(高清版)GBT 33523.605-2022 产品几何技术规范（GPS） 表面结构 区域法 第605部分：非接触（点自动对焦探针）式仪器的标称特性

国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会发布I本文件是GB/T33523《产品几何技术规范(GPS)表面结构区域法》的第605部分。GB/T33523 第6部分：表面结构测量方法的分类：—第71部分：软件测量标准；——第72部分：XML文件格式x3p; ——第605部分：非接触(点自动对焦探本文件等同采用ISO25178-605:2014《产品几何技术规范(GPS)表面结构区域法第605部分：ⅡGB/T33523.605—2022/ISO25178-605:2014GB/T33523拟由14个部分构成。 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 第71部分：软件测量标准。规定了用于测量仪器软件校验的S1型和S2型软件测量标准(标 第601部分：接触(触针)式仪器的标称特性。规定了表面结构区域法接触(触针)式仪器的标 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 第603部分：非接触(相移干涉显微)式仪器的 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 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 第606部分：非接触(变焦)式仪器的标称特性。规定了使用变焦(FV)传感器测量表面结构的 第701部分：接触(触针)式仪器的校准与测量标准。规定了区域法表面结构接触(触针)式仪1GB/T33523.605—2022/区域法第605部分：非接触(点自动对焦探针)式仪器的标称特性本文件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。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ISO4287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:PrISO10360-1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[GeometricalProductSpecificISO14406产品几何技术规范(GPS)提取[GeometrISO14978产品几何技术规范(GPS)GPS测量设备通用概念和要求[Geometricalproductspecifications(GPS)—GeneralISO25178-2产品几何技术规范(GPS)表面结构区域法第2部分：术语、定义及表面结构参数[Geometricalproductspecifications(GPS)—Surfacetexture:Areal—Part2:Terms,definitions表面结构区域法第3部分：规范操作集[Geometricalproductspecifications(GPS)-SurfISO25178-6产品几何技术规范(GPS)表面结构区域法第6部分：表面结构测量方法的分类[Geometricalproductspecifications(GPS)—Surfacetexture:Areal2GB/T33523.605—2022/ISO25178-605:2014methodsformeasuringsurfaceteISO25178-601产品几何技术规范(GPS)表面结构区域法第601部分：接触(触针)式仪器的标称特性[Geometricalproductspecifications(GPS)—Surfacetexture:Areal—Part601:Nominalcharacteristicsofcontact(stylus)instrumentISO25178-602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[Geometricalproductspecifications(GPS)—Surfacetexture:Areal—Part602:Nominalcharacteristicsofnon-contact(confocalchromaticprobe)i3术语和定义ISO25178-601和ISO25178-602界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1与所有区域表面结构测量方法相关的术语和定义区域基准arealreference仪器的一个组成部分，它确定一个基准表面用于表面形貌测量。(x,y,z)坐标轴的右手定则笛卡儿直角坐标系。3GB/T33523.605—2022/ISO25178-605:2014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。注2:亦可见“机械表面”[GB/T33523.2—2017中或GB/T42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。4GB/T33523.605—2022/ISO25178-605:2014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放大倍数amplificationcoeffi由响应曲线(3.1.7)得到的线性回归曲线的斜率。见图3。5GB/T33523.605—2022/ISO图3响应曲线线性化示例仪器噪声instrumentnoiseN;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。Nm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。6GB/T33523.605—2022/ISO25178-605:2014沿X坐标轴[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。横向分辨力lateralresolutionR₁两个可检测要素之间的最小距离。[来源：GB/T33523.601—2017,3.4.10,有修改]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水平间距t大于或等于W₁的栅格图5图4中栅格的测量结果7GB/T33523.605—2022/ISO图6水平间距t'小于W₁的栅格图7图6中栅格的测量结果横向周期限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。仪器传递函数instrumenttransferfunction;ITF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hysteresis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。8GB/T33523.605—2022/ISO25178-605:2014<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ax,ay,α.3.1.8(见图3)导出放大倍数的曲线(图3中标引序号说明5)与响应曲线(图3中标引序号说明4)之间的最大局部差异区域基准的平面度ZZZx轴和y轴之间的3.2与X和Y扫描系统相关的术语和定义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。9GB/T33523.605—2022/表2导向基准可能的不同配置(X和Y轴)两个导向基准(X和Y)一个区域导向基准C探测系统S:没有弧形误差或进行了弧形误差校正·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Y轴移动的部件。仪器的组成部分，使驱动探测系统或被测表面沿X轴[Y轴]的导向基准移动，并用轮廓的横向X7N,NaGB/T33523.605—2022/ISO25178-605:2014α孔径角的一半。孔径半角的正弦乘以周围介质的折射率n(An=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极衍射极小值与另一个光学粗糙表面opticallyroughsurfaceGB/T33523.605—2022/ISO25178-605:2014物镜objective垂直范围veritcalrangeGB/T33523.605—2022/点自动对焦探针仪器提供横向(X方向和Y方向)与高度(Z方向)值的测表3给出了点自动对焦探针仪器的影响量和受影响量偏差影响的计量特性(见3.1.20和表1)。受影响的点自动对焦探针W自动对焦重复性(线性标度，编码器)区域导向基准(高度分量)区域导向基准(横向分量)沿Y轴的扫描台运动直线度的横向分量X(扭转)沿X轴的扫描台运动直线度的横向分量Y(扭转)表3影响量(续)受影响的静态噪声动态噪声运动倾斜角：系统光轴与样本法线之间的相对角不均匀材料反射时的相对相移·这些影响量影响区域法参数的计算，但是不宜影响表1中所描述的计量特性(资料性)点自动对焦探针式测量仪器自动将激光束集中到试样表面上的一点，使用X-Y扫描台以固定的图A.1给出了点自动对焦探针的典型光学系统。能聚焦于小光斑的激光光束通常用于光源。激成像透镜后于自动对焦传感器上形成图像。图A.1给出了准焦状态。图A.2给出了自动对焦工作原理。图A.2a)给出了准焦状态。图A.2b)给出了离焦状态。当工件表面向下位移时，自动对焦传感器上的激光光束位置相应改变。自动对焦传感器检测激光斑的位表面位移(z₁)等于物镜的移动距离(z₂),并且垂直位置传感器(通常使用线性位置标度)获得工件的高度信息。点自动对焦探针的特性在于不受工件表面颜色或反射系数的影响，因为图A.1典型的点自动对焦探针示意图b)离焦(资料性)光斑尺寸与焦移光斑尺寸不仅决定横向分辨力，还提供用于表面测量的焦移参数。当呈均匀强度分布的平行光束从物镜的背面进入时，其焦平面上的光斑尺寸通常由公式(B.1)给出：An——数值孔径。但是，对于呈高斯强度分布的光源，例如激光，光斑尺寸由直径表示，此时强度为最大强度的特定分数。常用分数为最大强度的1/e²(≈13.5%)(见图B.1)。相关光斑尺寸由公式(B.2)给出：图B.1光斑尺寸图B.2给出了不同光斑尺寸引起的焦移系数的示例。图B.2a)给出了由来自不规则工件表面的入射激光束反射在自动对焦传感器上产生的大光斑图像。在这种情况下，凸状工件表面顶点处的射线的反射角(A)小于孔径半角(a₁),并在自动对焦传感器上形成图像，产生亮区(A')。相反，凸状工件表面斜坡上的射线的反射角(B)大于a₁,使得射线(B)未经过物镜，因此在自动对焦传感器上未形成图像，从而产生暗区(B′)。这就是不均匀光强能够出现在自动对焦传感器上光斑区域内的方式。当自动对焦传感器检测光斑区域的几何中心时，焦点位置移向△E₁。此影响即是测量误差的来源。图B.2b)中光学系统的孔径半角(a₂)大于图B.2a)中的a₁。因此，自动对焦传感器检测凸状工件表面斜坡上的射线，使得在光斑区域中的暗区较小且光强的变化较小。此外，较小的光斑尺寸产生较小的焦点位置偏移△E₂1暗区b)光斑尺寸和焦移的点自动对焦光学系统示意图GB/T33523.605—2022/(资料性)能使用点自动对焦传感器测量的可接受最大局部斜率随激光束偏移方向的变化而变化。图C.1给出沿Y坐标方向的激光束路径偏移。A₁和A₂是与偏移方向平行的可接受的最大局部倾斜角[图C.1a)]。A₃是与偏移方向垂直的可接受的最大局部倾斜角(图C.1b)]。可接受的最大局部倾斜角A₁、6——平面镜；图C.1可接受的最大局部斜率取决于偏移方向(续)GB/T33523.605—2022/(资料性)区域法表面结构测量仪器的特性D.1总则表面结构测量仪器能够对X、Y和Z方向上的量进行评估，据此计算区域法表面结构参数(见图S-滤波器X方向和Y方向上的数值表示了被测点的横向位置。Z方向的数值表示了被测点的高度。点自动对焦探针式区域法表面测量仪器使用非接触高度测量范围由自动对焦定位机构的移动范围与物镜的工作距离决定。典型测量范围从几毫米到GB/T33523.605—2022/ISO25178-605:2014GB/T33523.605—2022/(资料性)每次传感器不能够评估表面上一点的Z向位置时，该点均被标记为自动对焦误差点(即未提供关表E.1存在未测量点的可能的原因自动对焦误差原因暗光1.工件表面的反射系数低；2.倾斜角大；3.突然的高度转换；1.增加光源功率；3.扩大自动对焦范围；波动自动对焦机构在1.自动对焦机构的伺服增益设置得过高；1.降低伺服增益；2.避免检测二次反射射线阴影无激光束落入的暗区死角无ABCDEFG方向跳动区域表面结构表面缺陷[2]ISO14253-1Geometricalproductspecifications(GPS)—Inspection[3]ISO14638Geom[4]ISO14660-1:1999GeometricalProductSpeci[5]ISO/IECGuide99:2007Internationalvocabularyofmetro[6]WyantJ.C.,&SchmitJ.LargeFieldofView,HighSpatialResolution,Surfacements.Int.J.Mach.ToolsManuf.1998,38(5-6)pp.691698[7]MiuraK.,OkadaM.,TamakiJ.Three-raphywithaLaserBeamProbe,AdvancesinAbrasiveTechnology.2000,III