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“Ich musste mein eigenes Werkzeug herstellen.”: Dr. Lau und die Erfindung des Laser Tracker

Im April 1982 steht ein junger Ingenieur im Keller des National Bureau of Standards (NBS), das später als National Institute of Standards and Technology (NIST) bekannt werden wird. Der Keller ist zu einem Schrottplatz mit ausrangierten Teilen und Geräten geworden, längst vergessen von den meisten NBS-Mitarbeitern. Der junge Ingenieur ist jedoch nicht auf der Suche nach einem alten Teil, sondern nach Inspiration, um etwas völlig Neues zu schaffen. Er hat eine revolutionäre Idee für einen beweglichen Laser, der die Leistung von Robotern im Fertigungsprozess messen und kalibrieren kann, und er hat seinem Chef versprochen, dass er innerhalb von sechs Monaten ein funktionierendes Modell seines Entwurfs herstellen kann – mit nichts anderem als den Relikten, die jetzt vor ihm liegen. Wie wurde aus dieser scheinbar unmöglichen Aufgabe das erste Modell des Laser Tracker, der heute in den meisten Werkzeugmaschinenwerkstätten der Welt zu finden ist?

Der Name des jungen Ingenieurs ist Dr. Kam Lau und er hat das schon schon mal gemacht.

Dr. Lau wurde in der südchinesischen Küstenstadt Macau geboren, als diese in den 1950er Jahren noch ein portugiesisches Territorium war. Als er acht Jahre alt war, zog die Familie nach Hongkong, wo er die Staatsbürgerschaft erhielt und den Rest seiner Kindheit und seines frühen Erwachsenenalters verbrachte. Als jüngstes von sieben Kindern, vier Mädchen und drei Jungen, lernte Dr. Lau von klein auf den Wert der Arbeit mit seinen Händen.

“Mein Vater war Tischler”, erinnert sich Dr. Lau. “Und er starb, als ich erst zehn Jahre alt war. Meine beiden Brüder wurden für mich zu Helden, als ich jung war. Ich beobachtete alle meine Geschwister und wie sie arbeiteten, und ich schätzte es, wie sie der Familie etwas zurückgaben.”

Was seine Geschwister mit nach Hause brachten, waren die Ursprünge eines wissbegierigen Ingenieursgeistes. “Wir waren beileibe keine wohlhabende Familie”, erinnert sich Dr. Lau. “Aber ich hatte Glück. Ich konnte eine Ausbildung machen und musste mir keine Sorgen um das Essen machen, aber es gab nie Geld für Spielzeug. Also habe ich mein eigenes geschaffen.”

Für Dr. Lau bedeutete das Herstellen von eigenem Spielzeug alles, vom Zusammenbinden von Blechdosen bis hin zur Verwendung der Werkzeuge seines Vaters, um Pendeluhren und Nähmaschinen aus dem Haus auseinanderzunehmen und wieder zusammenzusetzen. “Die Nähmaschine meiner Mutter war eines meiner Lieblingsspielzeuge”, sagt Dr. Lau und lacht. Und diese Bastelei in der Kindheit entfachte ein lebenslanges Interesse am Bauen und Gestalten.

In seiner Nachbarschaft gab es eine Schmiede, eine Gießerei und mehrere Bauhöfe. Der junge Dr. Lau stand nach der Schule stundenlang vor diesen Betrieben und beobachtete die Maschinen und Werkzeuge, mit denen sie Dinge von Grund auf herstellten. “Heute weiß ich, dass ich Ingenieur werden wollte, aber damals war ich so jung, dass ich nicht wusste, was Ingenieurwesen ist”, erinnert sich Dr. Lau. “Ich wollte einfach nur bauen und kreieren und alle Werkzeuge benutzen, die ich hatte.”

Dieses Interesse am Bauen führte Dr. Lau an die technische Hochschule in Hongkong, wo er seine ersten praktischen Erfahrungen beim Entwerfen, Bearbeiten und Messen seiner eigenen Teile sammelte. Hier erfuhr er zum ersten Mal, welche entscheidende Rolle die Genauigkeit bei der Präzisionsbearbeitung spielt.

Aber während die technische Hochschule ihm die Augen für die Welt des Ingenieurwesens und der Fertigung öffnete, war etwas anderes dabei, ihm die Augen für die Welt außerhalb Hongkongs zu öffnen. “Ich erinnere mich noch an den ersten Moment, als ich in die Vereinigten Staaten kommen wollte”, erinnert sich Dr. Lau. “Ich habe einen Film mit James Stewart gesehen. Er spielte einen Professor, und er fuhr mit dem Fahrrad über den Campus, und ich dachte ‘Mensch, das ist so schön.’ Es war dieser Moment, diese Szene, in der er mit dem Fahrrad fährt, die Stimmung, die Ruhe und die Gebäude der Universität, die mir das Gefühl gaben, dass es ein Paradies ist.”

Dr. Lau begann nach amerikanische Universitäten zu recherchieren und landete schließlich an der University of Madison-Wisconsin. “Ich hatte immer noch nicht viel Geld”, sagt Dr. Lau. “Aber ich wusste, dass es eine gute Schule war, und ich dachte, sie würden mir das beste Preis-Leistungs-Verhältnis für meine Studiengebühren bieten.” Nach einem Jahr auf dem Lake-Superior-Campus wechselte er auf den Hauptcampus in Madison, wo er bis zum Abschluss seiner Promotion im Jahr 1982 bleiben sollte. Als Teil einer Kooperation zwischen der Universität und NBS erstellte er ein großes Forschungsprojekt für mehr als ein Dutzend Studenten. Dieses Projekt brachte ihm im Januar 1982 eine Stelle als Forscher bei NBS ein.

Anfangs wurde Dr. Lau in einem Team eingesetzt, das Software entwickelte. “Und das hat mir nichts ausgemacht”, sagt Dr. Lau. “Ich war gut mit Software, aber irgendwann kehrte ich zu meinen alten Gewohnheiten zurück: Dinge zu entwerfen, zu bauen, etwas anfassen zu können.” Und seine Tüftelei führte dazu, dass er eine Lücke in der Fertigungsindustrie bemerkte und eine revolutionäre Idee hatte.

In den frühen 80er Jahren war die Robotik die neue Idee, die alle Bereiche der Fertigungsindustrie erfasste. Die großen Unternehmen gründeten Abteilungen für Robotik, wobei GM sogar eine Partnerschaft mit Fanuc einging, um GMFanuc Robotics zu gründen, eine der ersten großen Robotik-Partnerschaften in den USA. Dennoch gab es erhebliche Probleme mit dieser ersten Welle der Automatisierung. “Sie waren nicht sehr gut in der Lage, schwere Teile zu heben”, erinnert sich Dr. Lau. “Die Bildverarbeitungssysteme waren nicht so agil und leistungsfähig wie heute. Der Computer, der die Informationen erfasst und an die Steuerung überträgt, war sehr teuer, und sie waren nicht sehr schnell.”

Als Mitglied des Handelsministeriums wurde die NBS damit beauftragt, die Fähigkeiten dieser Roboter zu klären und zu definieren, was sie leisten können und was nicht. “So kam ich auf die Idee für das Laser Tracker System”, sagt Dr. Lau. “Die Idee ist, dass ich einen Laserstrahl auf den Roboter richten kann, um ihn zu verfolgen, und dann kann ich ihn in ein X,Y,Z-Gitter setzen und Neigung, Rotation und Drehung sehen, um 6 Freiheitsgrade für den Roboter zu sehen. Mit diesen Informationen kann ich erstens die Fähigkeiten des Roboters klassifizieren, und zweitens kann ich diese Informationen in Echtzeit nutzen, um die Position des Roboters zu steuern, wodurch er präziser wird.”

Dr. Lau brachte seine ersten Entwürfe zu seinem Chef und bat um die Erlaubnis, mit der Arbeit an einem Prototyp beginnen zu dürfen. “Er sagte: ‘Kam, ich weiß nicht, wie es funktionieren wird, aber probieren Sie es aus'”, erinnert sich Dr. Lau mit einem Lachen. “Ich sagte ihm, in sechs Monaten würde ich ihm einen Prototyp des Systems zeigen.”

Womit wir wieder bei dem Keller wären. “Es war genau wie damals, als ich jung war”, sagt Dr. Lau. “Ich bin durch den Schrottplatz der NBS gegangen und habe versucht, Teile herauszusuchen. Ich nahm ein ausrangiertes Laserinterferometer, einen sehr alten Drehtisch, und das bildete sozusagen die Basis für mein Laser Tracker System.”

Sechs Monate später auf den Tag genau, kehrte Dr. Lau in das Büro seines Chefs zurück. Es war nach 18:30 Uhr, und die meisten waren schon nach Hause gegangen. Dr. Lau fragte seinen Chef, ob er in den Keller kommen könne, um zu sehen, woran er gearbeitet hatte. “Er hatte es vergessen; er hatte keine Ahnung, was ich da machte”, lacht Dr. Lau. “Er war schockiert, als ich ihm diesen sehr primitiven Tracker zeigte, der aus alten, weggeworfenen Bauteilen bestand. Aber ich konnte ihm anschaulich demonstrieren, wie sich das Laserinterferometer auf einem Drehtisch hin und her bewegt, um das sich seitlich bewegende optische Ziel zu erfassen.”

Von da an ging alles sehr schnell. Zwei Tage später präsentierte er den Direktoren von NBS das erste Design des Laser Tracker. Und er war nicht mehr im Keller, sondern im Labor. Am nächsten Tag präsentierte Dr. Lau das System vor Vertretern der Army, Navy und Air Force. Das NBS-Marketingteam kam, um Fotos zu machen und Geschichten über den neuen Durchbruch zu veröffentlichen.

“Das Interesse war sehr groß”, erinnert sich Dr. Lau. “Und plötzlich hatten wir eine Finanzierung. Ich hatte allein gearbeitet, und jetzt wurde mir die Leitung eines Teams von vier oder fünf Leuten übertragen, um den ersten Prototyp zu bauen. Ich konnte mich mit den Details des Designs befassen und Teile herstellen, anstatt Komponenten vom Schrottplatz zu verwenden.” Mit dieser Finanzierung kamen eine Menge neuer Probleme, die es zu lösen galt, um den Tracker wiederholbar und in realen Fertigungssituationen einsetzbar zu machen. Aber Dr. Lau war nie besorgt.

Er hat wieder sein eigenes Spielzeug hergestellt.


LESEN SIE TEIL 2: Die Geburt von API

LESEN SIE TEIL 3: Dr.Lau Q & A

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