Austriacki producent urządzeń Vescon opracował rozwiązania do produkcji nowoczesnych reflektorów samochodowych LED dla zakładu znanego dostawcy samochodów na Słowacji. Skupiono się na wydajnych systemach manipulacyjnych, prawidłowym przetwarzaniu krytycznych pod względem czasu etapów produkcji oraz na pełnej identyfikowalności. Część zespołu stanowili specjaliści z Centrum Aplikacyjnego Festo, którzy zajmowali się systemami handlingowymi wg specjalnych wymagań klientów.
Od czasu, gdy na drogi wyjechały pierwsze zmotoryzowane "powozy", w dziedzinie techniki oświetleniowej wiele się zmieniło. U zarania historii motoryzacji normą było posiadanie lamp albo zamontowanych z boku pojazdu, albo na masce. Później zostały one zastąpione przez światła sterowane elektrycznie. W przypadku lamp można było dosłownie określić je mianem "punktów ogniowych", pochodzących od źródła światła, najczęściej acetylenowych lamp płomieniowych, które rzeczywiście się paliły.
Urządzenia do przełączania z wiązki głównej na niską zostały zaprojektowane w 1908 roku: Za pomocą cięgna Bowdena można było obsługiwać dźwignię, która przesuwała płomień gazu z punktu ogniowego reflektora. Świat wygląda zupełnie inaczej mniej więcej sto lat później - "i była światłość". Dzięki nowym technologiom i mocnym lampom LED, w dzisiejszych czasach jesteśmy, w pełnym tego słowa znaczeniu, "lata świetlne" do przodu. Wymaga to jednak innowacyjnych, półautomatycznych lub w pełni zautomatyzowanych systemów produkcyjnych, aby zagwarantować precyzję niezbędną do produkcji tych wrażliwych części pojazdów. Było to zadanie dla doświadczonych inżynierów zakładu w Vescon.
Vescon Systemtechnik GmbH ma siedzibę w Gleisdorfie, niedaleko Grazu. Tutaj realizujemy najróżniejsze projekty, od automatyzacji i inżynierii procesowej po technologie energetyczne i rozwój oprogramowania. Jedno z tych zaawansowanych rozwiązań w zakresie automatyzacji i inżynierii procesowej, zbudowane specjalnie dla słowackiego zakładu dostawcy motoryzacyjnego ZKW Group, jest wykorzystywane do produkcji reflektora typu full-LED. Rozwiązaniem jest moduł świetlny LED, który dzięki "matrycowemu ułożeniu" diod i możliwości zanurzania poszczególnych segmentów LED unika oślepiania innych użytkowników drogi, a jednocześnie zapewnia dobrą widoczność drogi przed sobą.
Czujniki optyczne identyfikują obecność nadjeżdżającego ruchu lub pojazdów przed nami, a segmenty są selektywnie włączane lub wyłączane, w zależności od warunków ruchu. Dzięki skoordynowanym przejściom między scenariuszami świetlnymi kierowca może cieszyć się jednorodnym i optymalnym oświetleniem drogi, bez nagłej zmiany światła, do której przywykliśmy przy przełączaniu ze świateł drogowych na mijania. Oczy kierowcy mogą łatwiej dostosować się do nowego ustawienia światła. Stanowi to plus bezpieczeństwa czynnego, ponieważ reszta otoczenia pozostaje dobrze oświetlona przez główną wiązkę światła.
W projekcie należało uwzględnić takie procesy jak trudne nakładanie dwuskładnikowej pasty termoprzewodzącej. Christoph Legat, kierownik projektu w Vescon Systemtechnik GmbH: "Pasta bardzo szybko się utwardza. Na etapie projektowania musieliśmy zapewnić, że proces nie spowoduje przekroczenia tzw. pot life. To określa, jak długo można przetwarzać materiał reaktywny lub, jak w tym przypadku, jak długo można ponownie umieścić elementy LED w paście, zanim materiał zbytnio stwardnieje."
Pasta termiczna jest tutaj niezbędna, ponieważ mocne diody LED wytwarzają ciepło, które musi zostać odprowadzone. W przypadku gotowych modułów reflektorów dodatkowe małe wentylatory zapewniają również przekierowanie ciepła w kierunku przedniej części reflektora, co wspomaga odmrażanie reflektora. "Ważne jest, aby sprawdzić, czy pasta termiczna została nałożona na wszystkie pożądane powierzchnie w odpowiedniej dawce, ponieważ w przeciwnym razie w niektórych miejscach może dojść do przegrzania. Było to niewątpliwie jedno ze szczególnych wyzwań tej instalacji" - mówi Project Manager Legat.
Drugim, szczególnie trudnym technicznie elementem systemu montażu reflektorów jest nitowanie na gorąco. W tym procesie plastikowa kopuła jest odkształcana za pomocą precyzyjnie regulowanej temperatury, tak aby powstał łeb nitu. Christoph Legat: "Ten łeb nitu jest osadzony na odbłyśniku i musi utrzymywać go oraz płytkę PCB na radiatorze absolutnie stabilnie i bezpiecznie. Nitowanie musi być tak precyzyjne, aby nie było żadnej szczeliny, która mogłaby spowodować chybotanie się elementów podczas końcowego testu wstrząsowego lub podczas rzeczywistego użytkowania, ponieważ w najgorszym przypadku mogłoby to wpłynąć na oświetlenie podczas jazdy."
Klient zdecydował się na rozwiązanie półautomatyczne, w którym bierze udział kilku operatorów. W tym przypadku pozwoliło to z jednej strony na większą elastyczność przy niższej inwestycji, a z drugiej strony producent może łatwiej uwzględniać różne komponenty lub warianty produktów. Pomimo ręcznej manipulacji, cały system jest monitorowany krok po kroku przez system sterowania. Baza danych zarządza wszystkimi danymi o produktach i informacjami o procesie produkcji każdego reflektora. Dzięki temu każdy reflektor jest dokładnie identyfikowalny po zakończeniu procesu produkcji.
W pierwszym kroku operator zdejmuje obudowę reflektora i umieszcza ją w pierwszej stacji obróbki. Następnie wybiera typ lub wariant, który ma być produkowany. "Dobrym przykładem jest reflektor przeznaczony do pojazdu eksportowanego na inne, pozaeuropejskie rynki. W niektórych przypadkach stosuje się tu inne moduły kierunkowskazów, ponieważ lokalne przepisy prawne wymagają przełączania między kierunkowskazami a światłami do jazdy dziennej" - wyjaśnia Legat.
Każdy operator pracuje na dwóch do trzech różnych stanowiskach montażowych, a siłowniki blokujące zapewniają dobre przytrzymanie obrabianych elementów. Jednak nie tylko mocują one element na miejscu, ale także umożliwiają jego usunięcie dopiero po prawidłowym przeprowadzeniu wszystkich niezbędnych etapów obróbki. Operator umieszcza w ten sposób różne komponenty i towarzyszy reflektorowi do pierwszej w pełni zautomatyzowanej stacji obróbki - nakładania pasty przewodzącej ciepło. W tym miejscu reflektor posiada już całe okablowanie, system regulacji i moduł świateł drogowych. Obecnie stosowany jest trzyosiowy systemhandlingowy, który został dostarczony przez specjalistów z Centrum Aplikacyjnego Festo w stanie gotowym do zainstalowania bezpośrednio w systemie Vescon.
Podstawowe napędy to dwie osie z paskiem zębatym typu EGC-120 o skoku 250 mm, zsynchronizowane za pomocą wałka łączącego i z oszczędzającą miejsce przekładnią kątową. Oś Y jest osią o dużej wytrzymałości z napędem o dużym obciążeniu EGC-HD-160-TB. W kierunku osi Z wykonuje swoją pracę mini napęd EGSL-BS-75 o skoku 100 mm. Wszystkie osie są wyposażone w pakiety napędów serwo.. Rolę sterowników pełnią trzy wysokiej klasy sterowniki silników typu CMMP-M3 z interfejsem Profibus i modułem bezpieczeństwa. Wszystko razem zostało zaprojektowane i zbudowane przez Festo jako podsystem i dostarczone z gwarancją funkcjonalności - wraz z dokumentacją.
System handlingowy dostarczany w stanie gotowym do montażu zapewnia równomierne nanoszenie dwuskładnikowej pasty przewodzącej ciepło.
Operator umieszcza radiator (z otworami do umieszczenia reflektorów) w stacji, a pasta termiczna jest nakładana w pełni automatycznie po obu stronach za pomocą systemu handlingowego Festo. Dzięki temu system dozowania 2K zawsze znajduje się dokładnie we właściwym miejscu, na właściwym torze. Kolejnym krokiem jest umieszczenie płytki z pięcioma diodami LED na radiatorze w paście. Następnie nakładane są odblaski, na których znajdują się kołki prowadzące do optymalnego pozycjonowania. Po wykonaniu tych czynności operator wyjmuje kompletny radiator i przenosi go do następnej stacji, gdzie inny system handlingowy Festo zapewnia ruch narzędzi głowicy nitującej.
W tym przypadku zastosowano dwie osie z paskiem zębatym typu EGC-80 z prowadnicami, zsynchronizowane za pomocą wałka łączącego z zajmującą niewiele miejsca przekładnią kątową (oś X). Także wytrzymały napęd do dużych obciążeń typu EGC-HD-160-BS (oś Y), jak również przekładnia kołnierzowa typu PLFN. Wszystkie osie są wyposażone w pakiety napędów serwo z enkoderami wieloobrotowymi.
Project Manager Legat jest zachwycony rozwiązaniami handlingowymi gotowymi do zainstalowania: "Podaliśmy tylko szczegóły dotyczące wymaganych charakterystyk, określiliśmy obciążenia i ścieżki lub tory, które musiały być pokonane, a potem nie musieliśmy już więcej zastanawiać się nad tą częścią. To bardzo uprościło naszą pracę, podobnie jak możliwość wykorzystania danych CAD systemu handlingowego, które dostarczyła nam firma Festo, do zaprojektowania całego systemu."
Narzędzia z głowicami nitów zamontowane na jednostce manipulacyjnej są podawane na ostatni element przez siłowniki ADN sterowane przez VTUG. Kontrola długości trzpienia na reflektorach przed nitowaniem oraz prawidłowej pozycji końcowej odbywa się za pomocą czujników położenia SMAT umieszczonych na siłownikach. Jeśli trzpienie mają odpowiednią długość, wystające końce są termicznie przekształcane w łby nitów przez odpowiednie narzędzia. W ten sposób powstają trwałe połączenia, które utrzymują wrażliwe pojedyncze części na miejscu przez cały okres eksploatacji pojazdu. Teraz gotowy element, składający się z radiatora, płytki drukowanej i przynitowanych odbłyśników, jest wyjmowany przez operatora i montowany w reflektorze.
W celu sprawdzenia prawidłowego spasowania elementów, reflektor trafia na stanowisko testowe pull-out, gdzie za pomocą pneumatycznych obrotowych napędów podnoszących przesuwane są zaczepy pod modułem, aby następnie sprawdzić jego szczelność poprzez pociągnięcie. Następnie trafia do stacji regulacji światła. Operator umieszcza reflektor na stole obrotowym. Reflektor jest zaciskany, a płyta obracana do pozycji roboczej. Następnie podłącza się reflektor i testuje różne tryby oświetlenia oraz moduł kierunkowskazów za pomocą kamer. Ponadto sprawdzana jest tutaj prawidłowa pozycja modułu świetlnego i - podobnie jak w warsztacie samochodowym - ustawiana na idealnym poziomie.
Następnie montowane są panele ozdobne, które ukrywają całą technologię, a w komórce klejenia przyklejane są zewnętrzne, przezroczyste soczewki z przodu reflektora za pomocą bezsilikonowego kleju na gorąco. Jest to proces krytyczny pod względem czasowym, ponieważ części mogą być optymalnie połączone klejem tylko w określonym przedziale czasu. Po wstępnym podgrzaniu w celu zmniejszenia napięcia powierzchniowego i nałożeniu kleju, robot dociska soczewkę do obudowy reflektora. Następnie przeprowadzany jest test szczelności reflektora. Jeśli to się uda, kolejny innowacyjny nośnik światła będzie mógł wyruszyć w podróż po świecie.