卡尺简史：从王莽青铜卡尺到数显卡尺

什么算卡尺

卡尺用两平行量爪（或两尖触点）夹住被测物，读出直径或厚度。外卡钳、内卡钳自身没有刻度——先在工件上卡好、锁住关节，再拿钢直尺量卡爪间距。把刻度刻到尺身上滑动的，是滑尺卡尺一族：今天的游标、带表、数显卡尺都是。

千分尺同样夹持测量，但靠螺纹放大，严格说不与卡尺同类，尽管它的正式名字仍叫“千分尺卡尺”（三丰 E12029）。

连名字都有历史：ISO 一份深度尺草案曾用“卡尺式深度尺（calliper depth gage）”这种叫法，泽边以委员身份指出这是误名——深度尺带的是基准面，不是量爪。ISO 3611 的标题也从“千分尺卡尺”改成了“千分尺”。

公元 9 年的青铜卡尺

已知最早的这类滑动卡尺来自中国。王莽建新朝的次年，即公元 9 年，诏造了一把铜卡尺（铜滑尺）：青铜主尺带固定卡爪，滑动副尺带另一卡爪（E12029，引丘光明《中国历代度量衡考》）。它用来测大理石和珠宝，右端还有精致的鱼尾形装饰。

它没有游标——比刻度更细的读数要靠眼睛估。此后一千五百多年，几乎没有滑动卡尺的记载；但“用卡爪定住圆件上被测的部位，比拿直尺贴上去更可靠”这个想法，从未真正消失。

游标原理来自观星仪器

1542 年，葡萄牙数学家佩德罗·努内斯（拉丁名 Petrus Nonius）为象限仪提出一种细分读数法：把弧分成 90、89、88……格的一组同心圆弧，角度能读到远小于一格。这类副尺在葡、荷、德语区被称为“nonius”——这个词后来漂进日语，成了今天日本人日常说的“ノギス（卡尺）”。

我们今天用的方案以法国人皮埃尔·韦尼耶（1580–1637）命名。1631 年，他在布鲁塞尔出版的象限仪专著里描述了这种刻度法：n 个游标分度对准 (αn−1) 个主尺分度，分度值 C = S/n。

韦尼耶亲手做的游标卡尺至今没有实物露面，他做没做过都要存疑（E12029）。留下来的是读数原理：19 mm 游标分 20 格得 0.05 mm，49 mm 游标分 50 格得 0.02 mm——每把 0.02 卡尺的尺面都在重复它。

最早的游标卡尺：1840 年法国

现存最早的游标卡尺实物，约 1840 年造于法国陆军炮兵工厂并使用至今：全长 650 mm，量程 530 mm；正面毫米刻度，游标把 9 mm 分 10 格，读数 0.1 mm。

背面是法寸（pouce）刻度，现藏日本三重县四日市的计量博物馆（Hakari-no-Yakata）。

它的年代能被法律钉死：法国 1837 年立法废除 pouce 等传统单位，1840 年强制执行。这把尺子两套单位并存，只可能造于两者之间。

2009 年，东京大学的研究者把它与最新的三丰卡尺并排，测量 79.00 到 400.00 mm 的量块和工件，两把尺子读数平均相差在 0.05% 以内。一把 170 年前的尺子还能稳在十分之一毫米量级，说明当年的制造相当可靠（E12029）。

美国：先有的是刻线机

布朗—夏普公司（Brown & Sharpe）的创始人约瑟夫·布朗 1850 年造出一台带修正装置的直线自动刻线机——在长尺上刻出准确刻度本身就是一门手艺。

1851 年，他用这台机器做出分度值 1/1000 英寸（0.025 mm）的游标卡尺。销路却谈不上爆发：第一年只造了 4 件，约三年后才打开市场（E12029）。能刻出真尺的机器，和卡尺一样重要。

斯塔雷特公司（L. S. Starrett）1880 年创业，与布朗—夏普在钢直尺、卡尺和千分尺上竞争了整个二十世纪——1935 年布朗—夏普为应对大规格竞争造出 48 英寸量程卡尺。1900 到 1930 年间，欧美卡尺在功能和外形上基本定型为今天的样子：内外径、深度、台阶一尺通吃（E12029）。

日本：晚七年，后成世界工厂

日本的仪器制造家族并没有落后太多。1840 年代前半，加贺的大野保康造出对角线刻度卡尺，最小读数 1 rin。

约 1858 年，其子大野諶近造出日本最早的游标卡尺——最小读数 0.1 mm，量程 130 mm——比布朗—夏普的首款量产型号晚 7 年，实物今藏福井市乡土历史博物馆。

早在 1791 年，荷兰就赠给江户政府一台带游标的八分仪；1783 年日语译本的象限仪专著已经讲到游标理论——理论传入比实物早。

产业化则要晚得多。1930 年田岛制作所（当时的松尾土器）产出第一把国产游标卡尺；1934 年三丰成立；1938 年中村制作所（品牌 KANON，拉丁语“标准”）月产约 100 件，1943 年改用感光刻蚀法实现量产。

1954 年 3 月 JIS B 7507《卡尺》制定，按德国 Mauser 式（M、CM 型）与美国 Brown & Sharpe 式（CB 型）分型；1959 年日本计量单位统一为米制，后来 JIS 删除了 CB 型，只留 M、CM 两型（E12029）。

约 1965 年，日本卡尺与欧美最好产品相当并开始出口；约 1985 年，全世界在用卡尺约七成产自日本（E12029）。

从游标到带表再到数显

带表卡尺用齿轮指针替下了对游标的眯眼分辨：德国 Mauser 与 Helios 都在 1960 年前后拿出了产品，三丰 1962 年为美国市场开发了带表卡尺。电子化则花了二十年。

瑞典皇家工学院的因格瓦·安德莫 1977 年发明静电电容相对位置测量法；C. E. Johansson 约 1980 年把 0.01 mm 增量数显卡尺商品化；三丰 1983 年取得专利许可量产，到 1984 年 8 月累计出厂 10 万台。

此后 1988 年太阳能供电、1993 年绝对式编码（开机免对零）、防水等级从 IP54（1997）爬到 IP67（2002）。

分辨力一路走高：Sylvac 2012 年的“Micron Caliper”分辨力达 1 µm。但重复性是 3 µm，最大允许误差 100 mm 内仍是 20 µm、150 mm 内 30 µm（E12029）。卡尺的刻度轴线与被测长度不在一条线上，天然违背阿贝原理——量爪一倾斜，误差就被放大。这就是为什么分辨力升得容易，准确度升得难。

历史留下的三条经验

这些都不是怀旧。你手里那把 0.02 卡尺的尺面是 1631 年的原理，由 1850 年那台机器的后代刻出，依据的标准现代形态是 ISO 13385-1。这段历史还活在图纸的公差框里。

到实训室亲手读一段这段历史：游标卡尺读数练习。