一种触控显示器测试触控精准度的系统研究

王松滨

（1．中航华东光电有限公司，安徽 芜湖 241002；2．国家企业技术中心，安徽 芜湖 241002）

0 引言

随着触控屏技术和人机交互方式的进步，当人手指作为触摸标记的感应式输入时，其接触屏幕上的图形应用，屏幕上的触觉反馈系统可以根据预先开发的应用程序驱动各种连接设备，从而取代机械式按键导光面板输入，并借助显示画面响应预设的交互功能，进而提高触控灵敏度和准确度，使人机交互采用触控方式逐渐广泛地应用到各种机载显示器设备上。为了保证触控显示器在触控时反馈平面位置坐标的精准度评价的客观性，需要提出一种自动化水平较高的触控精准度测试系统，用触控仿真、量化计算的方式对人机交互方式触控显示器产品触控精准度进行有效评估。

1 触控精准度测试系统

目的：测试触摸传感器和模块相对其目标位置报告触摸位置的接近程度（偏差量）。

原理：利用机械臂系统的物理平面坐标精度去评价触摸显示器触摸位置的偏差量。

机械臂系统搭载直径合适的触摸探头（模拟人的手指触摸面积，例如ø5、ø6、ø7和ø8等）。测试系统应跨越整个触控区域并沿X，Y方向均匀分布，示例如图1所示。

在图1中，P（m，n）为平均拟合测试点（X、Y方向上分别拟合的坐标数量点，每个拟合点触控测试采集不少于5次）。

拟合网格坐标计算如公式（1）[2]所示。

式中：d为水平和垂直方向平均拟合测试点的均匀间距。Xbest、Ybest是通过距离的导数等于0等到的，如公式（2）[2]所示。

对每个目标网格点（i，j）来说，通过上、下提升触控探头来收集P次触摸得到的报告，以触摸坐标。定义目标坐标和平均报告坐标的距离为精准度，示例如图2所示。

在图2中，P（m，n）i，j为触摸探头在某个P（i，j）目标网点，点击P点K次（5次）分别得到K次坐标1、2、3、4和5，根据公式（3）计算得到平均报告坐标

目标坐标与平均报告坐标的标准偏差的最大值为评估触控显示器的精度，如公式（4）所示。

式中：i、j和k为目标点位（i，j）报告的第k个数据；P为目标点报告的数目（1、2、3、4和5）；为测试点平均报告坐标；Acci,j为目标坐标与平均报告坐标的偏差距离。

触控精度测试系统框架图如图3所示。

机械机构的工作原理如下：机械臂和可放置触摸传感器的平台如图4所示，机械臂和平台是可以调整的，以保证触控探头可以在触摸屏上任意移动。

在测试中，有3种定位关系，即目标坐标、实际坐标和报告坐标。目标坐标是在触控屏表面参考固定基准下拟合平面坐标系上的测试点坐标。实际坐标是参考同样固定基准下测试中触摸的实际位置，由于触控探头的安放误差，因此其与目标坐标有差别。报告坐标是触摸控制器报告的坐标位置。

测试时应将待测触摸屏放置在平台上并连接到电气接口，选定相应直径的触控探头连接到机械臂上，然后标定触摸屏和测试平台的坐标位置，以消除因基准坐标漂移而导致实际触摸点位与目标点位之间的偏差。

该系统由3个模块（机械臂、触控探头、触摸测试控制系统）实现测试和评价触控显示器产品的触控精度的功能。

1.1 机械臂模块

主机通过网络接口RJ45连接机械臂控制器运动[3]。

硬件：机械臂（ER3B-C10）是由机械本体组成的，机械本体由底座部分、大臂、小臂部分以及手腕部件等6 个部件组成。控制位移精度为0.1 mm，角度精度为0.1°。机械臂加载触控探头方式如图5所示。

坐标系统管理：为了保证机械臂运动的准确度，引入坐标系统控制，该坐标系可以确定触控探头和触控显示器的触控坐标位置。

控制设计：利用Delphi开发工具在机械臂控制器中预设被触控屏上拟合预触控测试的网络点（水平方向和垂直方向各i、j个点）[4]；通过RJ45网口Modbus数据传输协议标准，机械臂控制器作为客户端（TCP Server），利用TclientSocket组件[5]控制发送、接收数据，即主机控制模块发送目标运动命令，机械臂被驱动后将数据反馈给主机，主机将数据解析成为坐标数据并被记录、计算。

1.2 触控探头

触控探头用来仿真手指点击触控显示器表面，机械臂将实时的触摸头坐标数据反馈给测试系统。

触控探头分为伸缩支架和触摸头（定位机构控制精度为±0.1 mm，角度精度为±0.1 °），如图6所示。

1.3 触摸测试控制系统

触控测试系统主要包括主控工控机箱（IPC-610MB-30LDE）、主板（AIMB-701G2-CTA1）、256 G固态硬盘、CPU（I5-2400）、8 G内存、2路RJ45网口、用于触控反馈收集的RS232和RS422串行、64位Windows 7操作系统以及Delphi开发软件等，控制流程如图7所示。

主控测试软件具备以下功能：1）校准模块。使触控测试系统的测试范围与触控屏的报告坐标范围相匹配。2）机械臂控制模块。触控测试系统将根据被测试的触控显示器的面板尺寸拟合测试控制坐标网点P（m，n），将网点的坐标数据解析为控制位移指令，通过网口发送给机械臂控制系统，控制机械臂运动至拟合坐标点位。3）物理坐标模块。接收网口反馈的机械臂的当前坐标数据，并将其解析为物理坐标数据，告知触控测试系统触头的当前坐标位置。4）触控报告坐标模块。接收被测试的触控显示器通信端口报告的触控坐标位置，将其解析为报告坐标数据并反馈给触控测试系统。5）数据处理模块。分析测试结果，根据公式计算目标坐标与平均报告坐标数据的偏差量，从而得到触控精准度。

硬件：主控计算机工控机（IPC-610MB-30LDE）。主机根据测试时机要求，利用Delphi开发工具的串口控件（SPComm）实现串口读取测试时触控显示器反馈的触控坐标数据的功能。

2 测试

为了保证测试机构的精度要求，采用高精度激光跟踪仪对用于机械臂（ER3B-C10）的触控探头的最大移动范围（600 mm×400 mm）进行监测，从而验证触控实际坐标精度和重复偏差度。

机械臂带动触控探头的最大移动轨迹（图8），重复逆时针采集（5次）触控探头的坐标精度误差和重复误差。

测得最大重复误差和最大精度误差见表1，最大重复误差为0.026 mm，最大精度误差为0.173 mm，可以判断该机械臂坐标系统精度满足做为触控测试的精度要求，可以评测触控显示器的触摸精准度。

表1 对机械机构误差测量结果

3 结果与分析

根据触控显示器技术要求，给机械臂安装ø5 mm（近似手指触控面积）的触控探头，该触控精准度测试系统对SENSOR-15.4型触控显示器精准度进行测试，把显示的前面板按水平和垂直方向尺寸分别拟合成9×9平均网点，设定每个拟合网点触控5 次，系统坐标反馈测试坐标结果。经过重复5 次测试并综合触控精准度偏差计算，结果见表2。

测试对该型号触控显示器的触控精准度，对每个拟合点进行5次触控测试，经过计算可以得知被测触控显示器样品的触控精准度最大值为3.274 mm，满足不大于4 mm的要求。精准度测量的偏离度为1.7%，可以满足触控位置精准度小于2%的客观评估要求。

4 结论

对交互式触控显示器的触控精准度测试系统进行测试和验证，证明了该系统可以用于触控精准度测量，其克服了检测人员无法手动对触控产品手动进行重复精准测控、测试数据量大、分析容易出错以及无法量化触控精准测试结果等主观问题。该测试系统是控制机械臂带动触摸探头与触控显示器进行交互仿真的，实现了精准度检测的功能，可以完全替代人工测量，还可以准确地对触控显示器的触摸精准度指标进行评价。