二十世紀初，隨著歐洲工業的發展，機械產品的產量日益增加，小作坊的單配加工方式已不能滿足批量生產的需求，互換性製造的必要性得到公認。高效率的複雜刀具、模具和量具（塞規和卡規等）被廣泛應用於機械零件的加工和檢驗過程。這些工具在製造過程中以及投入使用後，需要對其尺寸和形狀進行測量。而機械量具已不能滿足其精度要求，更精密的測量手段必須藉助光學的方法來實現，工具顯微鏡由此應運而生。
初期的工具顯微鏡
1846年卡爾·蔡司（Carl .Zeiss）先生於德國的耶拿(Jena)創建了一間精密機械和光學儀器車間，後來擴展成蔡司廠。最初的工具顯微鏡是蔡司廠在上世紀20年代為測量刀具、模具和量具而設計，故名稱中含有「工具」二字，該設計確立了主顯微鏡瞄準、直角坐標測量的基本模式，具有平面工作檯和頂針架兩種被測件安裝方式。圖2和圖3為蔡司廠初期的大型工具顯微鏡（以下簡稱：大工顯）和萬能工具顯微鏡（以下簡稱：萬工顯）
成熟期的工具顯微鏡
1936年，蔡司廠重新設計了萬工顯，它在結構設計上的最突出特點是：X坐標船形工作檯和運載主顯微鏡的Y坐標託架採用大跨度精密軸承支承，並且相互獨立呈十字交叉，後者穿過前者底部，互不幹擾地構成了儀器測量的直角坐標系，這是一種高精度和高穩定性的結構；主顯微鏡增加了左右傾斜機構，使得測量螺旋類零件（滾刀、螺紋等）的功能更加完善。
上世紀二戰後，蔡司廠被一分為二；留在東德的廠更名為國營卡爾蔡司(VEBCarl Zeiss)，簡稱東德蔡司。1950年該廠對戰前的萬工顯進行了整頓，並增加了分度頭、分度臺、光學定位器、投影筒等多種附件，測量對象不再局限於刀具、模具和量具，其範圍擴展到幾乎所有機械零件。該型號作為成熟產品，先後被前蘇聯和我國仿造。
二戰後，美國軍隊帶走126名蔡司廠管理人員和科學家，並把他們送到德國西部的美國軍事佔領區。這些精英們後來在奧巴爾克亨建廠。開始仍沿用蔡司廠名，1971年倫敦協議後，改名為歐波同(OPTON)。
德國OPTON公司的萬工顯，該產品在上世紀六、七十年代，曾以其優美的造型著稱於世。在外觀造型方面有大膽的創新：底座為圓臺形，立臂呈平行四邊形，大部分結構被隱藏在底座內部。坐標運動鎖緊手柄和微動手輪被設計在底座前下方，以便於坐姿操作。在功能方面，主顯微鏡採用雙目觀察，也可以採用上方投影窗觀察。被測件瞄準、X、Y坐標讀數、測角目鏡讀數、主顯微鏡傾斜角讀數以及分度頭和分度臺讀數，均在主顯微鏡內完成，各功能的視場切換，由底座檯面上的琴鍵開關控制。雙象瞄準採用互補色。但該儀器的光學系統極為複雜。
投影讀數工具顯微鏡
60年代中期，蔡司廠推出了投影讀數大工顯（圖6）和萬工顯（圖7），其X、Y坐標的示值在投影窗內讀出。主顯微鏡雙目觀察，並可以將影像方便地切換到上方投影屏上；測角分劃板和輪廓分劃板採用幻燈片式切換，使用非常方便；但是將投影讀數窗安排在底座前方，光路需多次轉折，光學系統十分複雜。同一時期，西德萊茲廠推出了投影讀數重型工具顯微鏡（圖8），X坐標測量範圍可達1m，特別適合測量長絲槓。
值得一提的是，在同一時期出現了一種測長機和萬工顯二者合一的儀器，由日本三豐公司生產（圖9）。該儀器左半部為採用接觸測量的測長機；右半部為萬工顯；二者共用X坐標，雖然符合阿貝準則，但對於萬工顯來說，頂針架與標尺架採用牽引式連接，而非同一剛體，將帶來測量誤差。該產品八十年代初已停產。
數字式工具顯微鏡
隨著光柵莫爾條紋數顯技術的應用，歐洲的工具顯微鏡開始實現數位化。圖10和圖11分別為蔡司和萊茲的數字式大工顯，在造型上由過去的輪廓圓角過渡改為稜角過渡，反映了時代的潮流。圖12所示的萊茲數字式萬工顯，在結構上採用積木式設計，各種附件可以混合拼搭，一臺儀器可以完成多臺儀器的功能。
圖13所示的日本拓普康(TOPCON)數字式萬工顯結構不同一般，其橫向託架在底座上運動，船形工作檯在橫向託架上運動，構成了X、Y坐標，並且X坐標測量範圍增加到300mm，造型優美。
數據處理工具顯微鏡
80年代歐洲計算機技術普及，電腦被應用在工具顯微鏡上，由於測量數據處理軟體的應用，使複雜數學模型應用於測量成為可能，新的數據採集和數據處理方法應運而生，拓寬了儀器的應用範圍、提高了測量效率。此時，國際上普遍將工具顯微鏡更名為坐標測量顯微鏡（圖14）。
CNC數控、視頻工具顯微鏡
1989/1990年，東德政治形勢劇變，導致東、西德合併，蔡司和OPTON於1990年合併成一家公司，現在稱為卡爾·蔡司集團，計量儀器產品仍為強項，其中以精密型三坐標測量機著稱於世。傳統的工具顯微鏡早已停產，代之以先進的光學坐標測量機。它是採用現代數字圖像處理技術和CNC（ComputerNumeral Control計算機數字控制）技術，在萬能工具顯微鏡基礎上演變形成的新一代光學計量儀器（圖15）。該儀器的X、Y、Z坐標、立柱傾斜、分度頭和分度臺分度等運動全部由電機驅動、數字控制（稱：六軸聯動），光學測量和接觸測量並舉，照明光欄口逕自動控制。
新技術的應用，使工具顯微鏡技術取得了跨世紀的進步，但是萬變不離其宗——頂針架安裝方式和主顯微鏡立柱可以傾斜的工具顯微鏡基本特徵，仍被保留，其功能是當前充斥市場的視頻（影像）測量儀所不能替代的。 回顧計量發展歷史，展現新天人風採，請關注新天光電微信公眾號