控制面板的后侧安装至所述控制面板，使得所述液晶屏上的用户界面能够经由所述窗口和所述覆盖层由用户可见。这一安装方式称为“背装配置”。

优选地，所述触摸板和所述控制面板可以大致平齐。由此，具有人机界面设备的控制面板可达到全平的效果，从而满足客户对控制面板整体外观设计的要求，并且还有利于防止灰尘和霉菌的积累，特别适用于医疗设备等对卫生环境有较高要求的场合。

可选地，固定有触摸板和液晶屏的支撑件通过背装部件安装至所述控制面板的后侧。进一步可选地，所述背装部件包括固定板和连接件，所述固定板从所述支撑件的前侧固定至所述支撑件，所述连接件将所述固定板连接至所述控制面板的后侧。

在本实用新型的另一方面，还提供了一种工控设备，其包括上文所述的人机界面设备。

附图说明

现参考附图，其中各图示的目的仅在于显示某些示例性的实施例，而不旨在对本实用新型进行限制。在各附图中，相同的附图标记表示相同或相应的部分，其中：

图1显示根据本实用新型的实施例的人机界面设备的分解透视图；

图2显示根据本实用新型的实施例的人机界面设备的包括触摸板、支撑件和液晶屏的模块的前视图；

图3显示图2中的模块的后视图，该模块安装至前盖的后方；

图4显示根据本实用新型的另一实施例的人机界面设备的部分的透视图。

附图标记

100 人机界面设备

10 前盖

11 窗口

12 覆盖层

20 触摸板

21 触摸板的连接线

30 支撑件

31 通孔

40 液晶屏

41 液晶屏的连接线

50 后盖

51 电路板

200 人机界面设备

60 背装部件

61 固定板

62 连接件

具体实施方式

在以下结合附图的详细描述中，除非另有说明，否则所使用的术语具有本领域的一般含义。术语“前侧”指相对更靠近用户的一侧，“后侧”指背离前侧并远离用户的一侧，它们及其类似用语仅用于方便描述各部件之间的位置关系，而不应理解为对本实用新型的范围的限制。

图1示出了根据本实用新型的实施例的人机界面设备100的分解状态透视图。如图1所示，人机界面设备100包括前盖10、触摸板20、支撑件30、液晶屏40和后盖50。支撑件30可以是模制而成的塑料件，其具有在其前侧和后侧之间贯穿的通孔31。并且，支撑件30的前侧和后侧上分别形成有用于接收和固定触摸板20和液晶屏40的固定结构，例如从支撑件的前侧或后侧表面上突出的用于卡住触摸板20或液晶屏40的突出部。图1示出用于固定触摸板20的突出部连续地延伸形成了限位凹槽，其可以接收触摸板20并阻止其相对于支撑件30移动。用于液晶屏40的固定结构也可以形成限位凹槽的形式(未示出)。如图1所示，在组装过程中，触摸板20从支撑件30的前侧固定到支撑件30上，而液晶屏40从支撑件30的后侧固定到支撑件30上。由此，触摸板20、支撑件30、液晶屏40一起形成模块M，该模块M可以作为整体被操作和安装。随后，将模块M布置在前盖10和后盖50之间并与二者对准，其中，可以利用螺钉将整体模块M分别固定至前盖10和后盖50，从而实现人机界面设备100的组装。

图2示出了根据本实用新型的实施例的模块M的前视图。如图所示，位于后侧的液晶屏40具有从其延伸出的连接线41，该连接线41用于连接至设置在后盖50内的电路板51，使得液晶屏40与电路板51传输信号和/或电力。由此，液晶屏40可以显示关于工控设备的运行状态的图形界面。如上所述，支撑件30的中间具有例如矩形的通孔31，并且位于前侧的触摸板20是透明的，因此，液晶屏40所显示的图形界面可以从模块M的前方被用户观察到。另外，触摸板20也具有从其延伸出的连接线21，该连接线21用于连接至电路板51，使得触摸板20可与电路板51传输信号和/或电力。由此，用户施加在触摸板20上的触觉输入可以转化为电信号，并被传输至电路板51中的控制器，从而对工控设备施加控制。

图3示出了根据本实用新型的实施例的模块M的后视图，其中，该整体化的模块M已经组装到前盖10上。在本实用新型中，组装好的整体的模块M可以作为整体被移动和安装至前盖10，而非如现有技术中那样分别安装至前盖。前盖10的周边设置有螺纹孔，相应地，支撑件30的周边上的对应位置设置有定位孔。当前盖10和支撑件30对准后，可以利用螺钉穿过支撑件30并接合至前盖10上的螺纹孔，从而将二者彼此固定。在本实用新型的实施例中，如图1更清楚所示，前盖10可以是大致矩形的框架结构，其中间开设有窗口11，用于允许液晶屏40所显示的图形界面由前方的用户观察到，并允许用户接触触摸板20而进行触摸输入。在此，为了提供对于触摸板20、液晶屏40等内部电子器件的保护，覆盖层12从前盖10的前侧粘接到前盖10之上，并且密封地包封该窗口11。特别地，覆盖层12可以设置为贴合至触摸板20之上以实现灵敏的触控，这要求触摸板20的外表面和前盖10的外表面设置为几乎平齐。此外，覆盖层11可以是透明的，并具有合适的挠性，以允许用户操作出触摸板20以及观察液晶屏40。

如上所述，由于触摸板20和液晶屏40均预先安装至支撑件30，而非直接固定至前盖10，因此，前盖10的结构可以设计得十分简单。在如图1所示的实施例中，前盖10被设计为简单的矩形框架结构。由此，可以采用数控(CNC)切削加工铝板来获得前盖10。切削加工工艺十分的简便且快捷，与铝材模铸相比具有更高的成本效益；并且，切削加工而成的铝制前盖10可以达到很高的尺寸精度和表面光洁度，具有良好的外观。此外，由于铝制的前盖10的强度相比塑料件而言显著增加，前盖10的结构更加稳固，由此，在组装过程中前盖10不会发生变形，这可以有效防止前盖10上的覆盖层11发生弯曲、脱离或碎裂，而且人机界面设备100可获得更高等级的防水性能。再者，由于铝制的前盖10强度高，无需如采用塑料时通过增加厚度而提高强度，因而可以使得人机界面设备100整体更薄。另外，由于铝制的前盖10的热膨胀系数相比塑料件而言很小，且与覆盖层11的热膨胀系数相当，因此在低温环境下使用该人机界面设备100时，不会引起覆盖层11的起伏变形，使得该人机界面设备100可以适用于低温使用环境中。

如图1所示，触摸板20、支撑件30、液晶屏40装配而成的整体模块M可以固定到后盖50上，例如，可以采用螺钉从后方穿过位于后盖50周边的孔，并且接合至位于支撑件30周边的螺纹孔。可选地，还可以设置螺钉从后方穿过后盖50和支撑件30而最终接合至位于前盖10周边的螺纹孔。需注意，用于装配本实用新型的人机界面设备100的各部件的具体方式不限于此处所列的实施例，本领域技术人员可根据具体应用选用通常和适用的安装和固定方式(例如螺栓连接、卡扣连接等)，这些选用不脱离本实用新型的范围。

在本实用新型中，由于触摸板20和液晶屏40安装至支撑件30而非直接固定至前盖10，仅仅覆盖层11附接至前盖10，这可以带来以下技术上的进步：

-前盖10(连同其上的覆盖层11)的拆除和更换并不会影响内部电子器件的结构和性能。在这一情况下，人机界面设备100的维修和检测将变得十分方便，特别是在需要维修触摸板20时，只需松开螺钉即可分离触摸板20和覆盖层11，无需使用工具从前盖10上拆除触摸板20，也无需从触摸板20上揭下和弃用覆盖层11。

-本实用新型的人机界面设备100可以十分方便地实现定制化。实践中，不同用户对于前盖10所呈现的颜色、形状和样式可能需求不同，同一用户也可能希望改变前盖10的外观。此时，对于本实用新型的人机界面设备100而言，只需拆除旧的前盖10，并将符合定制化要求的新的前盖10与原有的模块M重新安装，由此方便和低成本地实现对于前盖10的改变，而无需拆除触摸板20、支撑件30、液晶屏40等结构。而且，如上文所述，由于前盖10结构简单，对其进行重新设计和加工均是成本低廉的。

-在本实用新型的人机界面设备100中，由触摸板20、支撑件30、液晶屏40所组成的模块M可以独立于前盖10和后盖50被操作和使用，由此，可以方便地在不同的其它项目中重复利用同一整体模块M，这有助于降低新产品的开发周期，并显著降低成本。

图4示出了根据本实用新型的另一实施例的人机界面设备200的部分透视图，这一实施例的人机界面设备旨在从后方安装到工控设备的控制面板中。人机界面设备(如前述的人机界面设备100)通常采用“前装配置”，即，人机界面设备从控制面板的前面(暴露于外部环境的一侧)装入。在这一情况下，人机界面设备的前盖从面板表面突出而难以获得全平的外观。该突出的前盖容易积累灰尘和霉菌，从而增加了清理和维护的成本。

与此不同，如4所示的人机界面设备200可以采用“背装配置”安装至控制面板中，即，人机界面设备200可以从控制面板(未示出)的背面(在工控设备内部)装入控制面板中。图4所示的人机界面设备200不具有单独的前盖。相反，前盖可集成到控制面板之上，例如在控制面板上的相应位置开设窗口，并在窗口之上固定覆盖层。与前述图1中的实施例类似，人机界面设备200也包括触摸板20、支撑件30、液晶屏40，触摸板20和液晶屏40二者安装在支撑件30上并组成整体的模块M。并且，触摸板20和液晶屏40可分别电连接至位于电路板，该电路板可以设置在单独的后盖上，也可以设置在工控设备内部的合适位置。与前述实施例不同，支承件30的前侧并非直接固定至前盖，而是经由背装部件60连接至控制面板的内侧，以使得液晶屏40与控制面板上的窗口对准，并使得触摸板20与控制面板大致平齐。由此，可以利用工控设备的控制面板实现保护、观察和操作人机界面设备200的功能。特别地，由于该人机界面设备200从控制面板的背后装入，从而能够方便地设置控制面板和人机界面设备200的面板处于同一平面，从而达到全平的效果，满足客户对设备整体外观设计的要求。并且，由于人机界面设备200不突出到控制面板的外侧，这有利于防止灰尘和霉菌的积累，使得该人机界面设备200可适用于医疗设备等对卫生环境有较高要求的场合。

图4示出了用于安装模块M的背装部件60的具体实例，但应注意，背装部件60的结构可以根据人机界面设备200的具体安装环境由本领域技术人员具体选用，而不以图4所示的实例为限。图4所示的实施例仅用于说明性目的，其中，背装部件60包括固定板61和连接件62，固定板61是U形的，其具有中间框架和从中间框架的两个相对侧向后延伸的两个延伸臂，每个延伸臂上设置有多个定位孔。固定板61的中间框架可以经由多个螺钉安装至支撑件30。固定板61的延伸臂可以经由多个螺栓连接至连接件62，并借此将支撑件30(连同安装在其上的触摸板20、液晶屏40等)固定至控制面板上的合适位置。如图4所示，连接件62可以是L形的，其一个侧边可以经由螺钉连接至对应的延伸臂上，其另一个侧边可以经由螺钉固定至工控设备的控制面板的内侧。在此，通过设置固定板61、连接件62的尺寸和/或螺钉位置，可以将人机界面设备200安装在工控设备的控制面板上的合适位置，例如将人机界面设备200设置在相对于控制面板的合适深度位置，使得触摸板20与控制面板大致平齐，方便用户触控操作。

上文已经详细描述了用于实现本实用新型的某些最佳实施例和其他实施例，但应理解，这些实施例的作用仅在于举例，而不在于以任何方式限制本实用新型的范围、适用或构造。本实用新型的保护范围由所附权利要求及其等同方式限定。本领域技术人员可以在本实用新型的教导下对前述各实施例作出诸多改变，这些改变均落入本实用新型的保护范围。