(高清版)GBT 33523.602-2022 产品几何技术规范（GPS） 表面结构 区域法 第602部分：非接触（共聚焦色差探针）式仪器的标称特性

区域法第602部分：非接触国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会 I Ⅱ 1 14计量特性概述 附录A(规范性)区域表面结构扫描仪器不同结构的分类 附件B(资料性)一般原理 附录C(规范性)概念图 23 25I本文件是GB/T33523《产品几何技术规范(GPS)表面结构区域法》的第602部分。本文件等同采用ISO25178-602:2010《产品几何技术规范(GPS)表面结构区域法第602部ⅡGB/T33523《产品几何技术规范(GPS)表面结构区域法》基于新一代GPS产品几何规范体系，通过数字化测量技术、软件分析技术及计量评定等手段，构建一套全新的三维表面结构测量与分析的推荐性国家标准。GB/T33523在提出表面结构表示法、表面结构参数及规范操作集的基础上，分析了表面结构测量的方法，给出了使用的测量技术及仪器的标称特性。特别是，GB/T33523在涵盖接触式测量仪器的同时，重点引入了在高精度测量应用中具有重要价值但缺乏标准支撑的多种非接触式测量仪器。GB/T33523还规范了实物测量和软件测量标准，给出了软件文件标准和表面结构测量的计量特性。GB/T33523实现了从二维轮廓测量到三维表面结构测量的跨越，为GPS产品几何规范体系提供了计量测试支撑。—第2部分：术语、定义及表面结构参数。规定了用区域法评定表面结构的术语、定义和参数。—第3部分：规范操作集。规定了适用于区域法评定表面结构(尺度限定表面)的完整规范操作集。-第72部分：XML文件格式x3p。规定了用于存储和交换形貌及轮廓数据的XML文件格称特性。-第602部分：非接触(共聚焦色差探针)式仪器的标称特性。规定了使用基于白光轴向色散特性的共聚焦色差探针测量表面结构的非接触式仪器的设计与计量特性。-第603部分：非接触(相移干涉显微)式仪器的标称特性。规定了相移干涉法(PSI)轮廓和区域表面结构测量显微镜的计量特性。-第604部分：非接触(相干扫描干涉)式仪器的标称特性。规定了用于表面高度三维映射的相干扫描干涉(CSI)测量系统的计量特性。 第605部分：非接触(点自动对焦探针)式仪器的标称特性。规定了使用点自动对焦探针测量表面结构的非接触式仪器的计量特性。1GB/T33523.602—2022本文件规定了使用基于白光轴向色散特性的共聚焦色差探针测量表面结构的非接触式仪器的设计下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文ISO3274产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法接触(触针)式仪器的标称特性[Geo-metricalProductSpecifications(GPS)—Surfacetexture:Profilemethod—NomiISO4287产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法术语、定义及表面结构参数[Geomet-ricalProductSpecifications(GPS)—Surfacetexture:ProfilemethISO10360-1产品几何量技术规范(GPS)坐标测量机的验收检测和复检检测第1部分：词汇[GeometricalProductSuringmachines(CMM)—ParISO/IEC指南99:2007通用计量术语和定义[Internationalvocabularyofmetrology—Basicandgeneralconceptsandassociatedterm2 (x,y)是由仪器的区域导向基准建立的平面——Z轴平行于光轴并垂直于(x,y)平面。见图1。工件的实际表面realsurfaceofaworkpiece3GB/T33523.602—2022原始提取表面primaryextractedsurface测量误差measurementerro随机误差randomerror调整adjustment4GB/T33523.602—2022仪器的组成部分，使探测系统或被测表面沿Y轴的导向基准移动，并用轮廓的横向Y坐标表示被横向位置传感器lateralpositionsensor5α见图2。孔径半角(3.3.4)的正弦乘以周围介质的折射率n(An=nsina)。6GB/T33523.602—2022光源针孔lightsourcepinhole垂直范围verticalrange包含无样品时探测器探测到的由进入鉴别针孔(3.3.11)的杂散光产生的信号，以及探测器自身产7GB/T33523.602—2022F.,F,,F,见图3。放大倍数amplificationcoe8GB/T33523.602—2022/ISO25178-602:2010见图4。 图4响应曲线线性化实例仪器噪声instrumentnoiseN₁当仪器处于一个理想的无噪声环境中时，叠加在输出信号上的内部噪声。静态噪声staticnoiseN,当仪器不进行横向扫描时，输出信号中的仪器噪声和环境噪声的总和。动态噪声dynamicnoiseNa在驱动单元运动时，出现在输出信号上的噪声。9GB/T33523.602—2022/ISOX方向采样间距samplingintervalinXD沿X坐标轴两个相邻测量点之间的距离。Y方向采样间距samplingintervalinYD,沿Y坐标轴两个相邻测量点之间的距离。Z方向量化步距digitizationstepinZD在提取表面上，沿Z坐标方向两个坐标之间的最小高度变化量。表1检测算法效率对比低快已知曲线(高斯、皮尔逊)拟合算法高慢高快横向分辨力lateralresolution两个可检测要素之间的最小距离。全高度转换的极限宽度widthlimitforfullheighttransmission测量时能够保证测量高度不变的最窄矩形沟槽的宽度。以上计量特性在不影响横向分辨力和全高度转换的极限宽度的情况下适用。GB/T33523.602—2022/ISO25178-602:2010图5水平间距大于或等于W₁栅格图6图5中栅格的测量结果图7水平间距t'小于W₁的栅格图8图7中栅格的测量结果最大可接受局部斜率maximumacceptablelocalslope能够被探测系统评定的表面特征的最大局部斜率。如图9所示，R₁为能够被探测器接收到的光线，R₂为被反射后无法被透镜所收集的光线。只有部分入射光线能够反射后被探测器所收集，导致信号水平相比于无倾斜平面镜探测情况较低。当倾斜角接近孔径半角时，信号接近于0(见图9)。当平面镜倾角大于孔径半角的角度时，所有照明光线均会被反射在透镜外(见图10)。GB/T33523.602—2022/ISO图9反射镜的倾斜角小于孔径半角的反射图10反射镜的倾斜角大于孔径半角的反射GB/T33523.602—2022/ISO25178-602:2010图11粗糙表面上倾斜角大于孔径半角的反射光斑尺寸spotsize光源针孔投影图像的最大横向尺寸。图12所有波长产生的焦散GB/T33523.602—2022/ISO积分时间integrationtime在光谱仪中，入射光在探测器上累积(积分)的时间。测量频率measurementfrequencyfm探测系统(3.3.1)每秒提供的数据点数。D,=v₂/fn4计量特性概述区域法表面结构测量仪器的计量特性应符合表2,表2表明了计量特性偏差对轴的影响。误差所在坐标轴W横向分辨力高度调整系数Z高度放大系数Z纵向迟滞Z响应曲线ZZ积分时间X表2计量特性(续)误差所在坐标轴位置传感器(线性编响应曲线a,或a,XY区域导向基准(高度分量)分量zpLr(x,p包含以下特征：沿X轴直线度偏差的高度分量；Z区域导向基准(横向分量)ZZGB/T33523.602—2022/ISO2517(规范性)两个导向基准(X和Y)一个区域导向基准部件沿Y轴运动探测系统沿X轴和部件沿X轴和P平面运动平面运动注：对于两个给定的函数f和g,fog是f和g的复合函数。·P,=沿X坐标轴移动的探测系统；P,=沿Y坐标轴移动的探测系统；C₂=沿X坐标轴移动的部件；C,=沿Y坐标轴移动的部件。GB/T33523.602—2022(资料性) ——光穿过物镜两次(方向相反);光束。轴向色散是所有折射、衍射和折射率梯度变化光学系统所固有的物理属性。图B.3说明了这个B.2共聚焦色差尺寸测量图B.3轴向色散原理测量原理包括两个操作：1)执行测量空间的光谱编码。以可控方式拉伸照射光束的轴向色散来执行该编码。2)执行反射光束的光谱解码。例如，能通过使用光谱仪来执行该解码。 图B.4共聚焦色差传感器的原理图GB/T33523.602—2022有不同方法来分析鉴别针孔过滤后的光束的光谱成分。其中之一是传统传感器的垂直测量范围(沿Z方向)等于探测器在最短和最长波长之间探测到的轴向色散。这种GB/T33523.602—2022移除S-L表面L-滤波器共聚焦色差探针式区域法表面结构测量仪器使用了基于共聚焦色差光学原理的非接触探测系统确这种仪器也能进行轮廓测量。仪器的纵向测量范围通常使其只能测量平面或稍微弯曲的工件表面 垂直驱动单元沿Y坐标轴前进一个采样间隔的距离ISO25178-3给出了评定区域和采样距离的推荐值。色差探针与接触探针(如触针)有许多相似之处。测量规程保持不变，触针和色差探针的测量精度和垂直分辨力具有相同的数量级。因此，一些最α:针尖圆锥角度纵向范围λ(△λ)照明波长(光谱带宽)F.:响应曲线D.:Z方向量化步距D.:Z方向量化步距每当传感器不能估计表面一个点沿Z方向的位置时，这个点被标记为非实测点(也就是说无法提解释说明反射光强太弱反射光强太强，探测器饱和无峰值位于光谱边缘或者偏离探测器前面的无B.6异常值GB/T33523.602—2022/ISO25178-602:2010这些异常值通常为台阶类型的突变区域周围或不在聚焦波长条件下，色差探针会在光谱仪上产生一个强度峰值。如果有一个能够检测到透明材料的两个交界面的条件是光学材料的厚度要小于探测器量程(如图B.7所示)。与同时探测两个交界面不同，可以只检测两个交界面中的一个(例(规范性)3.3.1探测系统3.3.9光源3.3.15光探笔3.3.3孔径角3.3.4孔径半角图C.1相关定义13.1.6测量误差3.4.4响应曲线ABCDEFG方向跳动区域表面结构表面缺陷GB/T33523.602—2022/ISO25[2]GB/T26958(所有部分)产品几何技术规范(GPS)滤波[3]GB/T33523.6—2017产品几何技术规范(GPS)表面结构区域法第6部分：表面结构[5]ISO8015Geometricalproductspe[6]ISO14253-1Geometricalproductspecifi[7]ISO14638Geometricalprod[8]ISO14660-1:1999Geometric[9]ISO25178-2Geometricalproductspecifications(GPS)—Surfacetexture:Areal—Terms,definitionsandsurfacetexture[10]ISO25178-3Geometricalp[11]ISO25178-601Geometricalproductspecifications(601:Nominalcharacteristicsofcontact(stylus)ins[12]ISO25178-701Geometricalproductspecifications([13]ISO/IECGuide98-3:2008Uncertaintyofuncertaintyinmeasurement(GUM:1995)[14]BLUNT,L.andJIANG,X.Advancedtechniquesforassessmentsurfa[16]BROWNE,M.,AKINYEMI,O.andBOYDE,A.Confocalsurfaceprchromaticaberration[17]SANDOZ,P.ProfilométThesis,UniversitédeFranche-Comté,Besancon,France,1993[18]COHEN-SABBAN,J.etal.DispositifdetomographieoptiqueenPatentFR9402489(Pub[19]MALY,M.andBOYDE,A.Real-timestereoscopicobjectivelenseswithlinearlongitudi[20]TIZIANI,H.J.andUHDE,H.-M.Three-dimensionalconfocalmicroscopy.Appl.Opt.,33,1994,pp.1838-1843[21]COHEN-SABBAN,J.etal.Dispositifdemicrostratigraphie,Frenc[22]TIZIANI,H.J.,ACHI,R.andKRÄMER,R.Chromaticconfocalmicroscopywrolenses.J.ofMod.Opt.,43,1996,155-163[23]DOBSON,S.L.,SUN,P.-C.andFAINMAN,Y.Diffractiveleimaging.Appl.Opt.,36,1997,pp.[24]LIN,P.C.,SUN,P.-C.,ZHU,L.andFAINMAN,Y.Single-shotdepth-sectionimagingthroughchromaticslit-scanconfocalmicrosco[25]CHA,S.,LIN,P.,ZHU,L.,SUN,P.C.,FAINMAN,Y.Nontranslationalmensionalprofilometrybychromaticconfocalmicrscanning.Appl.Opt.,39,2000[26]COHEN-SABBAN,J.,GAILLARD-GROLEAS,J.andtendedfieldsurfacesensing.Proc.SPIE4449,2001,pp.[27]COHEN-SABBAN,J.Highresolutioncolorcode5180,SanDiego.CA.USA,2003[28]VAISSIERE,D.Metrologietridimensionnelledesétatsconfocaleàchampétendu.PhDthesis,Un[29]RUPRECHT,A.K.,KÖRNER,K.,WIESENDANGER,T.F.,TIZIANI,H.J.andOS-TEN,w.Chromaticconfocaldetectionfo[30]RUPRECHT,A.K.,WIESENDANGER,T.F.andTIZIANI,H.J.Chromaticconfocalmicroscopywithafinitepinholesize.OptLetter,29(18),2004,pp.2130-2132[31]SHI,K.,LI,P.,YIN,S.andLIU,Z.Chromaticconfocaluumlight.OpticsExpress,12,2[32]COHEN-SABBAN,J.,GAILLARD-GROLEAS,J.and[33]MINSKY,M.Microscopyapparatus,U[34]PETRAN,M.andHADRAVSKY,M.Confocalmicroscopy.CzechoslovakianPatents[35]COURTNEY-PRA