LED it be

Inbouwklare handlingsystemen

De Oostenrijkse installatiebouwer Vescon ontwikkelde oplossingen voor de productie van moderne LED-autokoplampen voor de fabriek van een bekende toeleverancier voor de auto-industrie in Slowakije. De focus lag op efficiënte handling, correcte uitvoering van tijdkritische productiestappen en end-to-end traceerbaarheid. Ook aan boord: de specialisten van Festo's Technic and Applicationcenter, die inbouwklare handlingsystemen leverden.

Sinds de eerste gemotoriseerde "koetsen" over wegen en paden rolden, is er veel gebeurd op het gebied van lichttechniek. In het begin van de autogeschiedenis waren lantaarns aan de zijkant of op de motorkap gebruikelijk; deze werden later vervangen door elektrisch bediende lampen. Bij de lantaarns kon de term "brandpunt" nog letterlijk worden opgevat en direct worden afgeleid van een werkelijk brandende lichtbron - meestal carbidlampen.

In 1908 werd een extra dimsysteem gebouwd: Met behulp van een bowdenkabel kon een hendel worden bediend die de gasvlam uit het brandpunt van de reflector verschoof. Zo'n 100 jaar later ziet de wereld er heel anders uit – het "werd" licht. Met nieuwe technologieën en krachtige LED-lichtbronnen zijn we tegenwoordig letterlijk lichtjaren vooruit. Hiervoor zijn echter innovatieve, geheel of gedeeltelijk geautomatiseerde productiesystemen nodig om de noodzakelijke precisie voor de productie van deze kwetsbare onderdelen van een voertuig te garanderen. Een taak voor de ervaren installatiebouwers van Vescon.

De montage-installatie voor koplampen.

Optimaal verlichte weg zonder verblinding

Vescon Systemtechnik GmbH is gevestigd in Gleisdorf, bij Graz. Hier realiseren we uiteenlopende projecten, van automatisering en procestechniek tot energietechnologie en softwareontwikkeling. Een van deze geavanceerde automatiserings- en procestechnische oplossingen, die speciaal is gebouwd voor een Slowaakse fabriek van de toeleverancier van de ZKW Group, wordt gebruikt voor de productie van een full-LED-hoofdlamp. Het gaat hierbij om een LED-lichtmodule die door middel van een zogenaamde "matrixopstelling" van de LED's en de mogelijkheid om afzonderlijke LED-segmenten te dimmen, voorkomt dat andere weggebruikers verblind worden en toch een optimaal verlichte rijweg garandeert.

Visuele sensoren detecteren tegemoetkomende of vooruitrijdende voertuigen en schakelen de segmenten selectief in of uit afhankelijk van het verkeer. Gecoördineerde overgangen tussen de lichtscenario's zorgen voor een homogene en optimale verlichting van de weg voor de automobilist, zonder de plotselinge lichtveranderingen zoals we die kennen bij het schakelen van groot- naar dimlicht. Daardoor kunnen de ogen van de bestuurder zich ook gemakkelijker aanpassen aan de nieuwe lichtinstelling. Dit is een actieve veiligheidswinst, omdat de rest van de omgeving helder verlicht blijft door het grootlicht.

Precies op tijd

Bij het ontwerp moest rekening worden gehouden met processen zoals de moeilijk aan te brengen warmtegeleidende tweecomponentenpasta. Christoph Legat, projectmanager bij Vescon Systemtechnik GmbH: "De pasta heeft zeer snelle uithardingseigenschappen. Daarom moesten we er al tijdens de constructie voor zorgen dat de zogenaamde "top-tijd" niet wordt overschreden. Deze tijd geeft aan hoe lang een reactief materiaal kan worden verwerkt, of - in dit geval - hoe lang de LED-componenten in de pasta kunnen worden geplaatst voordat het materiaal te sterk is uitgehard."

De warmtegeleidende pasta is hier nodig omdat krachtige LED's warmte produceren die moet worden afgevoerd. In de afgewerkte koplampmodule zorgen extra kleine ventilatoren ervoor dat de warmte naar de voorkant van de koplamp wordt geleid, wat ook het ontdooiingsgedrag van de koplamp ondersteunt. "Het is belangrijk om te controleren of de warmtegeleidende pasta daadwerkelijk in de juiste dosering op alle gewenste oppervlakken is aangebracht, omdat anders op sommige plaatsen oververhitting kan optreden. Dit was ongetwijfeld een van de bijzondere uitdagingen van deze installatie", aldus projectmanager Legat.

Exact geklonken

Een tweede, technisch bijzonder uitdagend onderdeel van het koplampsysteem is het zogenaamde "heet klinken". Hierbij wordt een kunststofkoepel door middel van een nauwkeurig ingestelde temperatuur zodanig vervormd dat er een klinknagelkop ontstaat. Christoph Legat: "Deze klinknagelkop zit op de reflector en moet deze en de bestukte printplaat op het koellichaam absoluut stabiel en veilig vasthouden. Klinken moet zo precies gebeuren dat er geen spleet kan ontstaan waardoor de componenten kunnen gaan wiebelen tijdens de laatste triltest of tijdens het echte gebruik, want in het ergste geval kan dit het lichtbeeld tijdens de rit beïnvloeden."

Perfect afgestemde oplossing

De klant heeft gekozen voor een gedeeltelijk geautomatiseerde oplossing waarbij nog steeds meerdere operators betrokken zijn. Hierdoor werd enerzijds een grotere flexibiliteit en een lagere investering mogelijk en anderzijds kan de fabrikant gemakkelijker rekening houden met verschillende componenten of productvarianten. Ondanks de handmatige manipulatie wordt het hele systeem stap voor stap bewaakt door een besturing. Een overkoepelende database beheert alle productgegevens en informatie over het productieproces van elke koplamp. Elke koplamp kan dus aan het einde van het productieproces exact worden getraceerd.

In de eerste stap verwijdert de operator de koplampbehuizing en plaatst deze in het eerste bewerkingsstation. Vervolgens kiest hij het type of de variant die geproduceerd moet worden. "Een levendig voorbeeld is een koplamp die gemaakt wordt voor voertuigen voor andere, d.w.z. niet-Europese markten. In sommige gevallen worden hier andere knipperlichtmodules gebruikt omdat de lokale wettelijke voorschriften eisen dat er tussen de knipperlichten en het dagrijlicht moet worden geschakeld", legt Legat uit.

Mens en machine

Elke operator werkt op twee tot drie verschillende montagestations, terwijl de vergrendelingscilinders ervoor zorgen dat de werkstukken stevig op hun plaats worden gehouden. Deze zetten echter niet alleen het onderdeel vast, maar geven het ook pas vrij voor verwijdering nadat alle noodzakelijke verwerkingsstappen correct zijn uitgevoerd. De operator plaatst dus verschillende onderdelen en begeleidt de koplamp tot aan het eerste volledig geautomatiseerde verwerkingsstation – het aanbrengen van de warmtegeleidende pasta. Eenmaal hier beschikt de koplamp al over de volledige bekabeling, het verstelsysteem en de grootlichtmodule. Er wordt nu een drie-assig handlingsysteem gebruikt, dat door de specialisten van het Festo Technic and Application Centre direct en inbouwklaar aan de Vescon-installatie is geleverd.

Eén handling – één partner

De basisassen zijn twee tandriemassen van het type EGC-120 met een slag van 250 mm, gesynchroniseerd via een verbindingsas en met een plaatsbesparende haakse tandwieloverbrenging. De y-as is een heavy-duty as met robuuste dubbele geleiding van het type EGC-HD-160-TB. Een elektroslede EGSL-BS-75 met een slag van 100 mm (spindelaandrijving met precieze kogelkooigeleiding) voert zijn taak uit in de z-richting. Alle assen zijn uitgerust met servoaandrijfpakketten. Drie Premium motorcontrollers van het type CMMP-M3 met Profibus-interface en veiligheidsmodule fungeren als controller. Alles samen werd door Festo ontworpen en gebouwd als een subsysteem en geleverd met een functionele garantie – documentatie inbegrepen.

Een inbouwklaar handlingsysteemzorgt voor een gelijkmatige aanbrenging van de warmtegeleidende 2-componentenpaste.

Vescon-handlingsysteem

Warmtegeleidende pasta op bestukte printplaat

De operator plaatst het koellichaam (met boorgaten voor de opname van de reflectoren) in het station en de warmtegeleidende pasta wordt aan beide zijden volautomatisch aangebracht met behulp van het handlingsysteem van Festo. Het brengt het 2C-doseersysteem altijd precies op de juiste plaats in het juiste spoor. In de volgende stap wordt de bestukte printplaat met de vijf LED's op het koellichaam in de pasta geplaatst. Daarna worden de reflectoren aangebracht, waarop geleidingsstiften zijn geplaatst voor een optimale positionering. Zodra dit gedaan is, verwijdert de operator het volledige koellichaam en brengt het naar het volgende station, waar een ander Festo-handlingsysteem zorgt voor de beweging van de klinknagelkopgereedschappen.

Hier worden twee tandriemassen van het type EGC-80 met geleidingsslede gesynchroniseerd via een verbindingsas, waarbij een plaatsbesparende haakse tandwieloverbrenging wordt gebruikt (x-as). Daarnaast een heavy-duty as met robuuste dubbele geleiding van het type EGC-HD-160-BS (y-as) en een flensaandrijving van het type PLFN. Alle assen zijn uitgerust met servoaandrijfpakketten en multiturn-encoders.

Projectleider Legat is enthousiast over de inbouwklare handlingoplossingen: "We hoefden alleen nog maar de karakteristieke gegevens aan te leveren, de belastingen en de trajecten of sporen te definiëren die moeten worden verplaatst, en over dit deel van de installatie hoefden we ons helemaal geen zorgen meer te maken. Dit maakt het werk veel gemakkelijker, wat ook geldt voor het gebruik van de CAD-gegevens voor de handlingsystemen, die Festo ons voor de constructie van de hele installatie ter beschikking heeft gesteld."

Klinknagels

De klinknagelkopgereedschappen die op de handling zijn gemonteerd, worden door VTUG-aangestuurde ADN-cilinders naar het laatste stuk gevoerd. De controle van de stiftlengte aan de reflectoren voor het klinken en de juiste eindpositie wordt gedaan door middel van SMAT-positietransmitters die zich op de cilinders bevinden. Als de lengte van de stift past, wordt het uitstekende uiteinde ervan door de klinknagelkopgereedschappen thermisch vervormd tot klinknagelkoppen. Hierdoor ontstaan permanente verbindingen die de kwetsbare afzonderlijke onderdelen gedurende de gehele levensduur van het voertuig op hun plaats houden. Nu wordt het afgewerkte onderdeel, bestaande uit koellichaam, schakelbord en de geklonken reflectoren, door de operator verwijderd en in de koplamp gemonteerd.

Uittrektest

Om te testen of de onderdelen goed vastzitten, wordt de koplamp naar het uittrek-teststation gebracht, waar met pneumatische draai-hefaandrijvingen haken onder de module worden geplaatst en vervolgens door te trekken wordt getest of ze goed vastzitten. Vervolgens worden de onderdelen naar het lichtinstelstation gebracht. De operator plaatst de koplamp op een draaiplaat. De koplamp wordt vastgeklemd en de draaiplaat wordt in de werkpositie gezwenkt. Vervolgens kan de koplamp worden aangesloten en kunnen de meest uiteenlopende lichtpatronen en de knipperlichtmodule met behulp van camera's worden gecontroleerd. Bovendien wordt hier de juiste positie van de lichtmodule gecontroleerd en op het ideale niveau ingesteld – net als in een autowerkplaats.

Laatste stappen

Vervolgens worden de designpanelen gemonteerd, die de gehele technologie afdekken, en in een lijmcel wordt de buitenste, transparante lens (voorkant van de koplamp) met behulp van siliconenvrije warm-smelt-lijm vastgelijmd. Dit is een tijdkritisch proces, omdat de onderdelen pas binnen een bepaald tijdsbestek optimaal met de lijm kunnen worden verbonden. Na het voorverwarmen om de oppervlaktespanning te verlagen en het aanbrengen van de lijm, drukt een robot de lens in de koplampbehuizing. De koplamp wordt vervolgens onderworpen aan een lektest. Als hij voor deze test slaagt, kan weer een innovatieve lichtbrenger zijn reis door de wereld beginnen.

VESCON Systemtechnik GmbH

Industriestraße 1
8200 Albersdorf-Prebuch
Oostenrijk

www.vescon.com

  1. Dit artikel verscheen in het Oostenrijkse klantenmagazine van Festo trends in automation 3.2015
  2. Foto's: GM Company / Vescon
Overzicht