坐标测量技术半世纪——-演变与趋势

    坐标测量机是衡量精密制造和测量水平的重要标志． 美国、德国、日本等工业发达国家曾投入巨资发展坐标测量技术，产生了 Hexagon、Zeiss、Mitutoyo 等全球著名品牌． 目前，中小型坐标测量技术已经成熟，大型和微型坐标测量技术发展较快，智能坐标测量技术成为研究热点，坐标测量技术已成为现代先进制造和科学研究的保障^［1-2］．

    1 十大标志性事件

    1. 1 第一台坐标测量机

    1959 年苏格兰 Ferranti 公司展出了第一台坐标测量机． 该测量机为直角坐标测量机，在 x 轴和 y 轴上设置了 2 个可移动的导轨和读数装置，并在 z 向上放置位移传感器，测量精度为 0. 001 inch^［3］． 由于没有可移动的 z 轴，该测量机仅是一台准三维坐标测量机． 坐标测量机将测量技术革命性地从传统的比较式测量模式带入空间点坐标测量模式． 此后，意大利 DEA 公司研制了配置硬测头的第一台真正意义上的三维坐标测量机; 英国 LK 公司制造了移动桥式三坐标测量机，该结构因开敞性好而成为主流．

    1. 2 第一台激光跟踪仪

    1968 年美国 Sandia 国家实验室研制了激光跟踪仪^［4］． 激光跟踪仪基于球坐标测量原理进行坐标测量，跟踪镜发出的激光在安置于目标点的反射镜上发生反射，回到跟踪镜，当目标移动时，跟踪镜调整光束方向来对准反射镜; 返回光束为检测系统所接收，用来测算目标的空间位置． 激光跟踪仪量程为几十米甚至上百米，分辨率为微米或亚微米级． 激光跟踪仪已经成为航空航天、汽车制造、船舶舰艇以及大尺寸测量等领域的关键仪器． 目前，生产激光跟踪仪的公司有美国 API 公司、瑞士 Leica 公司、美国 FARO 公司以及德国 ETALON 公司等．

    1. 3 第一个触发式测头

    1972 年 David McMurtry 发明了触发式测头^［5］． 其测量原理是，当测球和被测工件接触时，电开关发出脉冲信号，仪器定位系统锁存测球球心坐标值． 触发式测头的出现使测量从依靠人工读数转入了借助工具读数，提高了探测的重复性和精度． 此后，英国 Renishaw 公司推出了 PH9 电动测头，推动了测量的自动化． 1986 年 Heath 设计了基于光学三角测量原理的非接触式测头^［6］，从此，接触式测头无法完成的精密测量得以实现．

    1. 4 第一台计算机数字控制的坐标测量机

    1973 年德国 Zeiss 公司推出了第一台计算机数字控制( computer numerical control，CNC) 的三坐标测量机 UMM 500． 该测量机采用 HP9810 计算机，并配置了接触式扫描测头，三轴测量精度达到 0. 5 μm．CNC 数控系统提高了坐标测量技术的自动化水平，奠定了快速扫描测量的基础，提高了测量效率和精度，增强了坐标测量机的功能．