計量學起源于古代。測量形式是為促進商業發展和記錄人類活動而設立的。時間、重量和長度是測量標準。縱觀整個人類歷史,尺寸測量方法經歷了數次演變。
伽利略用望遠鏡探索宇宙
據科學家們估算,歐洲各國采用的計量單位多達一千多種。pied du roi(國王的腳)是其中的卓越代表,是廣泛采用的計量單位。然而,許多商人各自使用自己的測量工具,這為欺詐、勒索和歪曲留下了空間。直到公制系統建立,人類才開始進行度量系統的統一。
國王的腳步
法國大革命政府推出了公制系統,即現在的單位制。一米是指北極經巴黎到赤道之間距離的千萬分之一。當然,盡管米的定義經過幾個世紀的演變,但至今仍是所有測量工具的參考長度單位。
公制系統
攝影術誕生后不久,攝影測量法便已開始使用。這要歸功于法國大地測量學家 Fran?ois Arago。他向法國科學院提出了一種采用三角測量的方法。借助這項技術,他可以基于不同視角拍攝的照片來確定對象的空間位置,而無需預先知道鏡頭的位置。
Fran?ois Arago
法國發明家 J. Palmer 的“System Palmer”獲得專利,這是迄今仍廣受認可的采用 U 型主架的千分尺。現代的千分尺仍在效仿 System Palmer 的 U 型主架、測微套筒、套筒、測桿、基準座等基本設計。此外,所有千分尺和其他手工工具必須仍可溯源到標準。
System palmer(外徑千分尺)
美國物理學家 Albert A. Michelson 認為,相對以太運動的探測是可以測量的。為此,他發明了一種叫做干涉儀的新儀器。他的實驗結果表明,地球沒有相對以太運動。這一論據改變了物理學的基礎,促進了 1905 年愛因斯坦相對論的誕生。
干涉儀
60 年代初,坐標測量機首次出現,這個儀器由簡單的 3D 跟蹤設備制成,通過一個簡單的數字顯示裝置 (DRO) 顯示 XYZ 位置。 CMM 是由蘇格蘭的 Ferranti 公司在 50 年代開發。但這臺設備只有兩個軸。三軸原型于 20 世紀 60 年代誕生,是由意大利公司 DEA(現已歸入 Hexagon Metrology Group 旗下)所發明。
之后不久,自動 CMM 于 60 年代問世,用以對 Concorde 超音速噴氣發動機執行復雜的檢查。在這項發明的帶動下,Renishaw 公司于 1973 年成立,現在已經發展成為 CMM 測量頭的主要供應商。
CMM
80 年代,測量臂式的便攜式 CMM 問世,使測量過程發生了翻天覆地的變革:現在,計量工具已走入生產車間。這次創新使人們不必再將制造零部件移動到專用的受控環境中。但是,由于測量臂采用了一項只能依賴于精密機械部件的傳統技術,因此這些便攜式 CMM 仍非常容易受環境引起的震動和不穩定因素的影響。因此在操作時需要采用相當多的防范措施。
測量臂
盡管 3D 掃描儀在 60 年代就已經問世,但直到 1985 年,激光技術才應用到 3D 掃描領域。此前,3D 掃描設備使用燈光、照相機和投影儀來完成掃描。但是,對象的準確掃描過程非常耗時耗力。1985 年后,掃描儀開始采用白光、激光和陰影方式來捕捉物體表面。
3D 掃描儀
首個激光跟蹤儀原型由 Kam Lau 博士于 1986 年開發。一年后,Kam Lau 博士創立了自己的公司 Automated Precision Inc.,對跟蹤技術進行了完善,提高了建模精度和便攜性。激光跟蹤器仍是大尺寸零部件(如飛行器機翼、汽車車架及大型加工設備)測量解決方案。然而,在高容量測量領域,它們面臨著另一項技術——攝影測量的挑戰。
激光跟蹤儀
光學便攜式 CMM 于千禧年初出現在計量領域。光學便攜式 CMM 將 CMM 的靈活性和有效性、便攜式 CMM 的便攜性和簡易性,及其不易受震動影響的優勢融于一身,是車間測量的理想選擇。過去幾年,此項技術經過多次改進和發展,現在已經能夠與 CMM 相匹敵。現在,它們已經整合到檢測過程中,甚至成為計量市場中強勁的競爭者。因此,光學便攜式 CMM 會成為計量學的未來嗎?
光學便攜式 CMM
Creaform 開發、制造并銷售 3D 便攜式測量技術,專門從事 3D 工程服務。 公司提供創新解決方案,如 3D 掃描、逆向工程、質量控制、無損測試、產品開發和數值模擬 (FEA/CFD)。 公司的產品和服務面向各大行業,例如汽車、航空航天、消費品、重工業、衛生保健、制造業、石油與天然氣、發電業、文博、教育與研究。Creaform 的總部和制造運營位于魁北克省萊維斯(Lévis),在萊維斯,中國上海和法國的格勒諾布爾(Grenoble)都設有創新中心,在美國、法國、德國、巴西、中國、日本、印度、韓國和新加坡都擁有分公司。
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