Австрійський завод-виробник Vescon розробив рішення для виробництва сучасних світлодіодних автомобільних фар для заводу відомого автомобільного постачальника в Словаччині. Основна увага була зосереджена на ефективній системі переміщення, правильній обробці критичних за часом етапів виробництва та безперервному відстеженні. До складу команди увійшли спеціалісти з Технічно-прикладного центру Festo, які забезпечили готові до встановлення системи переміщення.
З тих пір, як на вулицях з'явилися перші оснащені двигуном "карети", у галузі світлотехніки багато що змінилося. На початку історії автомобілів було нормальним, щоб підсвітлення встановлювалося збоку або на капоті. Пізніше його замінили електричними лампочками. До лампочок можна застосувати термін "точки загоряння", бо вони є похідними від фактичного джерела світла, зазвичай карбідних ламп, які насправді горять.
Обладнання для переходу з дальнього світла на ближнє було розроблено в 1908 році: за допомогою кабель Боудена, можна було керувати важелем, який переміщував газове полум'я з фокусної точки відбивача. Приблизно через 100 років світ виглядає зовсім по-іншому – "з’явилося світло". Завдяки новим технологіям і потужним світлодіодним лампам, сьогодні ми буквально "світлові роки" попереду. Однак для цього потрібні інноваційні частково або повністю автоматизовані виробничі системи, щоб гарантувати точність, необхідну для виробництва цих чутливих деталей автомобіля. Це було завданням для досвідчених інженерів заводу Vescon.
Компанія Vescon Systemtechnik GmbH знаходиться в Глайсдорфі, поблизу Ґраца. Тут компанія реалізує широкий спектр проектів від автоматизації та технологічної інженерії до енергетичних технологій та розробки програмного забезпечення. Одне з цих складних рішень з автоматизації та інженерних процесів, розроблених спеціально для словацького заводу автомобільного постачальника ZKW Group, використовується для виробництва повноцінних світлодіодних фар. Рішенням був світлодіодний освітлювальний модуль, який не засліплює інших учасників дорожнього руху завдяки "матричному розташуванню" світлодіодів і можливості затемнення окремих світлодіодних сегментів, водночас забезпечуючи оптимальне освітлення дороги попереду.
Візуальні давачі визначають наявність зустрічного руху або транспортних засобів попереду, а сегменти вибірково вмикаються або вимикаються залежно від умов руху. Скоординовані переходи між сценаріями освітлення призводять до однорідного та оптимізованого освітлення дороги для водія без раптової зміни освітлення, до якої ми звикли при перемиканні з дальнього світла на ближнє. Це також дозволяє очам водія легше пристосуватися до нового освітлення. Це є плюсом активної безпеки, оскільки інше оточення залишається яскраво освітленим дальнім світлом.
При розробці необхідно було врахувати такі процеси, як складне нанесення двокомпонентної термопасти. Крістоф Легат, керівник проекту в Vescon Systemtechnik GmbH: "Паста має дуже швидкі властивості застигання. Тому на етапі розробки ми повинні були переконатися, що процес не призведе до перевищення так званого терміну придатності. Це визначає, як довго можна обробляти реактивний матеріал або, як у цьому випадку, як довго можна переміщати світлодіодні компоненти в пасту, перш ніж матеріал занадто затвердіє".
Термопаста тут необхідна, тому що потужні світлодіоди виділяють тепло, яке має бути розсіяне. У готових модулях фар додаткові маленькі вентилятори також забезпечують відведення тепла до передньої частини фари, що також сприяє запобіганню обмерзання та розморожування фари. "Важливо перевірити, чи було нанесено належну кількість термопасти на всі необхідні поверхні, інакше деякі ділянки можуть перегрітися. Без сумніву, це одна з основних проблем, з якою ми зіткнулися в цій системі", – каже керівник проекту Легат.
Другою технічно особливою складною частиною системи збірки фар є гаряче клепання. Пластиковий купол деформується за допомогою точно відрегульованої температури таким чином, що утворюється головка нюта. Крістоф Легат: "Ця головка нюта сидить на рефлекторі, який повинен утримувати її та друковану плату на охолоджувальному елементі повністю стабільно та надійно. Клепання повинне бути настільки точним, щоб не виникало зазорів, які могли б спричинити хитання компонентів під час наступного випробування на вібрацію або під час реального використання, оскільки в гіршому випадку це може вплинути на освітлення під час руху".
Замовник вибрав напівавтоматичне рішення, в якому задіяно кілька операторів. З одного боку, це забезпечило більшу гнучкость при зниженні витрат, а з іншого боку, виробник може легше враховувати різні компоненти або варіанти продукту. Незважаючи на ручне управління, всю систему на кожному кроці контролює контролер. Основний контроль здійснюється через базу даних, яка управляє всіма даними та інформацією про продукт, що належить до виробничого процесу кожної фари. Наприкінці виробничого процесу кожна фара повністю відстежується.
На першому етапі процесу оператор знімає корпус фари і поміщає його на станцію обробки. Потім він вибирає тип або варіант, який буде виготовлено. "Яскравим прикладом є фара, призначена для автомобіля, який експортується на інші, неєвропейські ринки. У таких випадках іноді використовуються інші модулі індикаторів, оскільки місцеві законодавчі норми визначають, що має бути перемикання між індикатором і денними ходовим освітленням", – пояснює Легат.
Кожен оператор працює на двох або трьох різних складальних станціях, а циліндри блокування забезпечують надійне утримання заготовок на місці. Однак вони не просто утримують їх на місці, але, крім того, вони звільняють компонент лише після того, як усі необхідні етапи обробки будуть виконані належним чином. Оператор розміщує різні компоненти і супроводжує фару до першої повністю автоматизованої станції обробки - нанесення термопасти. Як тільки фара досягне станції обробки, вона вже повністю підключена і оснащена системою регулювання та модулем дальнього світла. Зараз використовується триосьова система переміщення, яку спеціалісти Техніко-прикладного центру Festo поставили в готовому вигляді безпосередньо в систему Vescon.
Основні осі – це дві осі зубчастих ременів EGC-120 з ходом 250 мм, синхронізовані через з’єднувальний вал і з компактним прямокутним редуктором. Вісь y — це вісь для важких навантажень із міцною подвійною направляючою, типу EGC-HD-160-TB. Електрична напрямна EGSL-BS-75 з ходом 100 мм (гвинтовий привід з напрямною для обойми кулькових підшипників) виконує свої функції в напрямку z. Усі осі оснащені пакетами сервоприводів. Три контролери двигуна преміум-класу типу CMMP-M3 з інтерфейсом Profibus і модулем безпеки працюють як контролери. Festo проектує та постачає готові до встановлення системи переміщення з гарантією продуктивності та документацією.
Готова до встановлення система переміщення забезпечує рівномірне нанесення двокомпонентної термопасти.
Оператор розміщує охолоджуючий елемент (з отворами для встановлення відбивачів) на станції, а термопаста автоматично наноситься на обидві сторони за допомогою системи переміщення від Festo. Це завжди приводить двокомпонентну систему дозування в правильне положення на правильному шляху. На наступному етапі друкована плата з п'ятьма світлодіодами поміщається в пасті на охолоджуючому елементі. Потім кріпляться відбивачі з напрямними штифтами для забезпечення оптимального розташування. Після цього оператор знімає весь охолоджуючий елементи і переносить його на наступну станцію, де інша система переміщення від Festo забезпечує переміщення інструменту з голівкою нюта.
Тут використовуються дві осі зубчастих ременів типу EGC-80 з направляючими полозками, синхронізовані через з’єднувальний вал, з компактним прямокутним редуктором (вісь x). Крім того, існує потужна вісь із міцною подвійною напрямною типу EGC-HD-160-BS (вісь y) та фланцевим редуктором типу PLFN. Усі осі оснащені пакетами сервоприводів з багатооборотними енкодерами.
Керівник проекту Legat з ентузіазмом ставиться до готових до встановлення рішень переміщення: "Ми просто надали дані необхідних характеристик, визначили навантаження та шляхи чи доріжки, які потрібно було пройти, і нам більше не довелося турбуватися про цю частину системи. Це значно спростило нашу роботу, а також можливість використовувати дані CAD системи переміщення, надані нам Festo для проектування всієї системи".
Інструменти для нютової головки встановлені на системі переміщення і переміщуються в останню чергу за допомогою циліндрів ADN, керованих VTUG. Довжину штирів на відбивачах перевіряють перед заклепкою, а правильне кінцеве положення перевіряють за допомогою давачів положення SMAT, розташованих на циліндрах. Якщо штифт має потрібну довжину, його виступаючий кінець термічно формується в головки нюта інструментами для нютової голови. Це створює постійні з’єднання, які утримують чутливі компоненти на місці протягом усього терміну служби автомобіля. Тепер готовий компонент, що складається з елемента охолодження, друкованої плати і заклепаних відбивачів, знімається оператором і встановлюється в фару.
Щоб перевірити, чи надійно закріплені компоненти, фара надходить до випробувальної станції тяги, де під модулем за допомогою пневматичних поворотно-лінійних підйомних приводів переміщуються гаки, щоб потім потягнувши перевірити герметичність. Потім вона надходить на станцію регулювання освітлення. Оператор розміщує фару на поворотній платформі. Фара затискається, а поворотний столик повертається в робоче положення. Потім фару підключають, а різні світлові зображення та індикаторний модуль перевіряються за допомогою камер. Крім того, перевіряється правильне розташування освітлювального модуля і, як в автомайстерні, налаштовується на ідеальний рівень.
Потім встановлюються дизайнерські панелі, які приховують всю технологію, а зовнішні прозорі лінзи (передня частина фари) приклеюються в комірці для склеювання за допомогою термоклею без силікону. Це критичний за часом процес, оскільки деталі можна склеювати тільки оптимальним чином протягом певного періоду часу. Після періоду попереднього нагрівання для зменшення поверхневого натягу та нанесення клею, робот притискає лінзу до корпусу фари. Потім проводиться перевірка фари на герметичність. Якщо пристрій пройде це останнє випробування, тоді ще одне інноваційне "несуче світло" буде готове розпочати свою подорож по світу.