激光跟踪仪之父Kam Lau博士系列专访 · 1/3 · 激光跟踪仪的诞生

国际金属加工网 2020年02月10日

源于自己制作玩具的灵感 – 激光跟踪仪的诞生

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图为:激光跟踪仪的发明者Kam Lau博士

1982年4月,一位年轻的工程师站在美国国家标准局(NBS)的地下室里,NBS后来被称为国家标准与技术研究所(NIST)。地下室已然成为了存放废旧零和设备的垃圾场,大多数国家标准局的工作人员早已忘记了这里。然而,这位年轻的工程师并不是在寻找旧零件;他在寻找创造全新事物的灵感。他有一个革命性的想法,制造一个移动的、可以测量和校准机器人性能的激光设备。他承诺他的老板,他可以在6个月内完成该设备的功能展示模型的制作,而面前这个地下室里的“垃圾场”,就是给予他完成这次制作的所有支持。是什么让这个看似不可能完成的制作任务最终成为了世界上第一台激光跟踪仪,从而为世界精密测量领域带来了新的福音?

这位年轻的工程师就是Kam Lau博士 – 世界公认的激光跟踪仪之父。

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图为:Kam Lau博士与激光跟踪仪原型机

Kam Lau博士在上世纪50年代出生于中国南方沿海城市澳门。当他八岁时,全家搬到香港,在那里度过了他的童年和成年早期。Kam Lau博士是七个孩子中最小的一个,家中有四个女儿和三个儿子。

“我父亲是个木匠,”Kam Lau博士回忆说。“他在我十岁的时候就去世了。年轻的时候,我的两个兄弟成了我心目中的英雄。我观察了我所有的兄弟姐妹,以及他们是如何工作的,我很感激他们为我所带来的。”

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图为:激光跟踪仪原型机于1986年在美国国家标准局NIST进行测试

兄弟姐妹们带回家的是Kam Lau博士勇于探索的工程思维的根源。“无论如何,我们都不是一个富裕的家庭,”Kam Lau博士回忆道。“不过我很幸运。我可以接受教育,不用担心食物,但却没有钱买玩具。所以,我开始尝试自己制作玩具。”

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图为:首代激光跟踪仪及附件

对Kam Lau博士来说,自己制作玩具意味着一切,从把易拉罐绑在一起,到用父亲的工具把家里的钟摆和缝纫机拆开再组装起来。“我妈妈的缝纫机是我最喜欢的玩具之一”,Kam Lau博士笑着说。而这种童年时期的修修补补激发了他毕生对发明和创造的兴趣。

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图为:首代激光跟踪仪航空器部件测量

在他家附近,有一个铁匠铺,一家铸造公司,还有几个建筑工地。放学后,年轻的Kam Lau博士会在这些企业外面站上几个小时,看着他们使用手中的机器和工具把产品、建筑从无到有的建造出来。“现在我知道我想成为一名工程师,但当时我太年轻,不知道工程是什么”,Kam Lau博士回忆说。“我只想建造、创造和使用我所拥有的一切工具。”

这种对创造的兴趣使Kam Lau博士进入了香港技术学院,在那里他获得了自己设计、加工和测量零件的第一手经验。这是他第一次体会到“精度”在精密加工中的关键作用。

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图为:激光跟踪仪发展史

但是,当技术学院让他看到工程学和制造业的世界时,另一件事也让他看到了香港以外的世界。“我还记得第一次促成我想要来美国的想法的场景”,Kam Lau博士回忆说。“当时我在看一部James Stewart主演的电影。他扮演一个教授,骑着自行车穿过校园。我想,天啊,这太美了!就是那个时刻,那个他骑着自行车的场景,那种心情,那种宁静,还有那所大学的建筑,让我觉得那里就像一个天堂。”

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图为:Radian系列激光跟踪仪

Kam Lau博士开始研究美国的大学,并最终在麦迪逊-威斯康辛大学找到了自己的研究方向。“我仍然没有很多钱”,Kam Lau博士说。“但我知道这是一所好学校,我认为他们会给我最好的价值。在苏必利尔湖校区学习了一年之后,他转到了麦迪逊分校,并在那里一直学习到1982年完成博士学位。作为该大学与国家标准局合作的一部分,他为十几名学生创建了一个大型研究项目。这个项目使他在1982年1月得到了国家标准局研究员的职位。

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图为:Radian激光跟踪仪功能拓展附件

最初,Kam Lau博士被安排在一个软件开发团队。“我并不介意”,Kam Lau博士说。“我对软件很在行,但最终我回到了我的老习惯,去设计东西,去创造东西,去触摸东西。这些工作中的修修补补让他注意到了制造业的一个漏洞,也同时诞生了一个革命性的想法。

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图为:Radian激光跟踪仪测量实例展示 - 工业机器人精度测量评估

在20世纪80年代早期,机器人是一种席卷制造业各个领域的新概念。各大公司纷纷成立机器人部门,通用汽车甚至与发那科合作,创建了GM Fanuc robotics,这是美国最早的大型机器人合作伙伴之一。然而,在第一波自动化浪潮中,存在着一些重大的问题。“他们不太能举起沉重的部件”,Kam Lau博士回忆道。“视觉系统不像现在这样灵活和准确。计算机获取信息并将其传输给控制系统的成本很高,而且速度也不是很快。”


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图为:Radian激光跟踪仪测量实例展示 - 飞机工装测量

作为美国商务部(Department of Commerce)的成员单位,国家标准局的任务是评估这些机器人的能力,定义它们能做什么和不能做什么。“因此,我有了创造激光跟踪测量系统的想法”,Kam Lau博士说。“我的想法是,可以引导一束激光来跟踪机器人,然后可以把它放在一个X、Y、Z坐标网格中,看到俯仰、滚动和偏航,从而评估机器人的6个自由度。可以利用这些信息实时控制机器人的位置,使它更精确。”

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图为:Radian激光跟踪仪测量实例展示 - 汽车工装测量

Kam Lau博士把他最初的设计方案拿给他的老板,请求允许他开始原型设计的工作。“老板说,‘Kam,我不知道它是怎么工作的,但你去试试吧”,Kam Lau博士笑着回忆道。“我告诉他,六个月后,我将向他展示这个系统的原型。”

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图为:Radian激光跟踪仪测量实例展示 - 倒置安装

让我们回到地下室的场景。“就像我年轻的时候制作玩具一样”,Kam Lau博士说:“我浏览了国家标准局的‘垃圾场’,试图从中挑出一些东西。我挑选了一个废弃的激光干涉仪,一个很旧的转盘,那是我激光跟踪系统的基础。”

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图为:Radian激光跟踪仪测量实例展示 - 钢厂轧机轧辊表面测量

六个月后的一天,Kam Lau博士回到了他老板的办公室。六点半过后,几乎所有人都下班回家了。Kam Lau博士问他的老板是否可以到地下室看看他在做什么。“他会忘记,他不知道我在做什么”,Kam Lau博士笑着说。“当我给他看这个非常原始的激光跟踪仪时,他很震惊。这个原型仪器是用废弃的旧零件做成的,但我能够清楚地演示激光干涉仪在转盘上来回转动,以捕获侧向移动的光学目标。”

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图为:Radian激光跟踪仪测量实例展示 - 风力发电机部件测量

事情进展很快。两天后,他向国家标准局的领导们展示了激光跟踪仪的第一个设计。这时已经不在地下室了;第二天,Kam Lau博士向陆海空三军代表介绍了该系统。国家标准局的营销团队来到现场拍照,并发布有关这一新突破的报道。

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图为:Radian激光跟踪仪测量实例展示 - 野外测量作业

“他们对这个发明非常有兴趣,”Kam Lau博士回忆说。“突然间,我们有了资金。我一直是一个人在工作,现在我负责一个四到五人的团队来建立第一个原型机。我可以深入研究设计的细节,制造零件,而不是使用‘垃圾场’里的零件。”这笔资金带来了许多新问题需要解决,以使激光跟踪仪可适用于实际的制造情况。但Kam Lau博士从不担心。

他又开始亲手制造他的玩具了。

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图为:API公司总部

美国自动精密工程公司(API公司)是Kam Lau博士在自主专利技术的基础上,于1987年创建的,总部位于美国马里兰州的洛克威尔城。API公司自成立以来, 始终致力于机械制造领域精密测量仪器和高性能传感器的研发和生产,产品已广泛应用于美国及世界各国的先进制造领域,并在坐标测量机床性能测试的高精度标准方面处于领先地位。API公司拥有一支经验丰富、能力卓著的工程师队伍,不断开发出先进的创新性产品,以满足快速发展的工业技术的需要。在美国联邦政府、企业及科学研究的诸多项目中,API公司都是积极参与者和关键技术伙伴。迄今为止所取得的成就使其在国际精密测量领域享有很高的声誉。

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欲了解更多API公司测量科技,敬请联络API公司驻中国代表处:010-59796858。您也可访问我司官方网站:www.apimetrology.com(英文)或www.apisensor.com.cn(中文)。

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(API公司 )

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