(高清版)GBT 33523.603-2022 产品几何技术规范（GPS） 表面结构 区域法 第603部分：非接触（相移干涉显微）式仪器的标称特性

Geometricalproductspecifications(GPS)—Surfacetexture:Areal—Part603:Nominalcharacteristicsofnon-contact(phase-shiftinginterferometric国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会I Ⅲ 1 13术语和定义 14影响量的描述 附录A(资料性)相移干涉(PSI)显微镜的组件 附录B(资料性)相移干涉(PSI)显微镜的工作原理 附录C(资料性)相移干涉(PSI)显微镜的误差和修正 22Ⅲ 第71部分：软件测量标准； 第601部分：接触(触针)式仪器的标称特性 第603部分：非接触(相移干涉显微)式仪器的标称特性 第604部分：非接触(相于扫描于涉)式仪器的标称特性 本文件等同采用ISO25178-603:2013《产品几何技术规范(GPS)表面结构区域法第603部GB/T33523拟由14个部分构成。 格式x3p。 第602部分：非接触(共聚焦色差探针)式仪器的标称特性。目的在于规定使用基于白光轴向 V1产品几何技术规范(GPS)表面结构区域法第603部分：非接触(相移干涉显微)式本文件规定了相移干涉法(PSI)轮廓和区域表2规范性引用文件见图1。2GB/T33523.603—2022/IS图1仪器的坐标系和测量回路测量回路measurementloop一个封闭链，包括连接被测工件和探头的全部单元，例如：定位工具、紧固夹具、测量底座、驱动单见图1。工件的实际表面realsurfaceofaworkpiece实际存在并将整个工件与周围介质分开的要素集。表面探头surfaceprobe测量过程中将表面高度转换为信号的器件。空间测量范围measuringvolume由仪器三个坐标的测量极限范围限定的仪器测量范围。3GB/T33523.603—2022/ISO251响应曲线responsecurveF,F,,F.描述实际量与测得量之间函数关系的图形表示。见图2。图2非线性响应曲线示例[来源：GB/T33523.60放大倍数amplificationcoefficient由响应曲线(3.1.7)得到的线性回归曲线的斜率。见图3。4GB/T33523.603—2022/ISO25178-603:2013图3响应曲线线性化示例仪器噪声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。测量噪声measurementnoiseNm仪器正常使用过程中附加于输出信号的噪声。表面形貌重复性surfacetopographyrepeatability在相同测量条件下连续测量同一表面形貌的重复性。D沿X坐标轴两个相邻测量点之间的距离。5GB/T33523.603—2022/ISO251Y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digitizationstepinZD₂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。横向分辨力lateralresolution两个可检测要素之间的最小距离。[来源：GB/T33523.601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。图4栅格及其测量的示例6GB/T33523.603—2022/ISO25178-603:2013d图4栅格及其测量的示例(续)[来源：GB/T33523.601横向周期限lateralperiodlimit仪器的高度响应降至50%时正弦轮廓的空间周期。最大局部斜率maximumlocalslope可以被探测系统评定的表面特征的最大局部斜率。fmF空间频率的函数，描述表面形貌测量仪器对具有特定空间频率的物体表面形貌的响应。迟滞hysteresis7GB/T33523.603—2022/ISO25178-603:2013测量装置或测量特性的属性，表示测量装置的示值或测量特征值，取决于先前激励的方向。计量特性metrologicalcharacteristic《测量设备>测量装置的属性，该属性可能会影响测量结果。表1表面结构测量方法的计量特性列表定义潜在误差取向3.1.8(见图3)导出放大倍数的曲线(图3,注5)与响应曲线(图3,注4)之间的最大局部差异区域基准的平面度ZZZ3.2与X,Y轴扫描系统相关的术语和定义区域导向基准arealreferencegu产生基准表面的仪器组成部分，在这个基准表面上，探测系统沿理论正确轨迹相对于被测表面运动。横向扫描系统lateralscanningsystem在(x,y)平面上对被测表面实施扫描的系统。8一个区域导向基准探测系统了弧形误差校正“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轴移动的探测系统；P,=沿Y轴移动的探测系统；C,=沿X轴移动的部件；C,=沿Y轴移动的部件。Y向驱动单元driveunitYUrN,N9GB/T33523.603—2022/ISO25178-603:2013注1:3.1.9中的注2和注3也适用于本条目。3.3与光学系统有关的术语和定义在特定光谱范围内发射适当波长的光的光学装置。光学测量带宽measurementopticalbandwidth用于表面测量的光波长范围。测量光波长measurementopticalwavelength用于表面测量的光波长有效值。从被测表面上某一点进入光学系统的光锥的角度。孔径半角halfapertureangleα孔径角的一半。图5孔径半角数值孔径numericalaperture孔径半角的正弦乘以周围介质的折射率n(An=nsina)。GB/T33523.603—2022/ISO25178瑞利准则Rayleighcriterion表征光学系统空间分辨力的量，定义为两个点源在满足一个点源的像的一级衍射极小值与另一个点源的像的极大值位置重合时的间距。表面膜surfacefilm光学粗糙表面opticallyroughsurface一种表面形貌测量方法，通过一个使用已知波长的光源进行照明的光学显微镜和与光学显微镜集用于重构测量表面的算法。因为每个点处的直接测得高度值是一个待明确λo/2的整数倍数的多值函数。相移干涉仪器提供横向(X和Y)和高度(Z)方向的测值，从中可以计算表面结构的参数。相移干a)将仪器聚焦到被测表面直至出现干涉条纹。b)当测量随机粗糙表面时，调整被测样品相对于系统光轴的倾角，直至视场内的干涉条纹数最后的表征区域表面结构的形貌图。可根据需求对形貌图做进一步的滤波处理。e)对于具有与基准均方差同一量级的均方根粗糙度的表面，可能需要额外的信号平均技术来从测量光波长(见3.3.3)a光学测量带宽(见3.3.2)照射到被测表面的光的偏振态。通常表述为垂直线偏振(S)、水平线偏振(P)、圆偏振(C)、非偏振数值孔径(3.3.6)波前畸变，一种描述系统测量光路净偏差的函a进……)移相测量算法(见3.5.2)a.,lZ方向量化步距(见3.1.14)见3.5.3a.,lD,或D,横向采样间距(见3.1.12和3.1.13)仪器噪声(见3.1.9)完成Z向单次扫描所需的积分时间迟滞(3.1.20)样品倾斜角度：系统光轴和样品法线之间的夹角透明或半透明薄膜的厚度。这些薄膜通常具有与照明光波长相当的厚度。请注意，较薄的污染物或自然氧化膜不一定会影响相位测量过程这些影响量来自仪器与被测样品之间的相互作用。(资料性)波长和带宽的准确度直接关系到PSI测量的总体准确度。GB/T33523.603—2022/ISO251(资料性)相移干涉(PSI)显微镜的工作原理PSI仪器(图B.1、图B.2和图B.3)包含一套集成于显微镜的干涉仪。干涉仪中，分束器将光分成两路。其中一路引至包括作为理想平滑基准表面的反射镜等一系列光学元件的参考光路；另一路光传输到被测物体上并反射形成测量光路。两束反射回来的光在分束器上重新合束，并在图像传感器阵列上形成由一系列明暗条纹构成的被测表面的干涉图像。仪器需要精确调节，使得最佳聚焦与最高条纹对比度相对应。在测量过程中，通过测量光路与参考光路之间引入一个已知的相移，使得条纹图案发生改变。有多种方法可以改变干涉光路间的相位差，例如，在图B.1中，使用压电换能器(PZT)驱动参考镜来实现。图B.1迈克尔逊型干涉结构的相移干涉(PSI)显微镜示意图GB/T33523.603—2022/ISO2517图B.2米劳型干涉仪示意图C图B.3林尼克型干涉仪示意图通过对相移过程得到的序列干涉图像的分析可以测得从样品返回的波前φ的相位变化。设相位变化φ是像传感器像元ij的函数，则在ij位置处的相对表面高度Z,可以表示为：Z₀=λopu/4π……………式中：公式(B.1)对于理想的光学系统严格成立，即该系统被测表面上每一个测量点都对应一个点光源。实际照明系统的影响可参见文献[23]。沿X方向，可测量的最长空间波长λL可以由λL=N△,/M…………………(式中：M光学系统的放大倍率；△,——阵列式图像传感器中像元沿X方向的间距；N阵列式图像传感器中沿X方向的像元总数(如图B.4所示)。对于一个最短空间波长为λr的高度周期性的表面，宜评估的最短空间波长取决于所使用的光学λR≥5D,δ≤arctan(λ₀M/4△)(资料性)相移干涉(PSI)显微镜的误差和修正高度测量中的一个不确定度分量与照明光波长λ。的不确定度直接相关。照明光源的波长和系统中光学带通滤波器的光谱透过率可通过标准光谱技术来测定。C.2信号处理算法PSI设备测量时通常要求表面上的相邻待测点之间的高度差小于λ。/4。当相邻点的高度差大于λo/4时，图像数据可能会出现误差。这些图像数据误差表现为台阶突变，其步长为λo/2的整数倍。因而，PSI显微镜采用相位展开算法去除λo/2混淆，并将测量高度范围拓展到整个测量面。另外，还可以采用其他算法来识别并剔除诸如在低反射率和高散射区域测量产生的异常数据(异常值)和未检测到的数据(缺失值)。请参见图C.1和图C.2。图C.1具有多个水平λ。/2突变台阶误差和缺失数据(缺失值)的相移测量图示，其中白色斑点状区域表示数据缺失显微镜系统的数值孔径决定入射到被测表面的光锥角和随后光径增大，会有更大倾角的光照射到被测表面，导致需对被测表面高度进行修正。如数值孔径大于0.20PSI仪器包含一种实现参考光路和测量光路间相对相移的方法。有许多方式可产生所需的相移1)参考镜面、光学元件或被测表面的机械移动；2)入射光的频移。无论是连续相移还是步进式的相移，都已开发出许多算法来补偿测量过程中的相移误差。相移误C.5相移调整用于测量被测表面与基准表面之间高度差的多帧图像之间的相对相移量当参考臂上光程差的均方差值与被测样品的均方根粗糙度(Sq)值相当时，可能会产生误差(参见C.10薄膜PSI技术依赖于样品光反射的相位来与实际表面高度建立关联。因此，任何改变相对光学相位的表面性质都会被解析为表面高度的变化。不同区域由不同光学材料常数构成的表面可能在不同区域间PSI显微镜宜置于隔振的环境中。通常，P刚性厚板上。振动隔离程度(以及其他诸如电学和声学的噪声源)可通过样品保持不动时，采用最小时间间隔测量两次同一平滑被测表面(Ra或Sa<λ₀/1000)形貌所得值之差的均方差来评估。两形貌差ABCDEFG方向跳动区域表面结构表面缺陷[1]GB/T3505—2009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[2]GB/T6062—2009产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法接触(触针)式仪器的[4]GB/T33523.2—2017产品几何技术规范(GPS)表面结构区域法第2部分：术语、定[5]GB/T33523.3—2022产品几何技术规范(GPS)表面结构区域法第3部分：规范操[6]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[7]GB/T33523.601—2017产品几何技术规范(GPS)表面结构区域法第601部分：接触[8]GB/T33523.602—2022产品几何技术规范(GPS)表面结构区域法第602部分：非接[9]ISO8015,Geometricalproductspecifications(GPS)—Fun[11]ISO14253-1,Geometricalproductspecifications(GPS)—Inspe[12]ISO14638,Geometricalproductspecifications(GP[13]ISO/IECGuide99:2007,Internationalvocabularyofmetrology—Basicandgenera[14]ASMEB46.1(2009),SurfaceMech.Engrs.,NewYork,2010,Secti[15]WYANTJ.C.,&SCHMITJ.LargeFieldofVurements.Int.J.Mach.ToolsManuf1998,38(5-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