Consideraciones para el uso de conductos de luz para mejorar el diseño de HMI

En general, las HMI tendrán tres características: fáciles de ver, fáciles de entender e intuitivas.

Por estas razones, los indicadores luminosos (Figura 1) se usan comúnmente para proporcionar a los operadores la información necesaria para usar el equipo de manera segura y efectiva. Una forma confiable y eficiente de transmitir luz a estos indicadores es mediante el uso de tubos de luz.

Si bien existen varias formas de configurar indicadores luminosos para HMI, los conductos de luz (tanto flexibles como rígidos) son una opción muy popular entre los ingenieros. Hay varias ventajas al usarlos, pero estas ventajas se basan en la consideración cuidadosa de factores críticos como la geometría de la tubería de luz, el material utilizado, el ángulo de visión, el entorno operativo y otros. Cuando se tienen en cuenta al principio del diseño, estos factores marcarán la diferencia en la eficacia de un indicador luminoso para una HMI.

Los tubos de luz son varillas de plástico transparente (ya sea flexibles o rígidas) que se utilizan para transmitir luz de manera eficiente desde un LED (normalmente en una placa de circuito impreso) a una interfaz de usuario con una pérdida mínima de intensidad de luz. Sin embargo, los conductos de luz son solo una opción para proporcionar un indicador para las HMI.

Otras opciones incluyen:

Los indicadores LED de montaje en panel son una unidad que consta de un LED contenido dentro de una carcasa montada directamente en el panel HMI.

Por lo general, las pantallas LED están diseñadas para dispositivos pequeños y livianos que suelen ser portátiles e incluyen pantallas iluminadas de siete segmentos y pantallas LED táctiles capacitivas.

Como su nombre lo indica, los indicadores de la placa de circuito son LED montados directamente en la placa de circuito y ofrecen un montaje fácil y una buena flexibilidad de diseño.

Antes de entrar en detalles sobre los tubos de luz, es importante diferenciar los tubos de luz, las guías de luz y los difusores de luz.

Con eso aclarado, veamos los dos tipos básicos de tubos de luz: flexibles y rígidos.

Los tubos de luz flexibles, como los que se muestran en la Figura 2, están hechos de fibra de policarbonato y pueden transmitir luz alrededor de espacios reducidos y esquinas, y lo hacen con una pérdida mínima de intensidad de luz.

También se adhieren de forma segura a la fuente de luz LED y transportan la luz a una distancia considerable (aunque las distancias más largas conducirán a una mayor pérdida de energía). Además, los tubos de luz flexibles brindan a los ingenieros de diseño mucha más libertad y un buen control sobre la óptica.

Los tubos de luz rígidos, como los que se muestran en la Figura 3, son varillas de polímero que se utilizan para transmitir luz cuando la distancia entre la fuente de luz LED de la PCB y el panel de control es relativamente corta.

Además de transmitir la luz a lo largo de una línea recta, también existen geometrías personalizadas que permitirán que la luz se transmita en otros ángulos. Sin embargo, la luz solo seguirá estos tubos rígidos no lineales hasta cierto punto.

Los beneficios de los tubos ligeros rígidos incluyen un costo más bajo que sus contrapartes flexibles; los inconvenientes son las restricciones en la longitud y la menor flexibilidad de diseño.

Según el diseño del dispositivo, el LED elegido, el material utilizado para el tubo de luz y su diseño (que se analizará en la siguiente sección), los tubos de luz pueden ofrecer varias ventajas cuando se usan para indicadores HMI, que incluyen:

Los tubos de luz se pueden utilizar para una gama extremadamente amplia de aplicaciones HMI. Se utilizan comúnmente como luces indicadoras críticas en maquinaria donde el ángulo de visión y el color son vitales para la operación correcta y la seguridad de los operadores. Las opciones críticas de diseño para los indicadores de luz HMI incluyen factores como el color del LED, los esquemas de color y las características de visualización, solo por nombrar algunos.

Los tubos de luz son rentables y, cuando se diseñan correctamente, proporcionan un medio fiable para transmitir la luz al usuario de forma muy eficaz.

El sangrado de luz (o pérdida de luz) ocurre cuando la luz se escapa a algún otro lugar que no sea el punto de salida deseado. El sangrado de luz puede provocar varios problemas, como un brillo en la interfaz donde no debería haberlo, los colores de los LED brillan entre sí o se mezclan y (probablemente lo más peligroso para las HMI) lecturas falsas.

Una combinación del LED correcto, un tubo de luz bien diseñado y una distancia optimizada entre el LED y el punto indicador puede minimizar la posibilidad de fuga de luz.

Los tubos de luz cuidadosamente diseñados también pueden lograr una señalización muy eficaz incluso en entornos difíciles cuando el tipo de LED más eficaz se combina con opciones para evitar el sangrado de luz y se presta especial atención a la elección del tubo de luz y su material. Esto, a su vez, conduce a una mayor seguridad y mejores tiempos de respuesta del operador porque pueden ver claramente el indicador y reconocer su significado.

Finalmente, la facilidad de instalación se puede lograr con ciertas opciones, como un tubo de luz difusa de bajo perfil con ajuste a presión.

¿Cómo se diseña un tubo de luz efectivo que pueda aprovechar los beneficios potenciales que se acaban de discutir? Hay varios aspectos importantes que se deben considerar al seleccionar un diseño de tubería de luz, y cuanto antes se aborden estos factores, más efectivo será el diseño.

Lo que puede parecer una elección simple, como elegir un LED angosto, puede desencadenar otros factores que pueden limitar seriamente las opciones de diseño o comprometer gravemente el rendimiento del tubo de luz.

El tipo de tubo de luz, su geometría y el material utilizado son extremadamente importantes en el diseño de un indicador luminoso HMI eficaz.

La refracción es un factor importante en la geometría del tubo de luz, al igual que los conceptos de reflexión y el área de superficie disponible para que la luz se refleje mientras continúa su viaje a través del tubo de luz. En algunos casos, es posible que sea necesario pintar la superficie exterior del tubo de luz para evitar que la luz se escape.

Esto también es parte de la razón por la que la elección del material del tubo de luz es extremadamente importante: el material afectará la forma en que se refleja y refracta la luz.

Los materiales típicos utilizados incluyen:

Tenga en cuenta que la elección del material también está influenciada por el entorno operativo.

El esquema de color que se utilizará en la HMI también es igualmente importante. A continuación, la Figura 4 muestra un esquema de colores estándar para equipos industriales, y existen esquemas e íconos similares para otros tipos de equipos e interfaces.

Por razones de seguridad y eficacia, se deben hacer preguntas sobre el ángulo de visión, comenzando por dónde se ubicarán normalmente los operadores o usuarios en relación con la interfaz. Por ejemplo, ¿estarán sentados cerca del equipo, sosteniéndolo en la mano, de pie sobre un andamio o tal vez acostados en el suelo?

El nivel deseado de intensidad de iluminación y la uniformidad de la iluminación son factores para el uso efectivo de un tubo de luz en una HMI, como se ilustra en este estudio de caso para un dispositivo médico. Y ten en cuenta que la iluminación no depende solo del tubo de luz utilizado, sino también del tipo de LED seleccionado para las luces indicadoras y su brillo.

Hay distintas categorías de LED montados en PCB que se pueden usar con tubos de luz. Los LED de montaje en superficie (SMD), como su nombre lo indica, son uno de los tipos de LED más utilizados para tubos de luz y pueden funcionar con opciones de tubos de luz rígidos y flexibles. Los LED de orificio pasante son opciones de montaje más antiguas y requieren el uso de una máquina de soldadura por ola para la instalación en la placa PCB.

También hay opciones de ángulo recto para SMD y LED de orificio pasante. En cuanto a qué tipo de montaje de LED es mejor, la respuesta se encuentra en los requisitos de diseño de ingeniería.

El tipo de superficie utilizada con el tubo de luz también tiene un impacto importante en la usabilidad de un diseño de tubo de luz. Las superficies disponibles incluyen:

El entorno en el que se utilizarán los tubos de luz influye significativamente en el diseño, y a menudo se convierte en el factor decisivo para el tipo de material que se utilizará.

Por ejemplo, los entornos que están al aire libre o involucran altos niveles de humedad requieren un tubo de luz más resistente, como aquellos con clasificación IP (Protección de entrada) o NEMA (Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos) que están alineados con las necesidades del diseñador.

La temperatura ambiental también es importante, incluidas la temperatura de almacenamiento y funcionamiento, ya que se convertirá en un factor importante en el tipo de material utilizado.

Si la HMI se usa en un entorno de alta vibración o si el equipo en el que se encuentra estará sujeto a cargas de impacto, eso debe tenerse en cuenta al principio de la fase de diseño. Dichos problemas del entorno operativo se pueden mitigar mediante soluciones mecánicas, accesorios de tubería de luz o hardware de montaje adicional.

Al principio de la fase de diseño, también es importante establecer la distancia desde el LED fuente hasta el indicador de la pantalla y si esa distancia es una línea recta (y si no lo es, qué ángulo está involucrado).

Ambos factores limitarán el tipo de tubo de luz utilizado, así como otras características. Tenga en cuenta que cuanto más corta y recta sea la distancia desde el LED hasta la posición del indicador en la HMI, más fácil será lograr una transferencia de luz altamente eficiente.

Por otro lado, las distancias más largas pueden requerir el uso de LED de mayor intensidad o accesorios de tubos de luz para lograr buenos resultados. Los ángulos involucrados también limitan en gran medida el tipo de tubo de luz, su geometría y los materiales utilizados.

Los tubos de luz son una solución para las luces indicadoras de HMI, que mejoran la capacidad de ver, comprender e interpretar rápidamente su significado. Hay una gran cantidad de ofertas de productos de tubos de luz estándar para satisfacer la mayoría de las necesidades, y estas opciones y combinaciones pueden volverse abrumadoras rápidamente.

VCC es una opción que proporciona una gama de soluciones de indicadores luminosos HMI. Debido a la naturaleza a menudo complicada del diseño de conductos de luz, ofrecen apoyo para navegar por las numerosas opciones y características, incluso en un plazo breve.

Algunos de los servicios de diseño de conductos de luz que incluyen son:

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