三坐標測量儀發(fā)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(guān)系。1962年菲亞特汽車公司一位質(zhì)量工程師在意大利都靈創(chuàng)建了世界上第一家專業(yè)制造坐標測量設(shè)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(shù)的三坐標測量儀，也相應(yīng)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(yīng)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(shù)據(jù)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(fā)展，測量機技術(shù)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(fā)效率。從90年代開始，隨著工業(yè)制造行業(yè)向集成化、柔性化和信息化發(fā)展，產(chǎn)品的設(shè)計、制造和檢測趨向一體化，這就對作為檢測設(shè)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(shè)備通訊的功能；

2、具有與CAD系統(tǒng)直接對話的標準數(shù)據(jù)協(xié)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(shè)備。

到1992年全球就擁有三坐標測量儀46100臺，工業(yè)發(fā)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(chǎn)始于20世紀70年代，現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用在機械制造、汽車、家電、電子、模具和航空航天等制造領(lǐng)域，并保持快速增長。這就是三坐標測量儀的發(fā)展史。

隨著人們生活水平的提高和制造業(yè)的快速發(fā)展，特別是機床、機械、汽車、航空航天和電子工業(yè)，各種復雜零件的研制和生產(chǎn)需要先進的檢測技術(shù)；同時為應(yīng)對全球競爭，生產(chǎn)現(xiàn)場非常重視提高加工效率和降低生產(chǎn)成本，其中，最重要的便是生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。為此，必須實行嚴格的質(zhì)量管理，只有在保證高質(zhì)量生產(chǎn)的前提下，制造業(yè)才能生存和發(fā)展。因此，為確保零件的尺寸和技術(shù)性能符合要求，必須進行精確的測量，因而體現(xiàn)三維測量技術(shù)的三坐標測量儀應(yīng)運而生，并迅速發(fā)展和日趨完善。三維測量是基于以下的客觀要求發(fā)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(tǒng)的測量方法不能滿足生產(chǎn)的需要。傳統(tǒng)測量方

法是指用傳統(tǒng)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(tǒng)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(jié)果不準；另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)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(wù)（如尺寸大、形狀較復雜）用傳統(tǒng)測量工具完成不了，且占用機時較長。

2、 由于機械加工、數(shù)控機床加工及自動加工線的發(fā)展，生產(chǎn)節(jié)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(chǎn)線，每輛車上有幾千甚至上萬個零件，這些零件是由專業(yè)化廠分散生產(chǎn)，最后集中部裝和總裝，每隔幾分鐘就生產(chǎn)出一輛車。

3、 在制造業(yè)中，大多數(shù)產(chǎn)品都是按照CAD數(shù)學模型在數(shù)控機床上制造完成的，它與原CAD數(shù)學模型

相比，確定其在加工制造中產(chǎn)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(tǒng)中可以用圖形方式顯示原CAD數(shù)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?qū)ぜM行精確測量，獲得準確的坐標測量結(jié)果，也可與原CAD數(shù)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(tǒng)的檢測方法則無法完成。

4、 隨著生產(chǎn)規(guī)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?qū)y量機直接串連到生產(chǎn)線上。檢驗的零件數(shù)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(chǎn)的需要。

5、 實現(xiàn)逆向（反求）工程的需要，例如隨著模具生產(chǎn)的發(fā)展，在當前的生產(chǎn)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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)的復雜模型。在這種情況下，傳統(tǒng)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(chǎn)。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(xiàn)在采用的是三維掃描測量出工件輪廓曲線、曲面等數(shù)據(jù)。因此需要與“數(shù)控機床”或“加工中心”相配合的三維檢測技術(shù)。

綜上所述，三坐標的出現(xiàn)是標志計量儀器從古典的手動方式向現(xiàn)代化自動測試技術(shù)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(shù)有重要作用。

1、實現(xiàn)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(nèi)可達1um以內(nèi)，

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(shù)控機床和加工中心配套組成生產(chǎn)加工線或柔性制造系統(tǒng)，從而促進了自

動生產(chǎn)線的發(fā)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(fā)展，促進了三維測量技術(shù)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(shù)據(jù)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(shù)的不斷成熟，同時滿足了高精度測量（質(zhì)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(fā)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。