三坐標測量儀發展的歷史、意義與作用

世界上第一臺測量機是英國FERRANTI公司于1956年研制成功，當時的測量方式是三坐標測量儀測頭接觸工件后，靠腳踏板來記錄當前坐標值，然后使用計算器來計算元素間的位置關系。1962年菲亞特汽車公司一位質量工程師在意大利都靈創建了世界上第一家專業制造坐標測量設備的公司，即先在仍然知名的DEA（Digital Electronic Automation）公司。隨后，DEA公司先后推出了手動、機動并首先使用氣浮導軌技術的三坐標測量儀，也相應配備了各種測頭和軟件，使之成為世界上最大的測量機供應商之一。1964年，瑞士SIP公司開始使用軟件來計算兩點間的距離，開始了利用軟件進行測量數據計算的時代。隨后的國ZEISS公司使用計算機輔助工件坐標系代替機械對準，從此三坐標測量儀具備了對工件基本幾何元素尺寸、形位公差的檢測功能。隨著計算機的飛速發展，測量機技術進入了CNC控制機時代，完成了復雜機械零件的測量和空間自由曲線曲面的測量，測量模式增加和完善了自學習功能，改善了人機界面，使用專門測量語言，提高了測量程序的開發效率。從90年代開始，隨著工業制造行業向集成化、柔性化和信息化發展，產品的設計、制造和檢測趨向一體化，這就對作為檢測設備的三坐標測量儀提出了更高的要求，從而提出了新一代測量機的概念。其特點是：

1、具有與外界設備通訊的功能；

2、具有與CAD系統直接對話的標準數據協議格式；

3、硬件電路趨于集成化,并以計算機擴展卡的形式,成為計算機的大型外部設備。

到1992年全球就擁有三坐標測量儀46100臺，工業發達的歐美、日韓每6-7臺機床配備一臺三坐標測量儀，我國三坐標測量儀生產始于20世紀70年代，現在已被廣泛應用在機械制造、汽車、家電、電子、模具和航空航天等制造領域，并保持快速增長。這就是三坐標測量儀的發展史。

隨著人們生活水平的提高和制造業的快速發展，特別是機床、機械、汽車、航空航天和電子工業，各種復雜零件的研制和生產需要先進的檢測技術；同時為應對全球競爭，生產現場非常重視提高加工效率和降低生產成本，其中，最重要的便是生產出高質量的產品。為此，必須實行嚴格的質量管理，只有在保證高質量生產的前提下，制造業才能生存和發展。因此，為確保零件的尺寸和技術性能符合要求，必須進行精確的測量，因而體現三維測量技術的三坐標測量儀應運而生，并迅速發展和日趨完善。三維測量是基于以下的客觀要求發展起來的。

1、越來越多的工件需要進行空間三維測量，而傳統的測量方法不能滿足生產的需要。傳統測量方

法是指用傳統測量工具（如千分表、量塊、卡尺等）進行的測量，屬相對測量，因其測量基準為被加工面，而不是直接的主軸基準，是一種過度基準，再加上傳統測量工具本身精度不高，同時人為測量操作隨機性誤差也較大，這些因素導致測量結果不準；另一方面傳統測量工具量程小、被測工件尺寸、形狀受到限制，許多測量任務（如尺寸大、形狀較復雜）用傳統測量工具完成不了，且占用機時較長。

2、 由于機械加工、數控機床加工及自動加工線的發展，生產節拍的加快，加工一個零件僅有幾十分

鐘或幾分鐘，要求加快對復雜工件的檢測。例如：汽車和摩托車都采用流水生產線，每輛車上有幾千甚至上萬個零件，這些零件是由專業化廠分散生產，最后集中部裝和總裝，每隔幾分鐘就生產出一輛車。

3、 在制造業中，大多數產品都是按照CAD數學模型在數控機床上制造完成的，它與原CAD數學模型

相比，確定其在加工制造中產生的誤差，就需用三坐標測量儀進行測量。在三坐標測量儀的軟件系統中可以用圖形方式顯示原CAD數學模型，再按照可視化方式從圖形上確定被測點，得到被測點的X、Y、Z坐標值及法向矢量，便可生成自動測量程序。三坐標測量儀可按法線方向對工件進行精確測量，獲得準確的坐標測量結果，也可與原CAD數學模型進行比較并以圖形方式顯示，生成坐標檢測報告（包括文本報告和圖表報告），全過程直觀快捷，而用傳統的檢測方法則無法完成。

4、 隨著生產規模日益擴大，加工精度不斷提高，除了需要高精度三坐標測量儀的計量室檢測外，為

了便于直接檢測工件，測量往往需要在加工車間進行，或將測量機直接串連到生產線上。檢驗的零件數量加大，科學化管理程度加強，因而需要各種精度的坐標測量機，以滿足生產的需要。

5、 實現逆向（反求）工程的需要，例如隨著模具生產的發展，在當前的生產制造中往往會碰到這么

一種情況，客戶能提供給制造者的只有實物而沒有任何圖紙或CAD數據，特別是樣件中有曲線、曲面等很難通過測量獲得其準確的數據的復雜模型。在這種情況下，傳統的加工方法是使用雕刻法或其他方法制作出一個一比一的模具，再用模具進行生產。這種方法無法獲得工件準確的尺寸圖紙，也很難對其外型進行修改。現在采用的是三維掃描測量出工件輪廓曲線、曲面等數據。因此需要與“數控機床”或“加工中心”相配合的三維檢測技術。

綜上所述，三坐標的出現是標志計量儀器從古典的手動方式向現代化自動測試技術過渡的一個里程碑。三坐標測量儀在下述方面對三維測量技術有重要作用。

1、實現了對基本的幾何元素的高效率、高精度測量與評定，解決了復雜形狀表面輪廓尺寸的測量，例如箱體零件的孔徑與孔位、葉片與齒輪、汽車與飛機等的外廓尺寸檢測。

2、 提高了三維測量的測量精度，目前高精度的 坐標測量機的單軸精度，每米長度內可達1um以內，

三維空間精度可達1um-2um。對于車間檢測用的三坐標測量儀，每米測量精度單軸也達3um-4um。

3、 由于三坐標測量儀可與數控機床和加工中心配套組成生產加工線或柔性制造系統，從而促進了自

動生產線的發展。

4、 隨著三坐標測量儀的精度不斷提高，自動化程序不斷發展，促進了三維測量技術的進步，大大地

提高了測量效率。尤其是電子計算機的引入，不但便于數據處理，而且可以完成CNC的控制功能，可縮短測量時間達95%以上。

5、 隨著激光掃描技術的不斷成熟，同時滿足了高精度測量（質量檢測）和激光掃描（逆向工程）多

功能復合型的三坐標測量儀的發展更好地滿足了用戶需求，大大降低用戶投入成本，提高工作效率。