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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(tǒng)

位于格拉茨的西門子轉向架總廠是高科技轉向架研發(fā)中心和制造公司，是全球鐵路車輛行業(yè)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(chǎn)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(chǎn)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。

設置為先186-0138-1355

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(chǎn)量，則必須使用新的測量系統(tǒng)，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(xù)機械加工；運行夾緊裝置時確保轉向架構架沒有產(chǎn)生張力和發(fā)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(chǎn)量提高的步伐。

現(xiàn)代測量系統(tǒng)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(zhàn)。即使是新型便攜式測量系統(tǒng)，如測量臂，也經(jīng)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(tǒng)，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(tǒng)測量系統(tǒng)。

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(jīng)過西門子構架測量測試發(fā)現(xiàn)，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(tǒng)的優(yōu)勢原則上已經(jīng)獲得認可，但供應商卻無法憑借其優(yōu)勢說服工廠管理人員：缺陷在于各種基于類似技術的系統(tǒng)的規(guī)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(yōu)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(xiàn)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(jù)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(chǎn)力的要求。

新的測量策略

在確定了測量小型化發(fā)展趨勢之后，西門子經(jīng)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(fā)現(xiàn)需要優(yōu)化測量系統(tǒng)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(tǒng)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。考慮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(zhí)行一次夾緊操作，并使用不同的角銑頭進行后續(xù)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(chuàng)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(tài)。

自動化測量過程

當然，并非一切都已經(jīng)盡善盡美。格拉茨總廠目前年度最大產(chǎn)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(zhí)行各種輪班制加工中心必要的設置和夾緊操作。“我們需要保證在輪班操作過程中的可靠性，”格拉茨西門子的機械生產(chǎn)負責人Josef Kaufmann說，“測量系統(tǒng)需要引導員工進行操作。我們需要實現(xiàn)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(yè)工人必須能夠在沒有測量技術人員的協(xié)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(tǒng)制造商通力協(xié)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(zhí)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(jié)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(tài)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。