位于Graz的西门子轨道系统公司采用了基于激光的3D测量技术

位于Graz的西门子转向架工厂开发和制造了公司的高科技底盘，是全球轨道车辆行业重要的合作伙伴。不管是制造转向架，还是铁路火车、有轨电车、机车、客车或高铁领域，西门子全球卓越中心都能够为轨道交通提供全系列的产品。该中心的高生产力展现了全球独一无二的自动化水平。特别地，在机械生产中，西门子采用的技术为行业设立了新的标准。在安装和夹紧时，采用激光跟踪仪和无线3D传感器对底盘进行测量。

一切始于安装

Graz工厂的一个核心功能是生产转向架和部件。首先要将零部件固定在模块化的固定夹具上。为了满足工厂的高效标准要求，西门子的技术员必须确保测量技术能够与产线的生产能力相匹配。这就要求采用新的测量系统。西门子公司需要能够容易地测量底盘和夹紧装置，然后在不产生任何变形或应力的状况下将部件固定到夹具中，从而进行余下的制造过程。

过去，西门子采用标准仪表进行测量，这些仪表通过磁体安装在夹具上。在刚开始时，零部件上必须要测量的点有20个，有些型号会达到30个，并且这些测量点通常很难触及，这就需要一个漫长的安装和夹紧过程。为了实现同步测量，每个转向架最多要安装20个仪表。随着时间的推移，这种测量方式已经不能与西门子的生产系统相匹配。

现代化测量系统 – 决定性的劣势

难以接近测量点始终是一个特别的挑战。对于常常嵌入转向架部件内部200-300 mm(7-11英寸)深的测量点，即使最新的便携式测量系统，如测量臂，也无法应对这种挑战。与此同时，Graz工厂开始研究是否可以使用激光跟踪仪，这种基于激光的测量原理能够提供更高的精度。如同测量臂一样，目前跟踪仪正逐渐替代传统的测量系统，如测量机等。

尽管激光跟踪仪通常比测量臂更具优势，且可以测量大型零部件，但西门子公司发现，对于他们来说，这种非接触式的测量技术仍然存在问题。当西门子公司的技术员测试激光跟踪仪时，捕捉激光束的目标对象SMR(球状安装反射器)无法接触需要测量的底盘凹处，因此无法进行测量。

“更好”是“好”的敌人

原则上来说，西门子的管理层已经看到了激光测量系统的超高精度和准确性，但没有一个激光跟踪仪厂商可以说服他们购买激光测量系统。各种激光测量系统的劣势大体相同且非常致命。但当Graz的测量专家发现新一代手持式传感器时，他们改变了看法，相比于标准的SMR， 这种传感器具有重要的优势。与此同时，两位激光跟踪仪制造商还推出了手持式触觉测量传感器，这种传感器仅由一个探针组成(一个带有红宝石针尖的探针)。这些无线传感器可在跟踪仪的工作空间内替代现有的SMR。通过不同长度的探针(最长可达30 cm)，现在用户可以触及和测量底盘凹处的数据点。

新型手持式无线探针最终解决了西门子的底盘深凹槽测量问题。然而，为了与生产力提升相匹配，还需要进一步改进这种测量方式。

新的测量方式

在全面的测试完成之后，西门子公司决定从API公司购买Radian激光跟踪仪，这种跟踪仪尺寸最小，因此便携性最佳。测量系统的安装位置必须进行优化。设备安装的状况使其不可能通过地面三脚架上安装的跟踪仪进行测量。它也不能安装在墙上，因为天车起重机引起的振动会影响测量的结果。因此，跟踪仪被安装在一个装夹工作站之间的特别制造的立柱上，离地高度约为6米(18英尺)。

为了分析Radian采集的数据，西门子公司采用了New River Kinematics公司的空间分析仪软件。测量的数据显示在两块大型LCD屏幕上，屏幕安装在大厅墙壁的高处，从而使两个工作站点都能够查看测量数据。跟踪仪本身无需操作，它始终处于运行状态。

自动测量过程

但仍然有些事情需要完成。位于Graz的先进工厂具有高度的自动化，年产量达4000辆轨道车辆，为了配合高度的自动化生产过程，在安装和夹紧跟踪仪时需要采取额外的措施，并且能够跟随各层型号的加工。

“我们需要在换班时仍能保证过程的可靠性，”西门子Graz工厂的机械制造主管Josef Kaufmann说。“测量系统应能够指导员工。我们需要有意义的测量文件和可视化的过程。”

由于在换班时加工仍在进行，所以熟练的工人必须能够在没有其它测量技术员的帮助下独自完成所有测量工作。这些任务需要高度自动化的测量过程，在这个测量过程中，西门子的专家与测量系统制造商一起不仅需要定义制造的所有转向架类型，而且还需要减少执行测量的步骤。这种处理方法显著地简化了测量过程。根据Josef Kaufmann的反馈，这不仅仅节约了测量的时间。

在生产及最终的转向架测量过程中，西门子公司还要求灵活性和过程可靠性。由于激光跟踪仪采用动态测量方式，所以变形等因素都可以在夹紧底盘时予以实时控制。因此，总的来说，这种测量方式符合西门子循环装配精益生产的原则，及时保证了产品的高质量。