技术分享 | 坐标测量技术的演变

       “坐标测量” 的原理：任何形状都是由空间点组成，所有的几何量测量都可以归结为空间点的测量，因此精确进行空间点坐标的采集，是评定任何几何形状的基础。从理论上讲，通过坐标测量技术可以对空间任意处的点、线、面及相互位置进行测量。

       自古以来，人们就用到了几何量测量的标准量值及器具，人们惊异的发现，古代人在建造长城、金字塔时所用的工具及测量方法都已经达到了很先进的水平；埃及的建筑工人只有简单的铅垂线、木制方尺和直尺，但他们的测量可精确到毫米。Gizeh 金字塔是由上千个只有极少建筑常识的工人完成的，而它的尺寸、边线差异不超过平均长度的 0.05％——这意味着在横跨 230 米的区间内，只有 0.11 米的偏差。 

       手指的宽度、脚的长度、步幅的距离、犁沟的长度，在古代，都被创造性地用于几何量测量。古代的埃及人定义了手指、手掌、手、肘作为长度单位；罗马人将脚和步长定为长度单位，也就是我们现在所说的英尺。随后，人们又定义了重量单位，发明了关于测量温度和压力的方法，公布了关于度量衡的法定标准，推出了各种长度和内径、外径测量仪器，所有这些科学技术的发展构成了我们今天坐标计量技术的基础。

       《史记·夏本纪第二》

       “禹为人敏给克勤；其德不违，其仁可亲，其言可信；声为律，身为度，称以出。……禹乃遂与益、后稷奉帝命，命诸侯百姓兴人徒以傅土，行山表木……左准绳，右规矩，……载四时，以开九州，通九道，陂九泽，度九山”

       随着工业现代化进程的发展，伴随着众多制造业如汽车、电子、航空航天、机床及模具工业的蓬勃兴起和大规模生产的需要，要求零部件具备高度的互换性，并对尺寸位置和形状提出了严格公差要求，在加工设备提高工效、自动化更强的基础上，要求计量检测手段应当高速、柔性化、通用化，而固定的、专用的或手动的工量具大大限制了大批量制造和复杂零件加工业的发展；平板加高度尺加卡尺的检验模式已完全不适用于现代柔性制造和更多复杂状工件测量的需要，所有这些促成了坐标测量行业的形成与发展。

       1956年，世界上第一台现代意义上的三坐标测量机被制造了出来，标志着现代化的坐标测量技术发展到了一个新的阶段。坐标测量机的基本原理是将被测零件放入它允许的测量空间，精确地测出被测零件表面的点在空间三个坐标位置的数值，将这些点的坐标数值经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其它几何量数据。光栅尺及以后的容栅、磁栅、激光干涉仪的出现，革命性地把尺寸信息数字化，不但可以进行数字显示，而且为几何量测量的计算机处理、进而用于控制打下基础。

世界上第一台龙门式三坐标测量机

       1956 年世界上出现了由英国 Ferranti 公司开发的首台用光栅作为长度基准、并用数字显示的现代意义上的三坐标测量机。

       1962 年，作为 FIAT(菲亚特)汽车公司质量控制工程师的 Fraorinco Sartorio 先生，在意大利都灵市创建了 DEA，成为世界上第一家专业制造坐标测量设备的公司，同时在公司的命名上还富有前瞻性地预见到数字技术的广泛应用，并继而在推动坐标测量机在制造业，尤其是汽车、航空航天等大型零部件精密测量方面发挥着重要作用。

       1963 年 10 月，DEA 公司的第一台行程为2500 × 1600 × 600 mm 的 龙 门 式 测 量 机ALPHA(也是世界上第一台龙门式测量机)出现在米兰的欧洲机床展览会上，从而开创了坐标测量技术的新领域，并使得几何量质量控制技术成为工业生产的重要因素。

       1972 年，当时身为 Rolls-Royce 公司副总设计师的 David McMurtry 为了帮助解决协和号飞机发动机上直径为 6.35 mm 复杂形状的油管直径的测量难题，发明了世界上第一个接触式触发测头，由于应用了三点支撑的静定结构、测头对所面临的测量任务有足够的精度和稳定性， 精度能达到0.01mm 以内。

       由于触发测头的出现，使得测量机从只能静态测量，发展到在运动中测量，同时根据被测物体不同的形状、材料和测量要求，又相继推出各种接触和非接触测头；其中又有触发、扫描方式之分。

       随着测量系统机械性能的提高，伴随着控制和软件技术的迅猛发展，测量机已从早期的手动型、机动型迅速转化为数控型；使得速度更快，精度更高，并大大简化了测量操作人员日常的工作强度。同时，随着数控坐标测量系统的推动，各种自动的测头探针更换位置，自动上下料机构相继出现，使得测量系统能够很好地整合在现代化工业生产中，发挥着主要作用。

       坐标测量技术与软件技术的日益紧密结合，使得测量机的用途日益强大，从单纯质量保证过程中的测量设备转化为设计、工艺、制造和检测环节中不可缺少的重要设备。尤其是伴随着数字技术和 CAD 技术的广泛发展和应用，测量软件成为测量机与其他外设、加工设备和 CAD 系统沟通的桥梁。测量机不再是消极的是/不是的判定的角色，而能够广泛用作逆向设计、生产监测、信息统计、反馈信息等多种用途。

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