格拉茨西門子（Siemens Grazie）公司使用API激光跟蹤儀測(cè)量機(jī)車車輛轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)
位于格拉茨的西門子轉(zhuǎn)向架總廠是高科技轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向架技術(shù)全球卓越中心提供的產(chǎn)品系列可滿足有軌電車、鐵路機(jī)車、客車和高速列車等整個(gè)軌道交通的應(yīng)用。總廠高 生產(chǎn)力代表的自動(dòng)化水平獨(dú)步全球，并為轉(zhuǎn)向架的制造設(shè)定了新標(biāo)準(zhǔn)，即在設(shè)置和夾緊過(guò)程中，采用激光跟蹤儀和無(wú)線3D傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)向架構(gòu)架。
設(shè)置為先
格拉茨工廠的核心技術(shù)之一，是轉(zhuǎn)向架構(gòu)架及其組件的機(jī)械加工。進(jìn)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(jìn)一步提高產(chǎn)量，則必須使用新的測(cè)量系統(tǒng)，是測(cè)量技術(shù)與制造能力要上匹配。關(guān)于兩個(gè)夾緊裝置運(yùn)行的基本要求：輪班時(shí)需對(duì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架進(jìn)行對(duì)齊、測(cè)量和夾緊操作，以便于后續(xù)機(jī)械加工；運(yùn)行夾緊裝置時(shí)確保轉(zhuǎn)向架構(gòu)架沒(méi)有產(chǎn)生張力和發(fā)生扭曲。
過(guò)去，西門子公司用磁鐵將底座千分表吸附到夾緊設(shè)備上進(jìn)行測(cè)量工作。測(cè)量一開(kāi)始，就需要頻繁地在難以到達(dá)的位置進(jìn)行測(cè)量——每個(gè)轉(zhuǎn)向架多達(dá)30個(gè)測(cè)量點(diǎn)（視型號(hào)而定），因此需要耗費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行設(shè)置和夾緊。而且在測(cè)量過(guò)程中，每個(gè)轉(zhuǎn)向架需要多達(dá)20臺(tái)千分表，隨著時(shí)間的推移，我們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到這種測(cè)量策略將無(wú)法跟上產(chǎn)量提高的步伐。
現(xiàn)代測(cè)量系統(tǒng)及其致命缺陷
對(duì)難以到達(dá)的位置進(jìn)行測(cè)量是一個(gè)非常特殊的挑戰(zhàn)。即使是新型便攜式測(cè)量系統(tǒng)，如測(cè)量臂，也經(jīng)常無(wú)法對(duì)組件內(nèi)部200-300mm深的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。除了新型測(cè)量系統(tǒng)，格拉茨工廠同時(shí)研究了激光跟蹤儀的應(yīng)用。激光跟蹤儀采用激光測(cè)量原理，具有更高的精度，并且取代了包括三坐標(biāo)測(cè)量同機(jī)和測(cè)量臂在內(nèi)的越來(lái)越多的傳統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)。
與機(jī)械測(cè)量臂不同，激光跟蹤儀基于非到達(dá)式測(cè)量原理，能夠測(cè)量很大的組件（具有3根軸的長(zhǎng)達(dá)7米的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架）。然而，在許多情況下，激光跟蹤儀具有致使的缺陷；經(jīng)過(guò)西門子構(gòu)架測(cè)量測(cè)試發(fā)現(xiàn)，使用常用的目標(biāo)球（即所謂的SMR---表面貼裝反射）激光跟蹤儀測(cè)量，其結(jié)果和測(cè)量臂的測(cè)量結(jié)果差別不大。在測(cè)量轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的下凹部位時(shí)，激光束無(wú)法到達(dá)靶球，因此無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。
他山之玉
雖然激光系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)原則上已經(jīng)獲得認(rèn)可，但供應(yīng)商卻無(wú)法憑借其優(yōu)勢(shì)說(shuō)服工廠管理人員：缺陷在于各種基于類似技術(shù)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(cè)頭就在這一領(lǐng)域上顯示出了獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，其性能超過(guò)了普通的SMR靶標(biāo)，同時(shí)為格拉茨計(jì)量專家的研究帶來(lái)了里程牌似的轉(zhuǎn)折。在此期間，兩家激光跟蹤儀制造商提供的傳感器，通過(guò)所謂的“尖端”（帶紅寶石尖端的測(cè)量探針）實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)制導(dǎo)觸覺(jué)測(cè)量。
在跟蹤儀的工作范圍內(nèi)，無(wú)線傳感器取代了以前的SMR。根據(jù)尖端的長(zhǎng)度（最長(zhǎng)可達(dá)30cm），即使測(cè)量點(diǎn)位于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的下凹部位也可以到達(dá)并測(cè)量。
隱藏點(diǎn)測(cè)量的問(wèn)題終于解決了。接下來(lái)需要進(jìn)一步研究測(cè)量策略，以滿足日益提高的生產(chǎn)力的要求。
新的測(cè)量策略
在確定了測(cè)量小型化發(fā)展趨勢(shì)之后，西門子經(jīng)過(guò)對(duì)便攜最佳的激光跟蹤儀（API Radian激光跟蹤儀）的廣泛測(cè)試，發(fā)現(xiàn)需要優(yōu)化測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)置位置。由于需要對(duì)兩個(gè)夾緊站難以到達(dá)的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，所以沒(méi)有對(duì)安裝在三腳架上的測(cè)量系統(tǒng)的地面設(shè)置做任何更改。取而代之的是，將跟蹤儀安裝在位于兩個(gè)夾緊站正中的高度約6米的柱上。考慮到橋式起重機(jī)引起的振動(dòng)會(huì)影響測(cè)量結(jié)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(guò)起重機(jī)將完全組裝的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架（重1到3噸）運(yùn)送到加工中心。只有通守這這種方法才可以在加工過(guò)程中對(duì)工件進(jìn)行設(shè)置和夾緊，并且進(jìn)行即時(shí)加工。運(yùn)行能力的原因，以上操作須同時(shí)進(jìn)行。通過(guò)夾緊裝置能夠處理所有需加工的轉(zhuǎn)向架。等到轉(zhuǎn)向架從夾緊站傳輸后，將其沿著坐標(biāo)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(jìn)行后續(xù)加工。
在此測(cè)量策略中，使用了New River Kinematics提供的SpatialAnalyzer軟件顯示和控制測(cè)量值，并在此基礎(chǔ)上提出了一個(gè)創(chuàng)而實(shí)用的解決方案：在兩個(gè)大廳的墻上各安裝LCD大屏幕，使得工作人員可以從兩個(gè)工作場(chǎng)所檢查測(cè)量值，而且測(cè)量時(shí)無(wú)需對(duì)跟蹤儀進(jìn)行操作，只要將其保持開(kāi)啟狀態(tài)。
自動(dòng)化測(cè)量過(guò)程
當(dāng)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(zhuǎn)向架，要達(dá)到高自動(dòng)化要求，則就需要采取進(jìn)一步的測(cè)量措施來(lái)執(zhí)行各種輪班制加工中心必要的設(shè)置和夾緊操作。“我們需要保證在輪班操作過(guò)程中的可靠性，”格拉茨西門子的機(jī)械生產(chǎn)負(fù)責(zé)人Josef Kaufmann說(shuō)，“測(cè)量系統(tǒng)需要引導(dǎo)員工進(jìn)行操作。我們需要實(shí)現(xiàn)測(cè)量文李染染 的信息化和過(guò)程的可視化。
由于在輪班運(yùn)行時(shí)機(jī)械加工并沒(méi)有中斷，因此一位合格的專業(yè)工人必須能夠在沒(méi)有測(cè)量技術(shù)人員的協(xié)助下完成所有測(cè)量工作。要達(dá)到這一要求，則需要測(cè)量過(guò)程的高度自動(dòng)化，為此，西門子的專家與測(cè)量系統(tǒng)制造商通力協(xié)作，不僅定義了所有要制造的轉(zhuǎn)向架的模型，并在軟件中按照?qǐng)?zhí)行的順序存儲(chǔ)了相應(yīng)的加工步驟，從而簡(jiǎn)化了測(cè)量過(guò)程。按照J(rèn)osef Kaufmann的說(shuō)法，測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化節(jié)省的不僅僅是時(shí)間，還將帶來(lái)更多益處。
考慮到靈活性、加工的可靠性以及轉(zhuǎn)向架構(gòu)架最終的測(cè)量的重要性。激光跟蹤儀的動(dòng)態(tài)測(cè)量功能還可在夾緊期間對(duì)構(gòu)架的扭曲進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)?？傮w而言，該測(cè)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(zhì)轉(zhuǎn)向架“即時(shí)”特性。
