Rakúsky výrobca zariadení Vescon vyvinul riešenia na výrobu moderných LED svetlometov pre závod známeho dodávateľa automobilového priemyslu na Slovensku. Dôraz sa kládol na efektívnu manipuláciu, správne vykonanie časovo kritických výrobných krokov a nepretržitú dosledovateľnosť. Na palube aj špecialisti z centra Technic and Application Center spoločnosti Festo, ktorí poskytli manipuláciu pripravenú na inštaláciu.
Odkedy sa prvé motorové „vozy“ preháňali po uliciach a cestách, sa toho v oblasti svetelnej techniky veľa zmenilo. Na začiatku automobilovej histórie sa bežne pripevnili na boku alebo na kapote lampióny, ktoré boli neskôr nahradené elektrickými žiarovkami. V prípade lampiónov boli zdrojom svetla väčšinou karbidové lampy.
V roku 1908 bolo skonštruované ďalšie zariadenie. Princíp spočíval v tom, že Bowdenovým lankom sa ovládala páka, ktorá odklonila plynový plameň tak, aby nebol v ohnisku reflektora. Asi o 100 rokov neskôr vyzerá svet úplne inak. Je plný svetla. V dnešnej dobe ste s novými technológiami a výkonnými LED žiarovkami doslova „svetelné roky“ vpred. To si však vyžaduje inovatívne, čiastočne alebo plne automatizované výrobné zariadenia, aby sa zaručila nevyhnutná presnosť na výrobu týchto citlivých častí vozidla. To je úloha skúsených konštruktérov v spoločnosti Vescon.
Spoločnosť Vescon Systemtechnik GmbH sídli v Gleisdorfe neďaleko Grazu. Realizuje sa tu množstvo rôznych projektov od automatizačnej a procesnej techniky po energetiku a vývoj softvéru. Jedným z týchto premyslených automatizačných a procesných riešení, ktoré bolo špeciálne vyrobené pre slovenský závod dodávateľa automobilového priemyslu ZKW Group, sa používa na výrobu LED svetlometu. Je to svetelný LED modul, ktorý zabraňuje oslepeniu ostatných účastníkov cestnej premávky a zároveň optimálne osvetľuje jazdný pruh. Využíva sa pri tom takzvané „maticové usporiadanie“ LED diód a možnosť stlmenia jednotlivých segmentov LED diód.
Naproti alebo vpredu idúce vozidlá sa detegujú pomocou vizuálnych snímačov a segmenty sa selektívne zapínajú alebo vypínajú podľa premávky. Vďaka prispôsobeným prechodom medzi svetelnými podmienkami má vodič vozovku osvetlenú homogénne, optimalizovane a bez toho, že by dochádzalo k náhlej zmene svetla, ako je to pri prechode z diaľkových svetiel na stretávacie. Oči vodiča sa tak môžu ľahšie prispôsobiť novému nastaveniu svetla. Z hľadiska bezpečnosti je tu aj ďalšia výhoda, keďže ostatné okolie zostáva jasne osvetlené diaľkovými svetlami.
Pri konštruovaní bolo treba brať do úvahy výrobné procesy, napríklad náročné nanášanie dvojzložkovej tepelne vodivej pasty. Christoph Legat, projektový manažér spoločnosti Vescon Systemtechnik GmbH, hovorí: „Pasta tvrdne veľmi rýchlo. Už pri konštruovaní sme museli dbať na to, aby sme neprekročili takzvaný čas spracovateľnosti. To znamená, ako dlho je možné pracovať s aktívnym materiálom. V tomto prípade išlo o to, ako dlho je možné umiestňovať LED komponenty do pasty, kým príliš nevytvrdne.“
Tepelne vodivá pasta bola potrebná preto, lebo výkonné LED diódy produkujú teplo, ktoré sa musí odvádzať. V hotovom module svetlometov sa nachádzajú aj malé ventilátory, ktoré slúžia na to, aby sa teplo odviedlo do prednej časti svetlometu, čo podporuje odstránenie ľadu zo svetlometu. „Je dôležité skontrolovať, či bolo na všetky potrebné povrchy nanesené správne množstvo tepelne vodivej pasty, lebo inak by mohlo dôjsť k prehriatiu. To bola pre toto zariadenie nepochybne jedna z najnáročnejších požiadaviek,“ hovorí projektový manažér Legat.
Druhou, technicky zvlášť náročnou oblasťou montáže svetlometov, je nitovanie za tepla. Pri ňom sa pri presne nastavenej teplote upraví plastový výčnelok tak, že vznikne hlavička nitu. Christoph Legat pokračuje: „Hlavička nitu sa nachádza na reflektore a musí reflektor a plošnú dosku absolútne stabilne a bezpečne držať na chladiacom telese. Nitovanie musí byť také presné, aby nemohla vzniknúť medzera, ktorá by spôsobila pohyb komponentov počas záverečnej vibračnej skúšky alebo pri skutočnom použití, pretože v najhoršom prípade by to mohlo počas jazdy ovplyvniť svetelný obrazec.“
Zákazník sa rozhodol pre čiastočne automatizované riešenie, pri ktorom stále pomáha niekoľko pracovníkov. V tomto prípade to umožnilo väčšiu flexibilitu s nižšími investíciami a zároveň mohol výrobca ľahšie zohľadniť rôzne komponenty alebo varianty produktu. Napriek zapojeniu pracovníkov je celý systém krok za krokom monitorovaný kontrolérom. Nadradená databáza spravuje všetky údaje o produkte a informácie o výrobnom procese každého svetlometu. Každý svetlomet je preto možné na konci výrobného procesu presne vysledovať.
V prvom kroku pracovník vezme teleso svetlometu a umiestni ho do prvej spracovateľskej stanice. Potom vyberie typ alebo variant, ktorý sa má vyrobiť. „Názorným príkladom je svetlomet určený pre vozidlo, ktoré sa bude používať na iných, teda mimoeurópskych trhoch. Používajú sa tu trochu iné moduly smeroviek, pretože podľa miestnych právnych predpisov treba prepínať medzi smerovkami a dennými svetlami,“ vysvetľuje Legat.
Každý pracovník pracuje na dvoch až troch montážnych staniciach, zatiaľ čo aretovacie valce pridržiavajú obrobky. Ich úlohou však nie je len pridržanie, ale aj odovzdanie komponentu, keď sa správne vykonajú všetky potrebné kroky spracovania. Pracovník umiestňuje rôzne komponenty, až kým svetlomet nepríde k prvej plne automatizovanej spracovateľskej stanici, v ktorej sa aplikuje tepelne vodivá pasta. V tomto štádiu už svetlomet obsahuje všetky káble, systém nastavenia a modul diaľkových svetiel. Teraz preberá úlohu trojosový manipulačný systém, ktorý dodali špecialisti centra Festo Technic and Application Center priamo k zariadeniu Vescon, do ktorého sa dal hneď namontovať.
Základnými osami sú dve osi s ozubeným remeňom typu EGC-120 so zdvihom 250 mm, synchronizované pomocou spojovacieho hriadeľa a s priestorovo úsporným uhlovým prevodom. Os y je určená pre veľké záťaže a je vybavená robustným dvojitým vedením. Je to os typu EGC-HD-160-TB. Elektrický minisuport EGSL-BS-75 so zdvihom 100 mm (pohon vretena s presným vedením s guľôčkovou klietkou) vykonáva svoju prácu v smere z. Všetky osi sú vybavené balíkmi servopohonu. Ako kontroléry sa využívajú tri prémiové kontroléry motora typu CMMP-M3 s rozhraním Profibus a bezpečnostným modulom. Všetko ako čiastkový systém skonštruovala, zmontovala a dodala spoločnosť Festo s funkčnou zárukou vrátane dokumentácie.
Manipulácia pripravená na inštaláciu zaručuje rovnomerné nanášanie dvojzložkovej tepelne vodivej pasty.
Pracovník vloží chladiace teleso (s otvormi na pripevnenie reflektorov) do stanice, kde sa pomocou manipulačnej jednotky Festo úplne automaticky nanáša tepelne vodivá pasta na obidve strany. Manipulačná jednotka privedie dávkovací systém 2K vždy na správnu dráhu a na správne miesto. V ďalšom kroku sa do pasty umiestni doska s plošnými spojmi s piatimi LED diódami na chladiacom telese. Nasleduje aplikácia reflektorov, na ktorých sa nachádzajú vodiace kolíky pre optimálne umiestnenie. Potom pracovník odoberie celé chladiace teleso a prenesie ho do ďalšej stanice, kde ďalšia manipulačná jednotka od spoločnosti Festo pohybuje nástrojmi na výrobu hlavičiek nitov.
Používajú sa tu dve osi s ozubeným remeňom typu EGC-80 s vodiacimi suportmi, synchronizované pomocou spojovacieho hriadeľa, s priestorovo úsporným uhlovým prevodom (os x). Okrem nich je tu aj os pre veľké záťaže s robustným dvojitým vedením EGC-HD-160-BS (os y) a prírubovým prevodom typu PLFN. Všetky osi sú vybavené balíkmi servopohonu s viacotáčkovými enkodérmi.
Projektový manažér Legat je nadšený z riešení manipulácie pripravených na inštaláciu: „Zadali sme iba parametre, definovali záťaže a dráhy alebo cesty, ktoré sa majú prejsť, a už sme v súvislosti s touto časťou zariadenia nemuseli na nič myslieť. To nám výrazne uľahčilo prácu, rovnako ako použitie CAD údajov o manipulačnej jednotke, ktoré nám dala spoločnosť Festo k dispozícii pre konštrukciu celého zariadenia.“
Nástroje na výrobu hlavičiek nitov namontované na manipulačnej jednotke sa dodávajú ako posledný prvok valcov ADN ovládaných cez VTUG. Pred nitovaním sa pomocou vysielačov polohy SMAT umiestnených na valcoch skontroluje dĺžka kolíka na reflektoroch a správna koncová poloha. Ak je dĺžka kolíka správna, jeho vyčnievajúci koniec sa pomocou nástrojov na výrobu hlavičiek nitov a pôsobením tepla vytvaruje do hlavičky. Takto vznikajú trvalé spojenia, ktoré držia citlivé jednotlivé časti na mieste počas celej životnosti vozidla. Teraz pracovník odoberie a vmontuje do svetlometu hotový komponent pozostávajúci z chladiaceho telesa, dosky s plošnými spojmi a nitovaných reflektorov.
Aby sa skontrolovalo, či sú komponenty bezpečne vsadené, svetlomet prechádza do testovacej stanice, kde sa pod modul pomocou pneumatických otočných a zdvíhacích pohonov privedú háky, a potom sa ťahom skontroluje, či je všetko bezpečne vsadené. Potom svetlomet pokračuje do stanice na nastavenie svetla. Obsluha umiestni svetlomet na otočný tanier. Svetlomet sa upne a tanier sa natočí do pracovnej polohy. Kontrolujú sa kontakty svetlometu a pomocou kamier sa preveria rôzne svetelné obrazce a modul smeroviek. Ďalej sa tu kontroluje správna poloha svetelného modulu a nastavuje sa na ideálnu úroveň ako v autodielni.
Potom sa nainštalujú dizajnové panely, ktoré skryjú celú techniku, a vonkajšia priehľadná šošovka (predná časť svetlometu) sa nalepí do lepiaceho článku pomocou tavného lepidla bez silikónu. Tento proces si vyžaduje presné načasovanie, pretože diely je možné optimálne spojiť lepidlom iba v určitom časovom okamihu. Po predhriatí, aby sa znížilo povrchové napätie, a po nanesení lepidla zalisuje robot šošovku do telesa svetlometu. Potom sa testuje tesnosť svetlometu. Ak je všetko v poriadku, ďalší inovatívny svetelný zdroj je pripravený na cestu okolo sveta.