激光跟踪仪发明者Kam Lau博士系列专访
 
激光跟踪仪的诞生激光跟踪仪之父Kam Lau博士
系列专访 · 1/3 ·激光跟踪仪的诞生
 
源于自己制作玩具的灵感 – 激光跟踪仪的诞生，Kam Lau博士系列专访
   
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件和设备的垃圾场，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。
   
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。”
  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。”
   
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。
   
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。
   
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。”
   
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。
   
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。
   
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。”
   
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。”
   
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。”
   
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。”
  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。”
   
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。
   
“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。
 
 
 
激光跟踪仪之父Kam Lau博士
系列专访 ·2/3 ·API公司发展历程
   
“我知道什么时候该退休了”，Kam Lau博士笑着说。“总有一天，当有人对我说：‘Kam，你的想法太老了。’这是我应该离开的信号。”这句话出自别人之口听起来可能有些傲慢，但对Kam Lau博士来说，这远远超出了单纯的虚荣心。他开创了一项事业，这项事业重新定义了整个行业的制造流程，他比任何人都能更好地预见计量学的未来，以及制造商在未来需要什么。这就是他在完成他的激光跟踪仪原型机设计后不久就超越NIST的原因。
   
“如果你回顾一下政府部门研发的历史，就会发现有很多伟大的工作是在实验室里完成的”，Kam Lau博士说。“我相信这是一项有很大潜力的伟大技术，我想确保整个行业都能从这项发明中受益。”
   
因此，Kam Lau博士开始寻找工业合作伙伴，帮助设计和生产可供工业使用的激光跟踪仪。“从87年到89年，我一直在用自己的钱制造激光跟踪仪”，Kam Lau博士回忆说。“没有公司投资，他们更感兴趣的是聘请我负责他们的研发工作。”IBM甚至提出每年向Kam Lau博士提供100万美元的研究经费，让他在那里建立自己的部门。
   
“我回家和妻子谈了谈，我们决定，如果IBM对我的评价是正确的，那么我就不应该为他们工作，我应该为自己工作”，Kam Lau博士说。“这让我很兴奋。于是，第二天我向NIST提交了辞职信，成立了API公司。”
   
公司成立之初充满了困难。“为了生存，你必须非常、非常努力地工作”，Kam Lau博士回忆道。“每天工作12到15个小时，你是一切，从研发到会计再到销售，晚上你就成了看门人。经历了很多艰难，但也有很多令人兴奋的事情。”
   
Kam Lau博士在NIST的声誉、以及他对工作的专业态度，为公司带来了足够的销售额，使公司能够在初期继续发展。他又聘请了两名工程师，其中包括马博士。马博士在公司服务了超过25年，后来晋升为工程部门总监。在这个时期，公司搬进了一间面积1100平方英尺的仓库。“我们自己装修了一间实验室、一间办公室”，Kam Lau博士说。“我们要尽一切努力确保公司能够生存下去。”
   
最重要的是，他们仍在对激光跟踪仪原型机进行完善，这很有挑战。“干涉仪从来没有在移动平台上使用过”，Kam Lau博士解释道。“我们需要转速非常慢的马达，这更易于捕捉待测目标。这些都是之前没有过的创新设计。我们还必须找到一种方法来测量跟踪仪的准确性，并定义它在制造业中的应用。”
   
当羽翼未丰满的API亟待解决这些问题时，Kam Lau博士最终找到了一个工业合作伙伴，开始生产激光跟踪仪。1989年12月，API与瑞士公司Wild签订了一份合同，教授Wild如何根据API的初始原型机制作激光跟踪仪。Wild后来成为Leica Geosystems，后来成为Hexagon AB的一部分。“Wild很快意识到激光跟踪仪的潜力。我们的生意逐渐多了起来。”
   
从89-99年的最初的激光跟踪仪销售中获得的专利使用费让API开始蓬勃发展。使用Kam Lau博士在NIST时的一些其他设计，API制造出了XD六维激光干涉仪和球杆仪，成功地成为了机床和CMM校准行业的佼佼者。
   
然而，对于Kam Lau博士来说，这位毕生都热衷于了解事物如何运作、并渴望让它们更好地运作的匠人，从未停止对激光跟踪仪的改进和升级。
   
“当然，我们一直致力于将最先进的科技和理念融入激光跟踪仪的制造之中”，Kam Lau博士实事求是地说。“在1999年，我们开发了第二代激光跟踪仪，称为T2，它的功能更强大。所以，我们去Leica展示它。我很惊讶他们居然不感兴趣。他们声称任何需要跟踪仪的客户都已经购买了，所以他们不需要功能更强大、体积更小、性价比更高的激光跟踪仪。而我并不这么认为，因为我们当时还没有涉足汽车和机械等领域。”
   
此后，在1999年，API发布了它的下一代激光跟踪仪，T2。此举为API公司带来了10年的快速发展。他们在塞斯纳大道的仓库里工作了十年之后，搬到了现在的罗克维尔，马里兰州的工厂。“我们继续加大研发投入，这一直是我们的主要收入来源。”公司还开始向海外扩张，2000年首先在中国北京，2005年在欧洲分别开设了办事机构。
   
经历了这一切，Kam Lau博士一直让公司专注于展望未来。API率先推出了带有更先进功能的激光跟踪仪，包括T3、OT2和当前的Radian系列激光跟踪仪。他们拥有先进的跟踪仪靶标技术，比如vProbe隐藏点测头和跟踪仪主动靶标：如Smart Track Sensor (STS)。API正朝着Kam Lau博士最初的目标前进，即：使用配备激光跟踪仪的测量屋（Checkbox）来测量和提高工业机器人的性能。由此，API又开发出了工业机器人测量软件(RMS)和智能工厂测量系统(SFIS)。
   
“我相信API的核心价值一直是我们的员工和他们创新、创造新点子的能力，以及改变行业的远见”，Kam Lau博士说。“35年来，我说过，我们一直比竞争对手提前10年意识到这个行业在计量方面的需求。这是API所拥有的远见。现在，很多员工已经退休了，在API工作了20年、25年、30年之后离开了，所以我们有了第二代的工程师和管理人员，他们正在开始工作，迎接更新的挑战。API最大的价值是能够保持这种创造性和创新跨越几代人。”
   
这第二代API人的创新精神就是Kam Lau博士有一天不再怕别人说他的想法“太老了”的原因。“到那一天，我就知道第二代API人已经准备好了”Kam Lau博士说。
 
是的，他已经在第二代API人身上看到了对创造的好奇和渴望，这是推动公司不断发展、进步的源泉，这种力量就像曾经驱使一个8岁男孩动手制作自己的玩具一样。
 
 
 
激光跟踪仪之父Kam Lau博士
系列专访 ·3/3 ·Kam Lau博士问答
   
1) 现如今测量科技的发展是否让您感到惊讶？
 
就技术而言，我并不感到惊讶。API是引领技术潮流的公司之一。例如，10年、15年前，我预测非接触式测量将是未来的趋势。当时并没有很多人相信，但我们开始研究非接触式测量方法。现在，你看，我们是完全正确的。大约30年前，我们认为激光跟踪仪技术和机器人的结合将改变制造业的格局。我想我们是对的。现在，我们谈论的是人工智能和自动化。
 
我相信30年前当我成立API时，我们就是一家传感器技术公司。从制造和工程的角度来看，数据从何而来？传感器。激光跟踪仪是一个传感器。它能感知到制造过程中发生了什么。它能感知部件的超差与否。不管是对是错，激光跟踪仪对我来说就是个传感器。这对大数据处理和决策非常重要：关键数据来自传感器，传感器技术是制造和计量的关键，而重要的是你有正确的数据。我们制造传感器来获取数据。所以，API在思想上一直走在前面，我认为这种趋势还将继续。
  2)有哪些API未来的规划或发展让您感到兴奋？
 
就像我创立API之初，兴奋地迎接新挑战，兴奋地为我们的客户提供新的解决方案。这推动了我们的创造力。这和我在儿时做玩具时的兴奋是一样的。我喜欢制造新玩具、新想法。现在令人兴奋的是：第二代API人将接管并延续这些传统。我们的员工们也很兴奋，他们会与我和我们的高层管理人员共同承担这项任务。总有一天我会退休，他们会告诉我：Kam，你的想法太老了。这是我应该离开的信号。那一天，我将知道第二代API人已经准备好完全接管API。
   
3) 请您谈谈未来五年、十年精密测量的发展方向？
 
我认为在未来的5年中，激光跟踪仪将被更多地集成到整个自动化制造过程之中。激光跟踪仪将不再是一个独立的测量仪器，它们将被整合到流程中、整合到机器人系统中、整合到计量系统中、整合到制造系统中。是集成。提供正确的信息指导加工过程、指导机器人、指导测量、指导刀具。这就是我看到的未来五年的发展方向。随着5G技术的发展，激光跟踪仪将与更多制造工艺融合。5G可以实现无延迟的高速通信，允许实时传输跟踪仪的指导信息。
 
而在未来的十年里，我认为建筑业将会对激光跟踪仪测量系统有更多的需求。可能远远不止这些，但能源、建筑、机器人领域是我在未来5-10年内真正看到的激光跟踪仪测量系统的发展方向。
   
4) 扫描是激光跟踪仪未来的发展方向吗？
 
当然是。现阶段，当我们使用激光跟踪仪时，大多是手持靶球或测头来进行测量，需要人为参与的程度较高。但就像我刚刚提到的，激光跟踪仪未来的发展趋势必是被集成、整合至自动化生产流程之中，而激光跟踪仪与某种非接触扫描设备的结合也必将是精密测量技术发展的未来和方向。
   
5) 为了适应未来的发展趋势，哪些激光跟踪仪技术需要得到进一步突破？
 
跟踪仪靶标和数据传输速度需要得到进一步的突破和发展。在有些测量作业中，如果无需使用靶标，将会更有助于该测量作业的完成。5G技术将会有助于进一步提升激光跟踪仪的数据传输速度，使其在测量表现上更加完美。我认为，即便是存在这些限制的情况下，激光跟踪仪测量技术将仍然在未来15-20年内的工业精密测量领域占统治地位。
   
6) 未来几年除了激光跟踪仪，API还会为我们带来什么新发明？
 
[笑] 这可是公司最高机密。但是，相信我，是的，我们正在做一些事情。对不起，我还不能和你或公众分享。请稍后再来找我。
   
7) 随着机器人和自动化技术在制造业中的应用不断增多，API的作用在支持这些行业中将如何变化？
 
我们在这个过程中发挥了更重要的作用。我们的远见和创新能力造就了我们所拥有的非常高超的技术水平。现在，我们正与一些伙伴合作，整合这些技术。它将不再只是激光跟踪仪，我们还创建了一整套附件体系，包括硬件Checkbox（注：测量屋）与SFIS（注：智能工厂测量系统）和软件RMS（注：机器人评估校准软件）。我可以预见，API将是与客户合作创建完整解决方案的业界领导者之一，正像我们一直所做的。
   
8) 您认为哪个行业在未来十年的测量需求会有最大的发展和变化？
 
我想应该是建筑业。一方面是结构定位的精度，另一方面是模块化建造。许多大的部件和构造在建设者搬到现场之前就已经建造好了。模块化结构的建造过程中，我们可以看到精密测量和激光跟踪仪技术的发展。另一部分是机器人的建造。
 
当然，机器人技术还将继续发展。激光跟踪仪的最初目的是测量机器人的性能，评估它们的好坏，分析机器人的效率是多少？最近，API一直尝试在做的是让6自由度激光跟踪仪为机器人提供实时的6自由度定位数据，这样我们就可以做一个实时6自由度终点控制的机器人。这个机器人可以做更精密的工作，如生产或测量，机器人的能力和使用效率将大幅提升。我们认为，这可能会改变制造业和大型零部件测量领域的格局。结合API的6自由度激光跟踪仪和机器人控制系统，使机器人能够做更精密的工作。
   
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，并在坐标测量和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。