Austrijski proizvođač sustava Vescon razvio je rješenja za proizvodnju modernih LED automobilskih svjetala za tvornicu poznatog dobavljača za automobilsku industriju u Slovačkoj. Fokus je bio na učinkovitom rukovanju, ispravnoj obradi vremenski kritičnih koraka proizvodnje i kontinuiranoj sljedivosti. Dio tima činili su stručnjaci Festova tehničko-aplikacijskog centra koji su se brinuli o sustavima rukovanja po sustavu ključ u ruke.
Mnogo se toga promijenilo u području tehnike rasvjete otkako su se na cesti pojavile prve motorizirane "kočije". Na početku automobilske povijesti bilo je normalno postaviti svjetiljke na bočnu stranu vozila ili na haubu, koje su poslije zamijenjene električnim svjetlima. Kad je riječ o svjetiljkama, moglo bi ih se nazvati doslovce "žarišnim točkama" i izvesti izravno iz izvora svjetlosti koji je stvarno gorio – uglavnom karbidnih lampi.
Oprema za prebacivanje s dugog na kratka svjetla dizajnirana je 1908.: s pomoću Bowdenova kabela bilo je moguće upravljati polugom koja je prebacivala plamen plina sa žarišne točke reflektora. Otprilike 100 godina poslije svijet izgleda potpuno drukčije – "i neka bude svjetlost". S novim tehnologijama i moćnim LED svjetiljkama ovih smo dana, u punom smislu riječi, "svjetlosne godine" ispred. To je, međutim, zahtijevalo inovativne, djelomično ili potpuno automatizirane proizvodne sustave kako bi se jamčila preciznost potrebna za proizvodnju ovih osjetljivih dijelova vozila. Zadatak za iskusne proizvođače sustava u Vesconu.
Vescon Systemtechnik GmbH ima sjedište u Gleisdorfu, blizu Graza. Ovdje se provodi širok raspon projekata, od automatizacije i procesnog inženjeringa do elektroenergetike i razvoja softvera. Jedno od tih sofisticiranih rješenja za automatizaciju i procesno inženjerstvo koje je razvijeno posebno za slovačku tvornicu dobavljača ZKW Group upotrebljava se za proizvodnju LED prednjih svjetala. Riječ je o LED svjetlosnom modulu koji sprečava zasljepljivanje drugih sudionika u prometu zahvaljujući "matričnom rasporedu" LED dioda i mogućnošću zatamljenja pojedinačnih LED segmenata, a istodobno osigurava optimalno osvijetljen trak.
Vizualni senzori prepoznaju prisutnost nadolazećih vozila ili vozila ispred, a segmenti se selektivno uključuju ili isključuju, ovisno o prometnim uvjetima. Koordinirani prijelazi između scenarija osvjetljenja znače da vozač uživa u homogenom i optimiziranom osvjetljenju ceste, bez one promjene svjetla na koju smo navikli pri prebacivanju s dugog na kratka svjetla. Zahvaljujući tomu vozačeve se oči mogu lakše prilagoditi novom svjetlu. To je prednost u području sigurnosti jer je okolina i dalje osvijetljena dugim svjetlima.
Tijekom projektiranja morali su se uzeti u obzir procesi kao što je zahtjevno nanošenje dvokomponentne termalne paste. Christoph Legat, voditelj projekta u Vescon Systemtechnik GmbH: "Pasta se jako brzo stvrdnjava. Stoga smo tijekom projektiranja morali paziti da ne premašimo takozvani životni ciklus, odnosno vrijeme koliko se dugo reaktivni materijal može obrađivati, ili – u ovom slučaju – koliko dugo LED komponente mogu biti u pasti prije nego što se materijal previše stvrdne."
Ovdje se rabi termalna pasta jer snažne LED diode proizvode toplinu koju je potrebno raspršiti. Uz gotove module prednjih svjetala, dodatni mali ventilatori osiguravaju preusmjeravanje topline prema prednjem dijelu prednjeg svjetla, što pridonosi svojstvima odleđivanja i odmrzavanja prednjeg svjetla. "Važno je provjeriti je li točna količina termalne paste nanesena na sve potrebne površine jer u suprotnom u pojedinim područjima može doći do pregrijavanja. To je bez sumnje jedan od glavnih izazova s kojima smo se susreli kad je riječ o ovom sustavu", kaže voditelj projekta Legat.
Drugi, tehnički posebno izazovan dio sustava sklopa prednjih svjetala je vruće zakivanje. Plastična kupola se deformira s pomoću precizno namještene temperature tako da se stvara glava zakovice. Christoph Legat: "Ta glava zakovice nalazi se na reflektoru i mora održavati njega i ploču na rashladnom elementu apsolutno stabilnima i sigurnima. Zakivanje mora biti toliko precizno da ne može nastati razmak koji bi mogao uzrokovati ljuljanje komponenti tijekom naknadnog ispitivanja vibracijama ili u stvarnoj uporabi jer bi to u najgorem slučaju moglo utjecati na osvjetljenje tijekom vožnje."
Kupac se odlučio za djelomično automatizirano rješenje u kojem još pomaže nekoliko operatera. U ovom slučaju, to je s jedne strane omogućilo veću fleksibilnost uz manja ulaganja, a s druge strane proizvođaču je olakšalo uzimanje u obzir različitih komponenti ili verzija proizvoda. Unatoč ručnoj manipulaciji cijeli sustav na svakom koraku prati kontroler. Baza podataka više razine upravlja svim podacima o proizvodu i informacijama o proizvodnom procesu svakog prednjeg svjetla. Stoga se svaki far može precizno pratiti na kraju proizvodnog procesa.
U prvom koraku operater uklanja kućište prednjeg svjetla i postavlja ga u prvu stanicu za obradu. Zatim odabire vrstu ili varijantu koju je potrebno proizvesti. "Dobar primjer je prednje svjetlo koje je namijenjeno vozilu koje se izvozi na druga, neeuropska tržišta. U nekim se slučajevima ovdje upotrebljavaju i drugi moduli pokazivača smjera jer lokalni zakonski propisi podrazumijevaju da je potrebno prebacivanje između pokazivača smjera i dnevnih svjetala", objašnjava Legat.
Svaki operater radi na dvije do tri različite montažne postaje, dok cilindri za zaključavanje osiguravaju sigurno držanje radnih komada. Oni ih fiksiraju na mjestu, ali i oslobađaju komponentu kako bi je se moglo ukloniti tek nakon što su svi potrebni koraci obrade pravilno izvedeni. Operater postavlja različite komponente i prati prednje svjetlo do prve potpuno automatizirane stanice za obradu – nanošenje termalne paste. Nakon što dosegne ovaj položaj, prednje svjetlo je već posve ožičeno i opremljeno sustavom za namještanje i modulom dugog svjetla. Sada se postavlja sustav rukovanja s tri osovine spreman za ugradnju koji su stručnjaci iz tehničko-aplikacijskog centra Festo isporučili u sustav poduzeća Vescon.
Osnovne osi su dvije osi zupčastog remena tipa EGC-120 s hodom od 250 mm, sinkronizirane preko spojne osovine i s kutnim pogonom koji štedi prostor. Y-os je os tipa EGC-HD-160-TB za teške uvjete rada s čvrstom dvostrukom vodilicom. U smjeru z tu je električni klizač EGSL-BS-75 s hodom od 100 mm (pogon vretena s preciznom vodilicom kugličnog ležaja). Sve su osovine opremljene paketima servopogona. Kao kontroleri djeluju tri vrhunska kontrolera motora tipa CMMP-M3 s Profibus sučeljem i sigurnosnim modulom. Festo je projektirao i izradio sve kao podsustav te isporučio s jamstvom izvedbe i dokumentacijom.
Sustav rukovanja spreman za ugradnju osigurava ravnomjerno nanošenje dvokomponentne toplinski termalne paste.
Operater postavlja rashladni element (s rupama za umetanje reflektora) u stanicu, a termalna pasta obostrano se nanosi potpuno automatski uz pomoć Festo sustava rukovanja. Uvijek dovodi 2K sustav doziranja pravom trakom na točno pravo mjesto. U sljedećem koraku tiskana pločica s pet LED svjetala postavlja se u pastu na rashladni element. Zatim se postavljaju reflektori koji imaju vodilice kako bi se osiguralo optimalno pozicioniranje. Nakon što je to obavljeno, operater uklanja cijeli rashladni element i odvodi ga do sljedeće stanice, gdje drugi sustav za rukovanje Festo pomiče alate za zakovice.
Ovdje se rabe dvije osi zupčastog remena, tip EGC-80, s vodilicama, sinkronizirane preko spojne osovine, s kutnim pogonom koji štedi prostor (x-os). Tu je i os tip EGC-HD-160-BS za teške uvjete rada s čvrstom dvostrukim vodilicom (y-os) i prirubničkim zupčanikom tipa PLFN. Sve su osovine opremljene paketima servopogona s višeokretnim enkoderima.
Voditelj projekta Legat oduševljen je rješenjima sustava rukovanja spremnima za ugradnju: "Dali smo samo detalje o potrebnim karakteristikama, definirali opterećenja i putove ili staze kojima treba proći i više nismo morali razmišljati o ovom dijelu sustava. To nam je znatno olakšalo rad, kao i mogućnost upotrebe CAD podataka sustava rukovanja koje nam je Festo stavio na raspolaganje za dizajn cijelog sustava."
Alati za zakovice montirani na sustavu rukovanja pomiču ADN cilindre kojima upravlja VTUG. Duljina klinova na reflektorima prije zakivanja i ispravan krajnji položaj provjeravaju se s pomoću SMAT odašiljača položaja na cilindrima. Ako duljina klina odgovara, njegov se izbočeni kraj termički oblikuje u glave zakovice s pomoću alata za zakovice. To stvara trajne veze koje drže osjetljive sastavne dijelove na mjestu tijekom cijelog radnog vijeka automobila. Sada gotovu komponentu, koja se sastoji od rashladnog elementa, sklopne ploče i zakovanih reflektora, operater uklanja i ugrađuje u prednje svjetlo.
Kako bi se provjerilo čvrst dosjed komponenti, prednje svjetlo dolazi u ispitnu stanicu za vlačno ispitivanje, gdje se kuke pomiču ispod modula s pomoću pneumatskih rotacijsko-podiznih pogona, a zatim se povlače kako bi se provjerilo jesu li čvrsto postavljene. Zatim odlazi na stanicu za namještanje svjetla. Operater postavlja prednje svjetlo na okretnu ploču. Prednje svjetlo je zategnuto, a okretna ploča zakrenuta u radni položaj. Zatim se prednja svjetla spajaju i razni scenariji osvjetljenja i modul pokazivača testiraju se s pomoću kamera. Osim toga, ovdje se provjerava ispravan položaj modula svjetla i – kao u autoservisu – namješta se na idealnu razinu.
Zatim se postavljaju dizajnerske ploče koje skrivaju svu tehnologiju, a vanjska, prozirna leća (prednji dio prednjeg svjetla) lijepi se u ljepljivoj ćeliji s pomoću vrućeg ljepila bez silikona. Ovo je vremenski kritičan proces jer se dijelovi mogu optimalno zalijepiti samo tijekom određenog razdoblja. Nakon predgrijavanja radi smanjenja površinske napetosti i nanošenja ljepila robot utiskuje leću zajedno s kućištem prednjeg svjetla. Zatim se na prednjem svjetlu provodi ispitivanje nepropusnosti. Ako svjetlo prođe ovaj završni test, još jedan inovativni "svjetlonoša" spreman je krenuti na svoje putovanje oko svijeta.