计量学的发展史:从国王的脚到光学测量系统

计量学起源于古代。最初的测量形式是为促进商业发展和记录人类活动而设立的。时间、重量和长度是最早的测量标准。

纵观整个人类历史,尺寸测量方法经历了数次演变。

下面是其中最重要的里程碑:

1789 年以前

国王的脚

据科学家们估算,欧洲各国采用的计量单位多达一千多种。pied du roi(国王的脚)是其中的卓越代表,是广泛采用的计量单位。然而,许多商人各自使用自己的测量工具,这为欺诈、勒索和歪曲留下了空间。直到公制系统建立,人类才开始进行度量系统的统一。

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1795

公制系统

法国大革命政府推出了公制系统,即现在的国际单位制。一米最初是指北极经巴黎到赤道之间距离的千万分之一。当然,尽管米的定义经过几个世纪的演变,但至今仍是所有测量工具的参考长度单位。

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1840

摄影测量

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François Arago

摄影术诞生后不久,摄影测量法便已开始使用。这要归功于法国大地测量学家 François Arago。他向法国科学院提出了一种采用三角测量的方法。借助这项技术,他可以基于不同视角拍摄的照片来确定对象的空间位置,而无需预先知道镜头的位置。

1848

SYSTEM PALMER(外径千分尺)

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法国发明家 J. Palmer的“System Palmer”获得专利,这是迄今仍广受认可的第一个采用 U 型主架的千分尺。现代的千分尺仍在效仿 System Palmer 的 U 型主架、测微套筒、套筒、测杆、基准座等基本设计。此外,所有千分尺和其他手工工具必须仍可溯源到国际标准。

1887

迈克尔逊干涉仪

美国物理学家 Albert A. Michelson 认为,相对以太运动的探测是可以测量的。为此,他发明了一种叫做干涉仪的新仪器。他的实验结果表明,地球没有相对以太运动。这一论据改变了物理学的基础,促进了 1905 年爱因斯坦相对论的诞生。1960年Maiman研制成功第一台红宝石激光器,从此开始了光学技术飞速发展的新时代。从此,激光干涉测量被广泛地用于长度、角度、微观形貌、转速、光谱等领域,并和微电子技术、计算机技术集成,成为现代干涉仪。

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1960

CMM

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60 年代初,坐标测量机首次出现,这个仪器由简单的 3D 跟踪设备制成,通过一个简单的数字显示装置 (DRO) 显示 XYZ 位置。最初的 CMM 是由苏格兰的 Ferranti 公司在 50 年代开发。但这台设备只有两个轴。最早的三轴原型于 20 世纪 60 年代诞生,是由意大利公司 DEA(现已归入 Hexagon Metrology Group 旗下)所发明。

之后不久,自动 CMM 于 60 年代问世,用以对 Concorde 超音速喷气发动机执行复杂的检查。

1980

便携式 CMM

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测量臂

80 年代,测量臂式的便携式 CMM 问世,使测量过程发生了翻天覆地的变革:现在,计量工具已走入生产车间。这次创新使人们不必再将制造零部件移动到专用的受控环境中。但是,由于测量臂采用了一项只能依赖于精密机械部件的传统技术,因此这些便携式 CMM 仍非常容易受环境引起的震动和不稳定因素的影响。因此在操作时需要采用相当多的防范措施。

1985

3D 扫描仪

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尽管第一台 3D 扫描仪在 60 年代就已经问世,但直到 1985 年,激光技术才应用到 3D 扫描领域。此前,3D 扫描设备使用灯光、照相机和投影仪来完成扫描。但是,对象的准确扫描过程非常耗时耗力。1985 年后,扫描仪开始采用白光、激光和阴影方式来捕捉物体表面。

1987

激光跟踪仪

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首个激光跟踪仪原型由 Kam Lau 博士于 1986 年开发。一年后,Kam Lau 博士创立了自己的公司 Automated Precision Inc.,对跟踪技术进行了完善,提高了建模精度和便携性。激光跟踪器仍是最为先进的大尺寸零部件(如飞行器机翼、汽车车架及大型加工设备)测量解决方案。然而,在高容量测量领域,它们面临着另一项技术——摄影测量的挑战。

2000

光学便携式 CMM

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光学便携式 CMM 于千禧年初出现在计量领域。光学便携式 CMM 将 CMM 的灵活性和有效性、便携式 CMM 的便携性和简易性,及其不易受震动影响的优势融于一身,是车间测量的理想选择。过去几年,此项技术经过多次改进和发展,现在已经能够与 CMM 相匹敌。现在,它们已经整合到检测过程中,甚至成为计量市场中最强劲的竞争者。

我国的计量仪器发展在近现代远远落后于西方发达国家,像国产激光干涉仪,直到2014年以后才开始大规模商用(由中图仪器研发生产推广),而激光跟踪仪目前还没有国产品牌,这颗计量领域的明珠有待国人去摘取!

计量学的发展史:从国王的脚到光学测量系统

SJ6000激光干涉仪


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