瑞淀庆祝成立30周年 – 光源成像测角仪（SIG）发展历史第2部分：叉车、占用空间和框架

Rick Albrecht 是一名光学工程师，于1995年加入瑞淀。他是瑞淀光源成像测角仪® (SIG)系统发明人。点击以下链接，阅读SIG系统发展历史第1部分：测角法获得市场认可。

重型设备吊升

瑞淀首款SIG系统（SIG-100）重量约为250磅。第二款SIG系统称为SIG-200，重量约为1400磅。当设备重量超过数百磅时，搬运和运输物流规划变得非常重要。我们必须在这些SIG系统的设计中增添起吊点和运输支架。

当时，我住在美国北卡罗来纳州教堂山（Chapel Hill），所有零件均在位于达勒姆（Durham）的一个车间里制造，距离我的住宅约14英里。当SIG系统焊接、机加工和喷漆完成后，我将拖车倒进车间，拖车上放置着运输板条箱，然后使用一台1吨重的桥式起重机将SIG系统装载到拖车上。然后，我驾驶拖车将SIG系统运回至我的住宅。我在住宅地下室设立了一个车间。

SIG系统放置在拖车上。

Ron [Rykowski, 创始人]正在操作手摇式起重机将SIG系统从拖车上吊起，并将其安置在滚动底座上。

首台SIG-200设备，图为安装电机和电子设备之前。Rick（左）完成SIG系统组装期间，Ron（右二）和Joel Diester（右）负责开发软件。

大约一个半月后，我们将首台SIG-200设备运送给客户。然后建造了第二台SIG-200设备，并将其运送至Radiant Imaging 公司位于美国华盛顿州杜瓦尔（Duval）的新办公室。在叉车的帮助下，我们将SIG-200设备从运输板条箱中吊出，并在滚动支架上进行组装。

SIG-200系统抵达美国华盛顿州杜瓦尔（Duval）办公室。

最终装配是在杜瓦尔办事处的实验室完成的。SIG-200系统比SIG-100系统更坚固耐用，并且能够更准确地表征较小型光源。

SIG-200系统能够更准确地表征小型光源。

这套第二代SIG系统的尺寸相当大，需要很大的操作空间，尤其是在水平位置。除了考虑测试光源的尺寸外，由于需要进行水平扫描，该系统还需要占用扫描实验室的大量空间。

为了找到减少占用空间需求的方法，我需要开发出一种特殊配置，能够进行水平扫描，但无需翻转整个SIG系统。为了演示这种配置，我制作了一个木质模型，以展示SIG系统需要进行的运动。该模型用于许多演示。这种配置促进了SIG-300系统的设计。

SIG-300系统木质模型。

SIG-300系统的最大视场约为SIG-200系统的一半，但正如下图所示，其尺寸不到SIG-200系统的一半。

SIG-300系统置于定制带轮平台上。

SIG-300系统并非为了扫描大型高功率弧光灯而设计。虽然这款SIG系统可以进行水平扫描，但可能发生碰撞情况。这使软件设计变得更加复杂。在早期的测试中，出现过一些碰撞情况，导致部分小型精密XYZ平台出现故障。为了防止在测试过程中发生严重碰撞，我们使用聚苯乙烯泡沫塑料制作水平臂，如下图所示。

测试过程中使用的临时聚苯乙烯泡沫塑料臂，以避免损坏其他零部件。

此外还增添了一些联锁和软件安全检查环节。最终，我们决定使用磁铁来连接水平臂，以向客户提供额外的安全保障。在计算机软件出错，导致撞到水平臂的情况下，水平臂将会自行断开，避免遭受损坏。磁铁设计使得连接垂直或水平臂变得非常容易。

已连接水平臂的SIG 300系统。对位治具安装在水平臂上，末端装有一个白球。

LED改变照明行业

随着LED技术开始拓展新的应用领域，高精度、高倍率SIG系统拥有了新的市场。SIG系统设计从定义最大视场和最小视场开始。光路长度是固定的，需要定义合适的长度。

由于有些LED芯片的尺寸仅为0.25毫米，因此非常重要的一点是不仅需要放大图像，而且运动精度必须比任何SIG系统高出数倍。好消息是无需进行水平扫描，也无需反光镜。SIG-400系统是SIG系列的新一代产品。

SIG-400系统。

由于该测角仪系统具有较高的放大倍率，因此需要构建性能卓越的镜头和相机支持。除了性能卓越之外，另一个重要方面在于让客户能够方便地更换镜头，并将对焦范围控制在一毫米以内。该系统的放大倍率范围（从最小视场到最大视场）约为160:1。相比前几代SIG系统，这个范围较为巨大。该系统的成功开发得益于我们过去多年开发前几代SIG系统所积累的经验。

重新设计

当我认为我们需要的所有SIG系统均已设计完成时，客户需求清单上又增添了一款产品。SIG-200系统已投入运行10年时间，自开始运行以来，技术领域已取得许多进步。一家客户要求我们提供具有SIG-200系统卓越性能但占用空间更小的SIG系统。

设计方法是使用相同的SIG-300通用概念，但将性能增加到SIG-200的范围。由于尺寸增加，我们仅需使用一个反光镜，而非跟SIG-300系统一样使用两个反光镜。这略微简化了光学系统。我们将这款超大型设备称为SIG-310系统。

一直向右滚动

在构建和交付SIG系统的过程中，我们积累了许多经验教训，其中之一就是必须确保具有适当的物流设施用于移动和搬运这些重达数百磅的设备。客户需要能够将零部件从运输板条箱中吊出，并且该设备需要移动经过标准门道，并在狭窄的走廊内顺利穿过拐角。我们向客户提供了一份规格表，详细注明了这些要求。这有助于客户准备好接收测角仪系统，并将其安置在相关实验室内。

在客户订购SIG-310系统的情况下，运输板条箱配备了坡道。在将车轮用螺栓固定好之后，在汽车千斤顶的帮助下，该系统可以在必要时滚动前进。一方面，SIG系统顶部设计有一个吊环；与此同时，客户还可以选择使用坡道将SIG系统从板条箱中取出，无需使用重型设备吊升装置。

首台SIG-310设备准备好滚下定制货盘，该货盘构成运输板条箱的底部。

多种配置

在下面的图片中，承载相机和光学元件的方位臂处于初始位置。通过将该方位臂旋转180度，可提供足够的间隙，以移动经过标准门道。请注意框架底部带有白色支腿的悬臂，其用于提供更稳定的底座，并以运动方式连接到主框架。

在这张图片中，SIG-310系统设置为标准垂直扫描，测试光源安装在黄铜条上。

SIG-310系统的方位臂处于初始位置，用于标准垂直扫描。

下一张图片显示了用于反向垂直扫描的SIG系统设置。其需要大量框架将测试光源保持在该位置，并为相机提供适当的间隙，以到达所有需要的位置。

用于反向垂直扫描的SIG-310系统设置。

将框架的上部移除后，可以将测试光源安装在水平位置，如下图所示。

发明人Rick Albrecht及其发明的SIG-310系统。

增加框架重量

要将测试灯具固定在这些非标准位置，框架需要达到一定的重量，并要求将非常坚固耐用的XY平台连接到极向旋转平台的顶部。市场上并无现成的可用平台能够满足这些重量和精度要求。为此，我们专门设计和构建了一种定制平台。

对光源进行表征用于光学设计的过程现已取得大量改进。最初提出的简单概念现已演变成为非常复杂而先进的过程，并且提高了光线追踪计算的准确性。我们在这段发展简史介绍中探讨的测角仪设备展示了这项技术的部分演变。对于这位机械/光学工程师而言，能够致力于研究和开发此系列设备是一件非常开心的事情。