激光跟蹤儀在鐵路機車制造領域的應用

激光跟蹤儀在鐵路機車制造領域的應用

格拉茨西門子（Siemens Grazie）公司使用API激光跟蹤儀測量機車車輛轉向架系統

位于格拉茨的西門子轉向架總廠是高科技轉向架研發中心和制造公司，是全球鐵路車輛行業的重要合作伙伴。西門子轉向架技術全球卓越中心提供的產品系列可滿足有軌電車、鐵路機車、客車和高速列車等整個軌道交通的應用?？倧S高 生產力代表的自動化水平獨步全球，并為轉向架的制造設定了新標準，即在設置和夾緊過程中，采用激光跟蹤儀和無線3D傳感器測量轉向架構架。

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格拉茨工廠的核心技術之一，是轉向架構架及其組件的機械加工。進行加工之前，首先要在模塊化夾緊裝置上定位組件。如果要進一步提高產量，則必須使用新的測量系統，是測量技術與制造能力要上匹配。關于兩個夾緊裝置運行的基本要求：輪班時需對轉向架構架進行對齊、測量和夾緊操作，以便于后續機械加工；運行夾緊裝置時確保轉向架構架沒有產生張力和發生扭曲。

過去，西門子公司用磁鐵將底座千分表吸附到夾緊設備上進行測量工作。測量一開始，就需要頻繁地在難以到達的位置進行測量——每個轉向架多達30個測量點（視型號而定），因此需要耗費大量的時間進行設置和夾緊。而且在測量過程中，每個轉向架需要多達20臺千分表，隨著時間的推移，我們越來越認識到這種測量策略將無法跟上產量提高的步伐。

現代測量系統及其致命缺陷

對難以到達的位置進行測量是一個非常特殊的挑戰。即使是新型便攜式測量系統，如測量臂，也經常無法對組件內部200-300mm深的測量點進行測量。除了新型測量系統，格拉茨工廠同時研究了激光跟蹤儀的應用。激光跟蹤儀采用激光測量原理，具有更高的精度，并且取代了包括三坐標測量同機和測量臂在內的越來越多的傳統測量系統。

與機械測量臂不同，激光跟蹤儀基于非到達式測量原理，能夠測量很大的組件（具有3根軸的長達7米的轉向架構架）。然而，在許多情況下，激光跟蹤儀具有致使的缺陷；經過西門子構架測量測試發現，使用常用的目標球（即所謂的SMR---表面貼裝反射）激光跟蹤儀測量，其結果和測量臂的測量結果差別不大。在測量轉向架構架的下凹部位時，激光束無法到達靶球，因此無法進行測量。

他山之玉

雖然激光系統的優勢原則上已經獲得認可，但供應商卻無法憑借其優勢說服工廠管理人員：缺陷在于各種基于類似技術的系統的規格和便攜性方面具有很大的差異。而API新一代I-360智能測頭就在這一領域上顯示出了獨有的優勢，其性能超過了普通的SMR靶標，同時為格拉茨計量專家的研究帶來了里程牌似的轉折。在此期間，兩家激光跟蹤儀制造商提供的傳感器，通過所謂的“尖端”（帶紅寶石尖端的測量探針）實現了手動制導觸覺測量。

在跟蹤儀的工作范圍內，無線傳感器取代了以前的SMR。根據尖端的長度（最長可達30cm），即使測量點位于轉向架構架的下凹部位也可以到達并測量。

隱藏點測量的問題終于解決了。接下來需要進一步研究測量策略，以滿足日益提高的生產力的要求。

新的測量策略

在確定了測量小型化發展趨勢之后，西門子經過對便攜最佳的激光跟蹤儀（API Radian激光跟蹤儀）的廣泛測試，發現需要優化測量系統的設置位置。由于需要對兩個夾緊站難以到達的測量點進行測量，所以沒有對安裝在三腳架上的測量系統的地面設置做任何更改。取而代之的是，將跟蹤儀安裝在位于兩個夾緊站正中的高度約6米的柱上?？紤]到橋式起重機引起的振動會影響測量結果，因此決定將激光跟蹤儀安裝在與車間外墻保持一定距離的位置。

通過起重機將完全組裝的轉向架構架（重1到3噸）運送到加工中心。只有通守這這種方法才可以在加工過程中對工件進行設置和夾緊，并且進行即時加工。運行能力的原因，以上操作須同時進行。通過夾緊裝置能夠處理所有需加工的轉向架。等到轉向架從夾緊站傳輸后，將其沿著坐標軸垂直停放在銑床中，然后再在立柱式鏜銑床中執行一次夾緊操作，并使用不同的角銑頭進行后續加工。

在此測量策略中，使用了New River Kinematics提供的SpatialAnalyzer軟件顯示和控制測量值，并在此基礎上提出了一個創而實用的解決方案：在兩個大廳的墻上各安裝LCD大屏幕，使得工作人員可以從兩個工作場所檢查測量值，而且測量時無需對跟蹤儀進行操作，只要將其保持開啟狀態。

自動化測量過程

當然，并非一切都已經盡善盡美。格拉茨總廠目前年度最大產能大約為4000大轉向架，要達到高自動化要求，則就需要采取進一步的測量措施來執行各種輪班制加工中心必要的設置和夾緊操作?！拔覀冃枰ＷC在輪班操作過程中的可靠性，”格拉茨西門子的機械生產負責人Josef Kaufmann說，“測量系統需要引導員工進行操作。我們需要實現測量文李染染 的信息化和過程的可視化。

由于在輪班運行時機械加工并沒有中斷，因此一位合格的專業工人必須能夠在沒有測量技術人員的協助下完成所有測量工作。要達到這一要求，則需要測量過程的高度自動化，為此，西門子的專家與測量系統制造商通力協作，不僅定義了所有要制造的轉向架的模型，并在軟件中按照執行的順序存儲了相應的加工步驟，從而簡化了測量過程。按照Josef Kaufmann的說法，測量過程自動化節省的不僅僅是時間，還將帶來更多益處。

考慮到靈活性、加工的可靠性以及轉向架構架最終的測量的重要性。激光跟蹤儀的動態測量功能還可在夾緊期間對構架的扭曲進行實時檢測?？傮w而言，該測量策略符合西門子基于精益原則的同步裝配要求，可保證高品質轉向架“即時”特性。