坐標測量技術是衡量精密制造和測量水平的重要標志。美、德、日等工業發達國家都曾投入大量人力物力發展坐標測量技術，產生了如Hexagon、Zeiss、Mitutoyo等。直至目前，中小型坐標測量技術已成熟，大型和微型坐標測量技術發展迅速，智能坐標測量技術則成為研究熱點。
　　
　　回顧：標志性事件
　　
　　*臺坐標測量機
　　
　　1959年，法國巴黎機床博覽會上，蘇格蘭Ferranti公司展出了*臺坐標測量機。該測量機為直角坐標測量機，在x軸和y軸上設置了2個可移動的導軌和讀數裝置，并在z向上放置位移傳感器，測量精度為0.001inch。自此，坐標測量機將測量技術革命性地從傳統的比較式測量模式帶入空間點坐標測量模式。
　　
　　*臺激光跟蹤儀
　　
　　1968年，美國Sandia國家實驗室研制了激光跟蹤儀。激光跟蹤儀基于球坐標測量原理進行坐標測量，跟蹤鏡發出的激光在安置于目標點的反射鏡上發生反射，回到跟蹤鏡，當目標移動時，跟蹤鏡調整光束方向來對準反射鏡；返回光束為檢測系統所接收，用來測算目標的空間位置。激光跟蹤儀量程為幾十米甚至上百米，分辨率為微米或亞微米級。
　　
　　*個觸發式測頭
　　
　　1972年，DavidMcMurtry發明了觸發式測頭。其原理是，當測球和被測工件接觸時，電開關發出脈沖信號，儀器定位系統鎖存測球球心坐標值。觸發式測頭的出現使測量從依靠人工讀數轉入了借助工具讀數，提高了探測的重復性和精度。
　　
　　*臺CNC控制的坐標測量機
　　
　　1973年，德國Zeiss公司推出了*臺計算器數字控制（CNC）的三坐標測量機UMM500（如右圖）。該測量機采用HP9810計算器，并配置了接觸式掃描測頭，三軸測量精度達到0.5μm。CNC數控系統提高了坐標測量技術的自動化水平，奠定了快速掃描測量的基礎，提高了測量效率和精度，并增強了坐標測量機的功能。
　　
　　*次提出軟件補償誤差技術
　　
　　1977年，R.Hocken等在MooreN.5坐標測量機上實現了誤差的軟件補償，并為此獲得了生產工程科學院的泰勒獎章。1985年天津大學精密儀器與光電子工程學院張國雄教授等對坐標測量機進行了軟件誤差補償，將精度從20μm提高到2μm。此后，各種軟件誤差補償技術迅速發展，如熱誤差補償、動態誤差補償等，并獲得廣泛應用。
　　
　　*臺并聯機構坐標測量機
　　
　　1978年，前蘇聯Lapik公司推出了并聯機構坐標測量機。該測量機具有結構剛性大、運動速度高、誤差不疊加等特點，改善了測量精度和效率。
　　
　　*次提出智能坐標測量技術
　　
　　1984年，TheodoreH.Hopp等對智能坐標測量技術進行了初步探索，提出從CAD數據庫中提取公差項和測量項目，并利用它們來驅動測量的規劃和伺服控制。此后，智能坐標測量技術不斷發展。2004年，筆者提出了“免形狀（form-free）”測量模式，并據此研制了復雜形狀測量機FormFree300。該測量機的意義在于：一臺儀器就是一個“開放”的平臺，不依賴于被測對象；能快速實現未知形狀的識別；在“免形狀”測量模式下，擴展了精密量儀的功能，減少了儀器配置；更*地避免了操作人員的干預，有利于提高測量精度并降低了人員的勞動強度。
　　
　　*臺關節式坐標測量機
　　
　　1986年，日本小坂研究所的小美濃武久等研制了關節式坐標測量機。關節式坐標測量機由多個關節組成，安裝有探測系統的測量臂可由人牽引對零件表面進行測量。安裝在關節上的角度傳感器獲得轉動角度，結合臂長可計算出測量點的坐標值。其主要優點為量程大、體積小、質量輕、靈活方便、便于現場測量。
　　
　　*個測量軟件標準
　　
　　1983年，美國CAM–I公司對坐標測量機編程規范和尺寸測量接口標準（DMIS）發起討論，zui早的DMIS版本于1987年問世。DMIS的目的是為計算器系統和檢測設備之間提供一個雙向的檢測數據標準，利用這些標準可以為檢測程序和檢測結果建立一個中性格式。DMIS綜合了用戶和制造商的意見，開創了編制坐標測量行業規范的先河，奠定了坐標測量軟件的標準基礎。
　　
　　*臺納米坐標測量機
　　
　　1999年，英國國家物理實驗室（NPL）基于商用測量機PMM12106研制了一臺小量程測量機。該測量機的空間量程為50mm×50mm×50mm，測量不確定度為50nm。納米三坐標測量機開創了坐標測量精度新紀元，從而為微型制造奠定了堅定的技術基礎。
　　
　　現狀：競爭造就精細技術
　　
　　基本情況
　　
　　當前，坐標測量技術的發展現狀可概括為5大點，分別是：直角（正交）坐標測量機和非直角（非正交）坐標測量機并存；中小型坐標測量技術已趨成熟，生產型、精密型和計量型等多種精度等級的坐標測量機日益滿足現代*制造與科學研究需要；大尺寸坐標測量機發展迅速；微型/納米級坐標測量機成為研究熱點；新材料在測量機中應用普遍。
　　
　　直角坐標測量機包括移動橋式坐標測量機、固定橋式坐標測量機、移動工作臺式坐標測量機、懸臂式坐標測量機等形式。非直角坐標測量機則包括并聯機構坐標測量機、關節式坐標測量機、激光跟蹤儀、全站儀等。其中，激光跟蹤儀、全站儀、經緯儀等已成為移動測量和大尺寸測量的重要工具。
　　
　　生產型測量機的測量不確定度大于3μm，精密型測量機的測量不確定度大于1μm而小于3μm，測量不確定度小于1μm的測量機為計量型測量機，用于計量器具的檢定和量值傳遞。
　　
　　大尺寸坐標測量技術則重在保證機械結構的高精度和穩定性。德國Wenzel公司研制了一種雙臂測量機。它的左右兩邊的測量臂分別安裝在大花崗巖基座上，左右基座中間安裝了一個直徑2,200mm的大型靜壓回轉平臺，zui大承載質量為45,360kg，工件zui大直徑可達6,000mm。20世紀末，美國ArcSecond公司開發了基于定位系統（GPS）理念的室內GPS–iGPS，成為一種兼具高精度、高可靠性和率的三維坐標測量技術。iGPS為大尺寸精密測量以及定位提供了全新的思路，將應用于航空航天、飛機制造、汽車工業等領域。
　　
　　過去十幾年，世界范圍內的眾多科研院校紛紛開展了微型/納米級坐標測量技術的研究。微型/納米級坐標測量機的量程多不超過100mm×100mm×100mm，分辨率可達納米級。其主要特點包括：采用激光標尺，以實現米定義的溯源；采用微測頭系統獲得高探測精度；采用微晶玻璃等零膨脹系數材料構筑測量機主體測量框架，消除溫度的影響；在結構布局上盡可能符合阿貝原則，減小阿貝誤差。
　　
　　剛度高、重量輕、受溫度影響小的新材料應用日漸普遍。例如，美國Brown&Sharpe公司的橋式結構測量機多采用鋁合金材料，德國Leitz公司的PMM–C型測量機采用陶瓷材料作為z軸，德國Zeiss公司的UPMC系列測量機采用CARAT技術的光柵尺以保證測量精度。
　　
　　探測技術發展迅速
　　
　　觸發式測頭應用普遍。常規的觸發式測頭，其測球材質為紅寶石，接觸變形和側向摩擦小，結構簡單，使用方便。但測桿會產生彎曲變形，且存在各向異性、預行程、觸發行程分散、復位死區等誤差，限制了其測量精度的進一步提高。英國Renishaw公司推出了PH20新型五軸觸發式測頭，運用*的“測座碰觸”方法進行快速觸發測量和五軸無級定位，確保實現*工件測量。
　　
　　掃描式測頭發展成熟。其測量原理是，測頭測端在接觸被測工件后，連續測得接觸位移，測頭的轉換裝置輸出與測桿的微小偏移成正比的信號。這類測頭既能測量空間點的坐標位置，又能掃描測量曲線曲面，不僅可以發出觸測信號，而且可以給出測端微位移。但該類測頭結構復雜，目前只有少數公司可以生產。
　　
　　非接觸式測頭成為研究重點。這類測頭測量時不接觸被測物，測量力為0，可以測量軟質材料、高溫材料等前產品化的非接觸式測頭較多，例如德國Zeiss公司的Viscan光學掃描測頭、德國Wolf&Bec的OTM系列光學測頭、日本Mitutoyo公司的圖像測頭QVP等，這些測頭大多采用光的三角測量原理。微測頭技術成為一個新興領域，微測頭也已成為高精度坐標測量機的重要組成部分。
　　
　　CNC控制技術日趨成熟
　　
　　基于數字信號處理器（DSP）的計算器數控系統，不僅可以實現自動測量、自學習測量、掃描測量，也可以通過操作桿進行機動測量，其控制精度高、速度快、插補運算功能強，測量機在高速運行的過程中，系統的跟隨控制精度和定位控制精度高，點位測量和掃描測量精度高。
　　
　　光柵、激光干涉儀等位移傳感技術的發展，提高了坐標測量的精度。高精度光柵采用殷鋼等熱膨脹系數小的材料和細分技術，提高了分辨率和穩定性。激光干涉儀的分辨率可達1nm。
　　
　　多數測量機采用旋轉電機配置傳動機構的驅動形式。旋轉電機配置傳動機構的驅動形式結構簡單，易于控制，但存在傳動誤差和摩擦生熱。直線電機驅動坐標測量技術正在發展。直線電機具有零傳動、非接觸、無摩擦、快速度、微進給等優點，*消除了傳統驅動的背隙、摩擦損耗及變形的影響，可實現測量的率、高精度和高可靠性。
　　
　　坐標測量機與柔性制造系統（FMS）的集成技術得到發展，坐標測量機被用作測量機器人。物流集成和信息流集成技術得到發展。前者的關鍵在于坐標測量機和制造系統之間的機械接口，后者主要包括控制信息和質量及工藝過程信息的集成。
　　
　　可以看出，目前CNC控制技術正朝4大方向發展，即高速化、高精度化、智能化以及網絡化。
　　
　　測量軟件功能全面
　　
　　測量軟件是影響測量機性能的關鍵因素，包括基本測量軟件、測量評價軟件、統計分析軟件、驅動和補償功能軟件等。測量軟件大多符合DMIS標準，能確保數據互用性。商用測量軟件大多同時提供zui小二乘法和zui小區域法等評定算法。
　　
　　精度評定與溯源技術發展迅速
　　
　　對測量不確定度影響因素的研究比較深入。對坐標測量機進行不確定度評定需綜合考慮測量環境、標準量、設備、測量任務、軟件和算法、測量過程、操作者等因素。
　　
　　點位測量精度評定技術已成熟。標準ISO10360采用量塊和檢測球評定示值誤差和探測誤差。德國VDI/VDE2617標準采用量塊和步距規對一維、二維、三維長度測量不確定度指標進行評定。美國B89標準則采用檢測球、激光和球棒對重復性、軸向位置精度、空間球棒誤差性能、偏置測頭的測量性能、短量塊探測誤差等技術指標來評定。
　　
　　在動態測量日益普遍的情況下，動態測量誤差的評定方法取得進展。筆者提出了評定動態測量重復性的均值平移法，可應用于坐標測量技術中。
　　
　　大尺寸測量儀器的溯源成為研究熱點，其核心是如何從實驗室溯源轉向現場溯源。美國NIST開發了針對激光干涉儀的校準系統，實現了現場溯源。此外，激光干涉法、樣板法、多邊測量系統等方法已應用于大型三坐標測量機校準。
　　
　　趨勢：5大技術方向
　　
　　基本趨勢
　　
　　發展精度和經濟性兼具的坐標測量技術。網絡化坐標測量技術將得到發展。坐標測量機與數控機床結合的死循環制造系統已經出現。隨著互聯網和物流網技術的發展，上下游多臺測量機之間可共享信息，以實現智能化地監控和分析全過程制造質量趨勢，適時調整加工方案，提高制造質量并降低制造成本。
　　
　　發展并聯機構坐標測量技術和關節臂式測量技術，研究其數學模型和參數誤差標定技術，完善誤差分析和誤差補償技術，形成高精度中小型非直角坐標測量技術。
　　
　　激光跟蹤測量技術迅速發展，將成為測量大型零部件、組裝件及整體外形幾何參數和運動軌跡不可替代的方法。全站儀和經緯儀等便攜式坐標測量技術將得到發展。
　　
　　位移傳感技術和探測技術
　　
　　位移傳感器是坐標測量技術的基礎，光柵、激光干涉儀等已普遍應用于坐標測量技術中。隨著坐標測量精度的提高，應研究如何減小熱量對激光干涉儀精度的影響，提高激光干涉儀的經濟性，提高時柵等新興位移傳感器的精度，推動這些技術在坐標測量機中的應用。
　　
　　發展非接觸式探測技術，研究非接觸式測頭性能檢定方法，提高探測精度。目前，結合接觸式和非接觸式的混合探測系統已經出現，多傳感器信息融合技術還將繼續發展。
　　
　　控制技術
　　
　　發展快速數據傳輸技術。隨著探測技術的發展，要求控制系統具有每秒上萬個點的快速傳輸海量數據的能力，光纖等速度更快的傳輸方式將應用在控制系統上。同時，抗*力強的多功能控制技術將得到發展，基于功能強大的嵌入式系統和顯示觸摸技術的操縱器將得到應用，無線傳輸技術將是發展方向。
　　
　　發展應用于車間條件的坐標測量控制技術，形成開放性、兼容性、柔性和抗干擾性俱佳的控制系統。發展與數控機床控制系統接口兼容性好的坐標測量控制系統，提高坐標測量機效率。此外，研究高速驅動系統以及完善測量機配置也將是控制技術的重要發展方向。
　　
　　測量軟件
　　
　　研制面向車間工人的測量軟件。隨著坐標測量機應用于生產現場，測量軟件將力圖實現制造工程師意圖，而非質量工程師意圖。面向車間工人的軟件需要簡單易懂，便于操作。
　　
　　實現軟件標準化。其基本要求是從CAD圖紙開始，經由制造過程到測量報表，都基于標準化的語言和通訊接口，便于坐標測量機之間以及測量機和數控機床之間的信息交換、報告查閱和數據分析。
　　
　　發展復雜曲面測量軟件。研發包含采樣策略、路徑規劃、測頭半徑補償、數據處理與誤差評定等關鍵技術的復雜曲面測量軟件包，為復雜曲面測量和評定提供解決方案。
　　
　　編制基于zui小區域、zui大內接與zui小外接準則的誤差評定軟件，建立國家基標準軟件，形成技術仲裁標準。深入研究動態測量誤差的統一評定方法，完善動態測量重復性評價指標。
　　
　　此外，還要完善反求工程軟件、發展智能坐標測量技術、研究統計分析軟件和專家系統、完善“免形狀”測量技術、完善虛擬坐標測量技術等。
　　
　　精度評定與溯源
　　
　　修訂精度評定標準，完善測量機檢測手段。隨著對ISO10360的不斷修訂，以及ISO/TS15530坐標測量機測量不確定度評定標準、ISO/TS23165坐標測量機檢定不確定度評定導則的發布，對坐標測量機的驗收和不確定度的評定將更加科學全面。
　　
　　發展面向測量任務的坐標測量機校準方法和量值溯源方案、發展遠程校準技術、同時研究大尺寸坐標測量儀器校準標準裝置及在線校準和量值溯源方法，推動大尺寸坐標測量機的發展。