二十世纪初，随着欧洲工业的发展，机械产品的产量日益增加，小作坊的单配加工方式已不能满足批量生产的需求，互换性制造的必要性得到公认。高效率的复杂刀具、模具和量具（塞规和卡规等）被广泛应用于机械零件的加工和检验过程。这些工具在制造过程中以及投入使用后，需要对其尺寸和形状进行测量。而机械量具已不能满足其精度要求，更精密的测量手段必须借助光学的方法来实现，工具显微镜由此应运而生。
初期的工具显微镜
1846年卡尔·蔡司（Carl .Zeiss）先生于德国的耶拿(Jena)创建了一间精密机械和光学仪器车间，后来扩展成蔡司厂。最初的工具显微镜是蔡司厂在上世纪20年代为测量刀具、模具和量具而设计，故名称中含有“工具”二字，该设计确立了主显微镜瞄准、直角坐标测量的基本模式，具有平面工作台和顶针架两种被测件安装方式。图2和图3为蔡司厂初期的大型工具显微镜（以下简称：大工显）和万能工具显微镜（以下简称：万工显）
成熟期的工具显微镜
1936年，蔡司厂重新设计了万工显，它在结构设计上的最突出特点是：X坐标船形工作台和运载主显微镜的Y坐标托架采用大跨度精密轴承支承，并且相互独立呈十字交叉，后者穿过前者底部，互不干扰地构成了仪器测量的直角坐标系，这是一种高精度和高稳定性的结构；主显微镜增加了左右倾斜机构，使得测量螺旋类零件（滚刀、螺纹等）的功能更加完善。
上世纪二战后，蔡司厂被一分为二；留在东德的厂更名为国营卡尔蔡司(VEBCarl Zeiss)，简称东德蔡司。1950年该厂对战前的万工显进行了整顿，并增加了分度头、分度台、光学定位器、投影筒等多种附件，测量对象不再局限于刀具、模具和量具，其范围扩展到几乎所有机械零件。该型号作为成熟产品，先后被前苏联和我国仿造。
二战后，美国军队带走126名蔡司厂管理人员和科学家，并把他们送到德国西部的美国军事占领区。这些精英们后来在奥巴尔克亨建厂。开始仍沿用蔡司厂名，1971年伦敦协议后，改名为欧波同(OPTON)。
德国OPTON公司的万工显，该产品在上世纪六、七十年代，曾以其优美的造型著称于世。在外观造型方面有大胆的创新：底座为圆台形，立臂呈平行四边形，大部分结构被隐藏在底座内部。坐标运动锁紧手柄和微动手轮被设计在底座前下方，以便于坐姿操作。在功能方面，主显微镜采用双目观察，也可以采用上方投影窗观察。被测件瞄准、X、Y坐标读数、测角目镜读数、主显微镜倾斜角读数以及分度头和分度台读数，均在主显微镜内完成，各功能的视场切换，由底座台面上的琴键开关控制。双象瞄准采用互补色。但该仪器的光学系统极为复杂。
投影读数工具显微镜
60年代中期，蔡司厂推出了投影读数大工显（图6）和万工显（图7），其X、Y坐标的示值在投影窗内读出。主显微镜双目观察，并可以将影像方便地切换到上方投影屏上；测角分划板和轮廓分划板采用幻灯片式切换，使用非常方便；但是将投影读数窗安排在底座前方，光路需多次转折，光学系统十分复杂。同一时期，西德莱兹厂推出了投影读数重型工具显微镜（图8），X坐标测量范围可达1m，特别适合测量长丝杠。
值得一提的是，在同一时期出现了一种测长机和万工显二者合一的仪器，由日本三丰公司生产（图9）。该仪器左半部为采用接触测量的测长机；右半部为万工显；二者共用X坐标，虽然符合阿贝准则，但对于万工显来说，顶针架与标尺架采用牵引式连接，而非同一刚体，将带来测量误差。该产品八十年代初已停停产。
数字式工具显微镜
随着光栅莫尔条纹数显技术的应用，欧洲的工具显微镜开始实现数字化。图10和图11分别为蔡司和莱兹的数字式大工显，在造型上由过去的轮廓圆角过渡改为棱角过渡，反映了时代的潮流。图12所示的莱兹数字式万工显，在结构上采用积木式设计，各种附件可以混合拼搭，一台仪器可以完成多台仪器的功能。
图13所示的日本拓普康(TOPCON)数字式万工显结构不同一般，其横向托架在底座上运动，船形工作台在横向托架上运动，构成了X、Y坐标，并且X坐标测量范围增加到300mm，造型优美。
数据处理工具显微镜
80年代欧洲计算机技术普及，电脑被应用在工具显微镜上，由于测量数据处理软件的应用，使复杂数学模型应用于测量成为可能，新的数据采集和数据处理方法应运而生，拓宽了仪器的应用范围、提高了测量效率。此时，国际上普遍将工具显微镜更名为坐标测量显微镜（图14）。
CNC数控、视频工具显微镜
1989/1990年，东德政治形势剧变，导致东、西德合并，蔡司和OPTON于1990年合并成一家公司，现在称为卡尔·蔡司集团，计量仪器产品仍为强项，其中以精密型三坐标测量机著称于世。传统的工具显微镜早已停产，代之以先进的光学坐标测量机。它是采用现代数字图像处理技术和CNC（ComputerNumeral Control计算机数字控制）技术，在万能工具显微镜基础上演变形成的新一代光学计量仪器（图15）。该仪器的X、Y、Z坐标、立柱倾斜、分度头和分度台分度等运动全部由电机驱动、数字控制（称：六轴联动），光学测量和接触测量并举，照明光栏口径自动控制。
新技术的应用，使工具显微镜技术取得了跨世纪的进步，但是万变不离其宗——顶针架安装方式和主显微镜立柱可以倾斜的工具显微镜基本特征，仍被保留，其功能是当前充斥市场的视频（影像）测量仪所不能替代的。
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