讲解三坐标测量仪发展的历史、意义与作用

三坐标测量仪发展的历史、意义与作用

世界上第一台测量机是英国FERRANTI公司于1956年研制成功，当时的测量方式是三坐标测量仪测头接触工件后，靠脚踏板来记录当前坐标值，然后使用计算器来计算元素间的位置关系。1962年菲亚特汽车公司一位质量工程师在意大利都灵创建了世界上第一家专业制造坐标测量设备的公司，即先在仍然知名的DEA（Digital Electronic Automation）公司。随后，DEA公司先后推出了手动、机动并首先使用气浮导轨技术的三坐标测量仪，也相应配备了各种测头和软件，使之成为世界上最大的测量机供应商之一。1964年，瑞士SIP公司开始使用软件来计算两点间的距离，开始了利用软件进行测量数据计算的时代。随后的国ZEISS公司使用计算机辅助工件坐标系代替机械对准，从此三坐标测量仪具备了对工件基本几何元素尺寸、形位公差的检测功能。随着计算机的飞速发展，测量机技术进入了CNC控制机时代，完成了复杂机械零件的测量和空间自由曲线曲面的测量，测量模式增加和完善了自学习功能，改善了人机界面，使用专门测量语言，提高了测量程序的开发效率。从90年代开始，随着工业制造行业向集成化、柔性化和信息化发展，产品的设计、制造和检测趋向一体化，这就对作为检测设备的三坐标测量仪提出了更高的要求，从而提出了新一代测量机的概念。其特点是：

1、具有与外界设备通讯的功能；

2、具有与CAD系统直接对话的标准数据协议格式；

3、硬件电路趋于集成化,并以计算机扩展卡的形式,成为计算机的大型外部设备。

到1992年全球就拥有三坐标测量仪46100台，工业发达的欧美、日韩每6-7台机床配备一台三坐标测量仪，我国三坐标测量仪生产始于20世纪70年代，现在已被广泛应用在机械制造、汽车、家电、电子、模具和航空航天等制造领域，并保持快速增长。这就是三坐标测量仪的发展史。

随着人们生活水平的提高和制造业的快速发展，特别是机床、机械、汽车、航空航天和电子工业，各种复杂零件的研制和生产需要先进的检测技术；同时为应对全球竞争，生产现场非常重视提高加工效率和降低生产成本，其中，最重要的便是生产出高质量的产品。为此，必须实行严格的质量管理，只有在保证高质量生产的前提下，制造业才能生存和发展。因此，为确保零件的尺寸和技术性能符合要求，必须进行精确的测量，因而体现三维测量技术的三坐标测量仪应运而生，并迅速发展和日趋完善。三维测量是基于以下的客观要求发展起来的。

1、越来越多的工件需要进行空间三维测量，而传统的测量方法不能满足生产的需要。传统测量方

法是指用传统测量工具（如千分表、量块、卡尺等）进行的测量，属相对测量，因其测量基准为被加工面，而不是直接的主轴基准，是一种过度基准，再加上传统测量工具本身精度不高，同时人为测量操作随机性误差也较大，这些因素导致测量结果不准；另一方面传统测量工具量程小、被测工件尺寸、形状受到限制，许多测量任务（如尺寸大、形状较复杂）用传统测量工具完成不了，且占用机时较长。

2、 由于机械加工、数控机床加工及自动加工线的发展，生产节拍的加快，加工一个零件仅有几十分

钟或几分钟，要求加快对复杂工件的检测。例如：汽车和摩托车都采用流水生产线，每辆车上有几千甚至上万个零件，这些零件是由专业化厂分散生产，最后集中部装和总装，每隔几分钟就生产出一辆车。

3、 在制造业中，大多数产品都是按照CAD数学模型在数控机床上制造完成的，它与原CAD数学模型

相比，确定其在加工制造中产生的误差，就需用三坐标测量仪进行测量。在三坐标测量仪的软件系统中可以用图形方式显示原CAD数学模型，再按照可视化方式从图形上确定被测点，得到被测点的X、Y、Z坐标值及法向矢量，便可生成自动测量程序。三坐标测量仪可按法线方向对工件进行精确测量，获得准确的坐标测量结果，也可与原CAD数学模型进行比较并以图形方式显示，生成坐标检测报告（包括文本报告和图表报告），全过程直观快捷，而用传统的检测方法则无法完成。

4、 随着生产规模日益扩大，加工精度不断提高，除了需要高精度三坐标测量仪的计量室检测外，为

了便于直接检测工件，测量往往需要在加工车间进行，或将测量机直接串连到生产线上。检验的零件数量加大，科学化管理程度加强，因而需要各种精度的坐标测量机，以满足生产的需要。

5、 实现逆向（反求）工程的需要，例如随着模具生产的发展，在当前的生产制造中往往会碰到这么

一种情况，客户能提供给制造者的只有实物而没有任何图纸或CAD数据，特别是样件中有曲线、曲面等很难通过测量获得其准确的数据的复杂模型。在这种情况下，传统的加工方法是使用雕刻法或其他方法制作出一个一比一的模具，再用模具进行生产。这种方法无法获得工件准确的尺寸图纸，也很难对其外型进行修改。现在采用的是三维扫描测量出工件轮廓曲线、曲面等数据。因此需要与“数控机床”或“加工中心”相配合的三维检测技术。

综上所述，三坐标的出现是标志计量仪器从古典的手动方式向现代化自动测试技术过渡的一个里程碑。三坐标测量仪在下述方面对三维测量技术有重要作用。

1、实现了对基本的几何元素的高效率、高精度测量与评定，解决了复杂形状表面轮廓尺寸的测量，例如箱体零件的孔径与孔位、叶片与齿轮、汽车与飞机等的外廓尺寸检测。

2、 提高了三维测量的测量精度，目前高精度的 坐标测量机的单轴精度，每米长度内可达1um以内，

三维空间精度可达1um-2um。对于车间检测用的三坐标测量仪，每米测量精度单轴也达3um-4um。

3、 由于三坐标测量仪可与数控机床和加工中心配套组成生产加工线或柔性制造系统，从而促进了自

动生产线的发展。

4、 随着三坐标测量仪的精度不断提高，自动化程序不断发展，促进了三维测量技术的进步，大大地

提高了测量效率。尤其是电子计算机的引入，不但便于数据处理，而且可以完成CNC的控制功能，可缩短测量时间达95%以上。

5、 随着激光扫描技术的不断成熟，同时满足了高精度测量（质量检测）和激光扫描（逆向工程）多

功能复合型的三坐标测量仪的发展更好地满足了用户需求，大大降低用户投入成本，提高工作效率。