光学测量机

寻找金属加工行业最美老设备——这是荷兰咨询机构 P.K.M. 举办摄影比赛的目的。不仅要考虑照片本身，还要考虑它背后的故事。参赛者们发来了各种设备的照片：旧冲压机、金属轧制机、钻床和钻孔机。还有一台带有5.25英寸双软盘驱动器的旧电脑。“P.K.M.为所有参赛者感到激动：精彩的照片和美丽的故事。当然，赢家只有一个。”评审团说。获胜者是 Nobby Assmann，他凭借一台1930年末的蔡司测量机赢得了胜利。Nobby 接受了为期两天的定制咨询服务。P.K.M.是一家咨询机构，涉及公司战略、员工管理、市场营销、质量和可持续性等领域。“我们希望得到公司战略方面的全面建议。”Nobby说。“早些时候，P.K.M.就公司继任计划向我们提供了咨询服务，这非常有帮助。”#1 专注于工具车间测量Nobby和他的父母共同经营一家小型的零部件加工公司。该公司提供包括电火花线切割、电火花沉模、镗孔珩磨、平面研磨、平面和外圆磨削以及合同测量工作。获奖的古董测量显微镜就放在大厅里。当你进入公司时，你就会很清楚的感受到测量对公司来说是非常重要的。在测量实验室里，Nobby在检测自己公司的产品，但大部分时间都是外包工作：检查客户生产的产品。“我真的很热爱测量”，Nobby 说。“我检测的产品非常多样化——我的客户也是如此。”去年，公司购买了一台现代化三坐标测量机：一台配备了VAST XT测头的ZEISS CONTURA。“我真的很享受使用准确设备和强大软件来工作。老式测量显微镜也以它自己的方式令人印象深刻：非常准确且设计精良。我可以盯着它看几个小时。”#2 老设备，大本领仿佛恋爱一般，Nobby看着这个只有500kg重的设备，轻轻抚摸着哑光黑色油漆。“这是蔡司制造的原始橡木桌。附带一本印刷在超薄纸上的手册，并配有精美的照片，展示了各种各样的配件。一项特殊功能是工件显微镜的倾斜。它使您能够在桨距角下检查螺纹。这是我从未见过的一个功能，非常有用——即使在现代光学或视觉测量机上也是如此。”“在我看来，最特别的是X轴和Y轴的读数。”你可以通过两台显微镜来读取坐标轴，它们都由老式自行车灯泡照明。“你可以很容易地读取到微米(μm)级。稍加练习，你甚至可以读取到十分之一微米，甚至一百纳米… … 用的是三十年代的设备！那不是很了不起吗？！”#3 80年前的设计依旧不过时“看到这个框准确地落地真是太棒了。即使是在半圆形的轮廓中也令人印象深刻。”导轨在画面中完全分开。现代机床和三坐标测量机倾向于有堆叠轴：一个或两个轴沿另一个轴移动。这不是很理想：第一轴（俯仰、滚转、偏航和直线度）的偏差会对后续轴产生影响。这款蔡司设备的X轴和Y轴完全分开。Nobby：“在20世纪30年代，人们已经知道这是制造设备最精确的方法。”当被问及这台设备是否还在使用时，他回答道：“实际上我很少需要使用旧的测量显微镜。但有时用我们的数控三坐标测量机或数控圆度测量机测量尺寸非常耗时，甚至是不可能的。用传统的方法而不是用现代的数控设备来获取结果是非常值得的。”

近年来，我国高端制造业蓬勃发展，对高精度测量设备的需求持续攀升，极大地推动了以三坐标测量机为代表的精密测量仪器市场的迅猛增长。众多国内外知名品牌竞相涌入这一赛道，同时，也催生了一批崭露头角的国产新兴力量。在国产替代需求日益增长的趋势下，中国三坐标测量机企业迎来了前所未有的发展机遇。为深入了解中国三坐标测量机产业的发展态势，仪器信息网成立25周年之际，特别策划了“万里行”系列走访活动。该活动深入中国三坐标测量机代表性企业，与行业专家共同开展实地走访，探寻产业发展的最新进展和亮点，为发展新阶段赋能。走访第4站，由上海大学李明教授，仪器信息网产业研究部主任武自伟、营销服务中心经理韩永风、测量仪器编辑牛亚伟等组成的走访项目组走进江苏集萃华科智能装备科技有限公司（以下简称“集萃华科”），测量装备事业部总经理张旭、市场部经理戴丽丽热情接待了走访一行人员。——企业发展进展江苏集萃华科智能装备科技有限公司（以下简称“集萃华科”）由江苏省产业技术研究院、华中科技大学无锡研究院共同孵化成立，2017年启动运营，专注于“加工-测量”一体化技术、产品和解决方案，服务以航空航天、智能制造装备为代表的高端装备制造领域。同时，公司还肩负着运营国家数字化设计与制造创新中心江苏中心、江苏省数字化设计与制造创新中心、江苏省产业技术研究院数字制造装备与技术研究所的重任。秉承“攻克皇冠技术，服务高端制造”的崇高使命，集萃华科在测量装备领域迈出了坚实的步伐。张旭详细讲述了集萃华科测量装备的产业化历程，其三坐标测量机项目起源于华中科技大学无锡研究院机器视觉检测与自动化中心。在与航空发动机主机厂的合作中，团队敏锐洞察到诸多检测设备市场被进口品牌垄断，随即内部立项，决心打造国产叶片测量机。项目初期，团队优先开发了叶片测量软件，为后续工作奠定了坚实基础；随着项目的稳步推进，中期阶段成功获得国家项目资助，为技术研发注入了强劲动力。通过不懈努力，集萃华科的三坐标测量机在压气机叶片测量领域实现了与国际顶尖品牌的比肩，并顺利转入产业化阶段，率先在航空航天领域实现了国产自主三坐标测量机的可替代。在长期被国外测量装备占据的半导体测量领域，集萃华科也实现了装备替代。面对无锡中电科58所新研芯片对光学测量的迫切需求，公司紧跟技术前沿，迅速响应，依据市场主流原理研发出样机。经过客户长达一年的严格测试与验证，该设备成功通过考验，成功交付。此后，集萃华科的半导体测量装备逐渐在国内半导体头部企业获得良好应用。参观展厅及实验室——产品技术与布局目前，集萃华科测量装备事业部的核心产品包括PowerBlade三坐标测量机、Zeus半导体晶圆测量仪、IC三维光学形貌测量仪。集萃华科三坐标测量机采用气浮台架设计，搭配自主研发并拥有自主知识产权的“准正”控制器、“DAYUMETRIC”测量软件和MWU系列测头，涵盖REMA系列、AGILE系列桥式三坐标测量机，以及CAMEL系列车间型三坐标测量机。张旭向走访组介绍了集萃华科的三坐标测量机的技术亮点与市场定位。PowerBlade三坐标测量机专为“两机”复杂曲面测量而生，自2016年起，集萃华科便投身于比传统触发式测头更为复杂的扫描测头研发。该扫描测头还具备自定心功能，专为高精尖应用量身打造。此外，依托华中数控在运动控制领域的深厚积累，集萃华科成功打造出具备四轴联动卓越性能的控制器，并规划在未来融入更多光学测量功能，旨在为用户带来前所未有的测量设备兼容性与灵活性，轻松应对各种复杂的测量场景，无论是搭配光学测头还是扫描测头。在软件方面，集萃华科同样表现出色。其自研的DAYUMETRIC测量软件，获得了德国PTB最高精度等级的认证。同时，其叶片叶盘检测方案和软件严格遵循中航工业标准HB5647、中国商发企业标准GBS027，形位公差GT&T检测方案和软件则符合ISO标准，确保了测量结果的通用性和可靠性。集萃华科先后攻克了三坐标控制器、测量软件和扫描测头的技术难题。2023年，Power Blade （叶片叶盘）测量机通过江苏省首台（套）重大装备认定，标志着公司在高端测量装备领域的又一里程碑。展望未来，张旭透露，集萃华科正积极寻求进入商发使用清单，旨在与国际一流品牌同台竞技，展现中国智造的实力与风采。面对激烈的市场竞争，测量装备事业部经过深入的市场调研与分析，及时调整了其战略布局。一方面，在航空航天领域，集萃华科将继续深耕细作，以REMA系列高精度测量机为核心，提供全方位的整体解决方案；另一方面，针对内卷的中小型企业云集的民用市场，公司将转型为部件供应商，提供包括测头测座、控制软件等在内的专业套件，以提升品牌的市场认知度与渗透力。——国产三坐标测量机发展观点张旭认为国产三坐标测量机产业正呈现积极态势。随着更多企业的积极参与与投入，技术进步的步伐将加快。他形象地将这场激烈的市场竞争比作“三国枭雄”的争霸战，唯有那些历经挑战、奋力拼搏的企业才能脱颖而出，成为国产自主品牌的精英与标杆。展望未来三至五年，张旭坚信，那些经受住市场严格考验的国产三坐标测量机企业，将成为该领域的重要支柱，引领行业发展。合影留念

三坐标测量机(Coordinate Measuring Machine，CMM)是指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器，又称为三坐标测量仪或三次元。回顾三坐标测量机发展史坐标测量机问世于19世纪60年代，最早的坐标测量机是一个仅仅配备X、Y、Z三轴数显的三维设备。据悉，第一台三坐标测量机由英国Ferranti开发。之后，英国LK公司宣称生产了第一台桥式测量机。1973年，蔡司成功制造出全球第一台CNC坐标测量机-UMM 500并首先使用计算机辅助工件坐标系代替机械对准，从此测量机具备了对工件基本几何元素尺寸、形位公差的检测功能。70年代中期，我国才开始三坐标测量机的研制，主要制造测量机的厂商有北京航空精密机械研究所（303所）、北京机床厂、上海机床厂、北京第二机床厂、天津大学、青岛前哨精密研究所、新天光学厂等等。由于当时测量机集成了光、机电一体化、补偿等技术因素，而国内水平有限，测量机的研制水平较低，主要以仿制外国产品为主，且没有成套的产品线。80年代，国内的生产厂商与国外生产厂商陆续合作，从国外引进生产许可证来生产，例如北京航空精密机械研究所和上海机床厂通过取得德国Leitz的生产许可证来生产测量机。1984年，青岛前哨精密研究所投入资金和科研团队研制测量机，并于1988年成功地制造出全花岗岩的高刚度高精度桥式固定测量机ZC8645，并在此基础上继续研发出多种不同尺寸、不同结构类型的测量机。到了90年代，青岛前哨精密研究所已经成为国内最主要的坐标测量机制造商。90年代，国内大型制造厂商的生产要求越来越高，对于测量机的需求越来越多，但其国内的生产和技术水平远达不到其测量标准。经过协商谈判，青岛前哨精密研究所与荷兰英狄沃斯公司成立了国内第一家测量机合资公司——青岛前哨英柯发设备有限公司，其技术水平与国际接轨。从1996年开始，青岛前哨英柯发设备有限公司产品稳坐国内第一宝座，并不断出口到国外多个地区。1999年，青岛前哨精密研究所与世界权威测量机制造厂商Brown＆Sharp合资，成立了青岛前哨朗普测量技术有限公司（Brown＆Sharp前哨）。之后，Brown＆Sharp集团被海克斯康集团收购。2004年，青岛前哨朗普测量技术有限公司更名为海克斯康测量技术（青岛）有限公司。目前，我国测量机的主要生产厂商有303所、西安爱德华、青岛雷顿等，国际比较著名的测量机生产厂家主要有瑞典海克斯康、德国蔡司、德国温泽以及日本三丰等公司，其中计量型测量机市场主要被蔡司和海克斯康垄断。国内外三坐标测量机产品比较目前，国内与国外产品的差距主要体现在以下三个方面：从精度等级上看，进口精密计量型测量机能达到0.5微米以内的检测精度，而国产设备最高仅能达到0.8微米，且测量行程低于进口机型。进口机型从结构设计到材料呈现多方向发展状态，而国内多家厂商的产品在结构和材料上几乎完全相同，缺少创新能力。进口机型的控制系统、测头及测量软件等一般都具有自主知识产权，掌握全部或大部分核心技术；而国产机型除机械本体外，其余关键组成部分均采用国外品牌，自主研发能力较弱，缺少核心技术。国外计量型坐标测量机产品性能参数国内计量型坐标测量机产品性能参数注：表来自 王帼媛,张忠欣. 坐标测量系统精度提升技术研究. 2019航空装备服务保障与维修技术论坛暨中国航空工业技术装备工程协会年会论文集. 表中精度的计算公式中：L为所测长度尺寸值，单位mm。国内三坐标测量机的主要差距三坐标测量机主流厂商及其产品目前，我国市场上三坐标测量机的主要进口仪器供应商有：瑞典海克斯康、德国蔡司、德国温泽、日本三丰、日本东京精密等。国内厂商主要有：西安力德、西安爱德华、北京303所、深圳力合、青岛弗尔迪、青岛雷顿等。其中，海克斯康和蔡司产品在中国市场的占有量较大。另外，中国三坐标测量机厂商主要集中在西安和青岛两地。海克斯康自成立以来，已收购200余家公司，现有七个产业单元：智能制造、测量、PPM（工程类软件研发）、智慧方案、矿山、自主定位、农业。在中国，海克斯康集团拥有徕卡测量系统贸易(北京)有限公司、徕卡测量系统(上海)有限公司、海克斯康测绘与地理信息系统(青岛)有限公司、海克斯康测量系统(武汉)有限公司、台湾海克斯康测量仪器股份有限公司、思瑞测量技术(深圳)有限公司等各类经营实体。其中，海克斯康测量技术(青岛)有限公司是海克斯康计量产业集团的核心成员和九大测量机制造基地之一。海克斯康三坐标产品涵盖高、中、低端市场，且主要在中、低端市场，在中国测量机行业的市场占有率较高。海克斯康对外表示：其在中国测量机行业的市场占有率超过45%，客户广泛分布在汽车行业、航空航天、电子行业、模具工装、精密制造、国防军工、重工能源和家电等领域，尤其中国军工企业所使用的超高精度三坐标测量机，98%由海克斯康生产制造；其三坐标设备销售额位于全球前三。蔡司（ZEISS）是一家制造光学系统、工业测量仪器和医疗设备的德国企业。公司的名称来源于它的创始人之一——德国光学家卡尔蔡司。它由卡尔蔡司(Carl Zeiss)、恩斯特卡尔阿贝(Ernst Karl Abbe)和奥托肖特(Otto Schott)于1846年在耶拿(Jena)建立。卡尔.蔡司集团由六个独立运作的部门组成，即半导体技术、医疗系统、显微镜、工业测量技术、电子光学系统和消费光学产品。蔡司的三坐标测量机主要为技术型的中高端产品，在我国的市场占有率也较高。蔡司其客户主要集中在汽车、飞机、机械工程等行业。蔡司对外表示：几乎所有的组车厂都有蔡司的三坐标，如一汽大众，占据了其测量产品99.9%的份额；其三坐标设备总销售额位于全球前三。德国温泽集团（WENZEL）创立于1968年，是一家计量解决方案制造商，产品涵盖三坐标测量机、齿轮测量中心、工业CT、模具设计制造、高速测量和数字化系统以及逆向工程等领域。温泽现在全球范围拥有16家子公司，销售及服务伙伴遍及50多个国家和地区的跨国集团。2005年，温泽测量仪器（上海）有限公司在中国成立，主要负责中国及亚洲地区的标准三坐标测量机的组装生产以及温泽全系列产品的销售。温泽三坐标产品主要应用于汽车制造、机械工程、机电制造及其配套领域，在中国具有一定的销售额。日本三丰（Mitutoyo）成立于1934年，向全球范围的广大市场提供千分尺、卡尺等量具以及三坐标测量机、形状测量系统、视像测量系统及光学仪器等系统精密测量仪，是全球综合长度测量仪器的制造商巨头。于2001年成立了以销售服务为主的现地法人企业——三丰精密量仪（上海）有限公司（上海三丰），并以此为契机，于2004年成立了以华北地区为主的销售服务基地的现地法人，三丰精密量仪（天津）有限公司（天津三丰），包括合资的Leeport Metrology公司。2012年，上海三丰与天津三丰进行组织统合。目前，三丰公司在中国完成了华北、华中、华东、华南地区的销售和服务等统合，由三丰精密量仪（上海）有限公司统一管理。三丰产品主要应用于模具、电子、塑胶、五金机械、家居、汽车等领域，在中国市场具有一定的份额。东京精密（ACCRETECH）主要从事半导体加工制造设备及精密测量仪器，并在华成立全资子公司东精精密设备（上海）有限公司,主要生产销售三坐标测量仪、表面粗糙度、轮廓形状测量机、圆柱度测量机、光学测量机，以及半导体制造设备。东京精密三坐标主要应用于模具、车身等，其品牌影响力不如蔡司和海克斯康，在中国有一定的销售额。西安力德测量设备有限公司是一家中英合资的三坐标测量机制造商，2005年成立，位于国家级西安高新技术产业开发区。三坐标测量机产品有：EXPERT系列高精度移动桥式三坐标测量机、FLY系列移动桥式三坐标测量机、GREAT系列单边桥式三坐标测量机、GREAT-D系列超大量程龙门式三坐标测量机、S系列车间型超高速三坐标测量机、DRAGON系列手动三坐标测量机、TOP系列超高精度固定桥式三坐标测量机等。其产品主要应用于汽车、航空航天、船舶、电子、模具、教学等。爱德华是总部位于德国，在中国、德国和法国均设有研发与生产基地，横跨欧亚大陆的大型测量产业集团。西安爱德华测量设备股份有限公司，中外合资，自1997年成立，是中国较早从事坐标测量设备研发、生产与销售的企业之一。三坐标测量机产品有：Daisy系列移动桥式三坐标测量机、LEGEND系列桥式三坐标测量机、ML-III系列数控三坐标测量机、MGH系列高精度三坐标测量机、Dreamer系列复合式三坐标测量机、Perfect系列影像坐标测量仪、Perfect L系列影像坐标测量仪等。主要生产中小尺寸的生产型测量机，广泛应用于电子、汽摩、航空航天、船舶、高铁、模具、教育、国防安全等行业。中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所（北京303所）系中国航空工业集团公司所属的综合性基础技术研究所，成立于1961年，全国第一台激光陀螺、第一台电液伺服阀、第一台超精密车床、第一台三轴测试转台、第一台三坐标测量机、中华世纪坛旋转圆坛等均出自于该研究所。该研究所同时拥有测试技术及装备方向5个研究事业部及2个研究中心，分别从事惯性测试及装备、环境试验技术与设备、特种加工技术与设备、三坐标测量技术、精密导电滑环设计技术以及数字化检测技术等方向研究。三坐标测量机产品有：FUTURE系列三坐标测量机、GEM系列三坐标测量机、CENTURY系列三坐标测量机、LM 系列三坐标测量机、ORIENT 系列三坐标测量机等。北京303所是国内早期研究三坐标测量机的单位之一，国有研究所性质，具有硕士学位授予权。产品主要应用领域为航空航天、汽车、能源机械、模具、军工等。深圳力合精密装备科技有限公司成立于2017年，是由清华大学投资发展的国家高新技术企业，主要从事精密测量设备、卫星机电产品的研发和生产。三坐标测量机产品有：LIBRA固定桥系列、POLARIS移动桥系列、TAURUS龙门系列。目前业务分布于珠三角，长三角，北京、上海、天津、长春、成都、烟台及福州等地区。产品主要应用领域有模具、汽车、叶片、镜头、齿轮等。青岛弗尔迪测控有限公司于2011年01月28日成立，总部位于青岛市崂山区，是集研发、生产、销售为一体的专业三坐标测量机国家高新技术企业。青岛弗尔迪是青岛市质量技术监督局指定的三坐标检测基地、三坐标培训基地；是三坐标几何量行业内较早通过计量考核标准的企业；公司拥有多家分支机构，已具有年产500台三坐标测量机的生产能力；产品畅销国内外，出口量已达到销售总量的近50%。弗尔迪主要生产中小尺寸的CNC自动式和手动式测量机，在山东青岛地区有三坐标检测基地和三坐标培训基地。产品广泛应用于船舶制造、航空、航天、机械制造、汽车、精密制造、新能源制造、模具工装及高等院校等领域。公司具有年产500台三坐标测量机的生产能力。青岛雷顿数控测量设备有限公司成立于2006年，由位于美国马里兰州的Leader Metrology Inc 国际计量产业集团投资设立。Leader公司中国制造基地各类测量设备的生产能力已达每年1000台套。三坐标测量机产品有：Miracle系列三坐标测量机、Excellent系列三坐标测量机、Cruiser系列三坐标测量机、Metroking系列三坐标测量机、Navigator系列三坐标测量机、三维激光扫描测量机、Optek系列全自动三坐标影像测量仪、Tornado系列三坐标测量机等。广泛应用于汽车工业、航空航天、机床工具、国防军工、电子塑胶及模具等领域。