API激光跟踪仪在铁路机车制造领域的应用

国际金属加工网 2018年03月22日

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格拉茨西门子(Siemens Graz)公司

使用API激光跟踪仪测量机车车辆转向架系统

位于格拉茨的西门子转向架总厂是高科技转向架研发中心和制造公司,是全球铁路车辆行业的重要合作伙伴。西门子转向架技术全球卓越中心提供的产品系列可满足有轨电车、铁路机车、客车和高速列车等整个轨道交通的应用。总厂高生产力代表的自动化水平独步全球,并为转向架的机械制造设定了新标准,即在设置和夹紧过程中,采用激光跟踪仪和无线3D传感器测量转向架构架。

设置为先

格拉茨工厂的核心技术之一,是转向架构架及其组件的机械加工。进行加工之前,首先要在模块化夹紧装置上定位组件。如果要进一步提高产量,则必须使用新的测量系统,是测量技术与制造能力相匹配。关于两个夹紧装置运行的基本要求:轮班时需对转向架构架进行对齐、测量和夹紧操作,以便于后续机械加工;运行夹紧装置时确保转向架构架没有产生张力和发生扭曲。

过去,西门子公司用磁铁将底座千分表吸附到夹紧设备上进行测量工作。测量一开始,就需要频繁地在难以到达的位置进行测量——每个转向架多达30个测量点(视型号而定),因此需要耗费大量的时间进行设置和夹紧。而且在测量过程中,每个转向架需要多达20台千分表。随着时间的推移,我们越来越认识到这种测量策略将无法跟上产量提高的步伐。

现代测量系统及其致命缺陷

对难以到达的位置进行测量是一个非常特殊的挑战。即使是新型便携式测量系统,如测量臂,也经常无法对组件内部200-300 mm深的测量点进行测量。除了新型测量系统,格拉茨工厂同时研究了激光跟踪仪的应用。激光跟踪仪采用激光测量原理,具有更高的精度,并且取代了包括三坐标测量机和测量臂在内的越来越多的传统测量系统。

与机械测量臂不同,激光跟踪仪基于非到达式测量原理,能够测量很大的组件(具有3根轴的长达7米的转向架构架)。然而,在许多情况下,激光跟踪仪具有致命的缺陷:经过西门子构架测量测试发现,使用常用的目标球(即所谓的SMR------表面贴装反射)激光跟踪仪测量,其结果和测量臂的测量结果差别不大。在测量转向架构架的下凹部位时,激光束无法到达靶球,因此无法进行测量。

Siemens Graz机车转向架

他山之玉

虽然激光系统的优势原则上已经获得认可,但供应商却无法凭借其优势说服工厂管理人员:缺陷在于各种基于类似技术的系统的规格和便携性方面具有很大的差异。而API新一代I-360智能测头就在这一领域上显示出了独有的优势,其性能超过了普通的SMR靶标,同时为格拉茨计量专家的研究带来了里程碑似的转折。在此期间,两家激光跟踪仪制造商提供的传感器,通过所谓的“尖端”(带红宝石尖端的测量探针)实现了手动制导触觉测量。在跟踪仪的工作范围内,无线传感器取代了以前的SMR。根据尖端的长度(最长可达30cm),即使测量点位于转向架构架的下凹部位也可以到达并测量。

隐藏点测量的问题终于解决了。接下来需要进一步研究测量策略,以满足日益提高的生产力的要求。

使用API公司I-360测头测量隐藏点

新的测量策略

在确定了测量系统的小型化发展趋势之后,西门子经过对便携性最佳的激光跟踪仪(API Radian激光跟踪仪)的广泛测试,发现需要优化测量系统的设置位置。由于需要对两个夹紧站难以到达的测量点进行测量,所以没有对安装在三脚架上的测量系统的地面设置做任何更改。取而代之的是,将跟踪仪安装在位于两个夹紧站正中的高度约6米的柱上。考虑到桥式起重机引起的振动会影响测量结果,因此决定将激光跟踪仪安装在与车间外墙保持一定距离的位置。

通过起重机将完全组装的转向架构架(重1到3吨)运送到加工中心。只有通过这种方法才可以在加工过程中对工件进行设置和夹紧,并且进行即时加工。由于运行能力的原因,以上操作须同时进行。通用夹紧装置能够处理所有需加工的转向架。等到转向架从夹紧站传输后,将其沿着坐标轴垂直停放在铣床中,然后再在立柱式镗铣床中执行一次夹紧操作,并使用不同的角铣头进行后续的加工。

在此测量策略中,使用了New River Kinematics提供的SpatialAnalyzer软件显示和控制测量值,并在此基础上提出了一个创新而实用的解决方案:在两个大厅的墙上各安装LCD大屏幕,使得工作人员可以从两个工作场所检查测量值,而且测量时无需对跟踪仪进行操作,只要将其保持开启状态。

设置LCD显示屏便于测量

自动化测量过程

当然,并非一切都已经尽善尽美。格拉茨总厂目前年度最大产能大约为4000套转向架,要达到高自动化要求,则就需要采取进一步的测量措施来执行各种轮班制加工中必要的设置和夹紧操作。“我们需要保证在轮班操作过程中的可靠性,”格拉茨西门子的机械生产负责人Josef Kaufmann说,“测量系统需要引导员工进行操作。我们需要实现测量文档的信息化和过程的可视化。”

由于在轮班运行时机械加工并没有中断,因此一位合格的专业工人必须能够在没有测量技术人员的协助下完成所有测量工作。要达到这一要求,则需要测量过程的高度自动化,为此,西门子的专家与测量系统制造商通力协作,不仅定义了所有要制造的转向架的模型,并在软件中按照执行的顺序存储了相应的加工步骤,从而简化了测量过程。按照Josef Kaufmann的说法,测量过程自动化节省的不仅仅是时间,还将带来更多益处。

考虑到灵活性、加工的可靠性以及转向架构架最终的测量的重要性。激光跟踪仪的动态测量功能还可在夹紧期间对构架的扭曲进行实时检测。总体而言,该测量策略符合西门子基于精益原则的同步装配要求,可保证高品质转向架的“即时”特性。

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雷尼绍

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