三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x發(fā)展的歷史、意義與作用

世界上第一臺(tái)測(cè)量機(jī)是英國(guó)FERRANTI公司于1956年研制成功，當(dāng)時(shí)的測(cè)量方式是三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)頭接觸工件后，靠腳踏板來記錄當(dāng)前坐標(biāo)值，然后使用計(jì)算器來計(jì)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(biāo)測(cè)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(dòng)、機(jī)動(dòng)并首先使用氣浮導(dǎo)軌技術(shù)的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，也相應(yīng)配備了各種測(cè)頭和軟件，使之成為世界上最大的測(cè)量機(jī)供應(yīng)商之一。1964年，瑞士SIP公司開始使用軟件來計(jì)算兩點(diǎn)間的距離，開始了利用軟件進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算的時(shí)代。隨后的國(guó)ZEISS公司使用計(jì)算機(jī)輔助工件坐標(biāo)系代替機(jī)械對(duì)準(zhǔn)，從此三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x具備了對(duì)工件基本幾何元素尺寸、形位公差的檢測(cè)功能。隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，測(cè)量機(jī)技術(shù)進(jìn)入了CNC控制機(jī)時(shí)代，完成了復(fù)雜機(jī)械零件的測(cè)量和空間自由曲線曲面的測(cè)量，測(cè)量模式增加和完善了自學(xué)習(xí)功能，改善了人機(jī)界面，使用專門測(cè)量語言，提高了測(cè)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(jì)、制造和檢測(cè)趨向一體化，這就對(duì)作為檢測(cè)設(shè)備的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x提出了更高的要求，從而提出了新一代測(cè)量機(jī)的概念。其特點(diǎn)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(duì)話的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)協(xié)議格式；

3、硬件電路趨于集成化,并以計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡的形式,成為計(jì)算機(jī)的大型外部設(shè)備。

到1992年全球就擁有三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x46100臺(tái)，工業(yè)發(fā)達(dá)的歐美、日韓每6-7臺(tái)機(jī)床配備一臺(tái)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，我國(guó)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x生產(chǎn)始于20世紀(jì)70年代，現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用在機(jī)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(zhǎng)。這就是三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x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(jī)床、機(jī)械、汽車、航空航天和電子工業(yè)，各種復(fù)雜零件的研制和生產(chǎn)需要先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)；同時(shí)為應(yīng)對(duì)全球競(jìng)爭(zhēng)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)行嚴(yán)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(jìn)行精確的測(cè)量，因而體現(xiàn)三維測(cè)量技術(shù)的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x應(yīng)運(yùn)而生，并迅速發(fā)展和日趨完善。三維測(cè)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(jìn)行空間三維測(cè)量，而傳統(tǒng)的測(cè)量方法不能滿足生產(chǎn)的需要。傳統(tǒng)測(cè)量方

法是指用傳統(tǒng)測(cè)量工具（如千分表、量塊、卡尺等）進(jìn)行的測(cè)量，屬相對(duì)測(cè)量，因其測(cè)量基準(zhǔn)為被加工面，而不是直接的主軸基準(zhǔn)，是一種過度基準(zhǔn)，再加上傳統(tǒng)測(cè)量工具本身精度不高，同時(shí)人為測(cè)量操作隨機(jī)性誤差也較大，這些因素導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)；另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)測(cè)量工具量程小、被測(cè)工件尺寸、形狀受到限制，許多測(cè)量任務(wù)（如尺寸大、形狀較復(fù)雜）用傳統(tǒng)測(cè)量工具完成不了，且占用機(jī)時(shí)較長(zhǎng)。

2、 由于機(jī)械加工、數(shù)控機(jī)床加工及自動(dòng)加工線的發(fā)展，生產(chǎn)節(jié)拍的加快，加工一個(gè)零件僅有幾十分

鐘或幾分鐘，要求加快對(duì)復(fù)雜工件的檢測(cè)。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(gè)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(xué)模型在數(shù)控機(jī)床上制造完成的，它與原CAD數(shù)學(xué)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(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量。在三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的軟件系統(tǒng)中可以用圖形方式顯示原CAD數(shù)學(xué)模型，再按照可視化方式從圖形上確定被測(cè)點(diǎn)，得到被測(cè)點(diǎn)的X、Y、Z坐標(biāo)值及法向矢量，便可生成自動(dòng)測(cè)量程序。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x可按法線方向?qū)ぜM(jìn)行精確測(cè)量，獲得準(zhǔn)確的坐標(biāo)測(cè)量結(jié)果，也可與原CAD數(shù)學(xué)模型進(jìn)行比較并以圖形方式顯示，生成坐標(biāo)檢測(cè)報(bào)告（包括文本報(bào)告和圖表報(bào)告），全過程直觀快捷，而用傳統(tǒng)的檢測(cè)方法則無法完成。

4、 隨著生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，加工精度不斷提高，除了需要高精度三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的計(jì)量室檢測(cè)外，為

了便于直接檢測(cè)工件，測(cè)量往往需要在加工車間進(jìn)行，或?qū)y(cè)量機(jī)直接串連到生產(chǎn)線上。檢驗(yàn)的零件數(shù)量加大，科學(xué)化管理程度加強(qiáng)，因而需要各種精度的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，以滿足生產(chǎn)的需要。

5、 實(shí)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(dāng)前的生產(chǎn)制造中往往會(huì)碰到這么

一種情況，客戶能提供給制造者的只有實(shí)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(cè)量獲得其準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)的復(fù)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(gè)一比一的模具，再用模具進(jìn)行生產(chǎn)。這種方法無法獲得工件準(zhǔn)確的尺寸圖紙，也很難對(duì)其外型進(jìn)行修改?，F(xiàn)在采用的是三維掃描測(cè)量出工件輪廓曲線、曲面等數(shù)據(jù)。因此需要與“數(shù)控機(jī)床”或“加工中心”相配合的三維檢測(cè)技術(shù)。

綜上所述，三坐標(biāo)的出現(xiàn)是標(biāo)志計(jì)量?jī)x器從古典的手動(dòng)方式向現(xiàn)代化自動(dòng)測(cè)試技術(shù)過渡的一個(gè)里程碑。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x在下述方面對(duì)三維測(cè)量技術(shù)有重要作用。

1、實(shí)現(xiàn)了對(duì)基本的幾何元素的高效率、高精度測(cè)量與評(píng)定，解決了復(fù)雜形狀表面輪廓尺寸的測(cè)量，例如箱體零件的孔徑與孔位、葉片與齒輪、汽車與飛機(jī)等的外廓尺寸檢測(cè)。

2、 提高了三維測(cè)量的測(cè)量精度，目前高精度的 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的單軸精度，每米長(zhǎng)度內(nèi)可達(dá)1um以內(nèi)，

三維空間精度可達(dá)1um-2um。對(duì)于車間檢測(cè)用的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，每米測(cè)量精度單軸也達(dá)3um-4um。

3、 由于三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x可與數(shù)控機(jī)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(jìn)了自

動(dòng)生產(chǎn)線的發(fā)展。

4、 隨著三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的精度不斷提高，自動(dòng)化程序不斷發(fā)展，促進(jìn)了三維測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，大大地

提高了測(cè)量效率。尤其是電子計(jì)算機(jī)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(cè)量時(shí)間達(dá)95%以上。

5、 隨著激光掃描技術(shù)的不斷成熟，同時(shí)滿足了高精度測(cè)量（質(zhì)量檢測(cè)）和激光掃描（逆向工程）多

功能復(fù)合型的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x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。