产品几何技术规范（GPS） 表面结构 区域法 第700部分：区域形貌测量仪的校准、调整和验证 编制说明

产品几何技术规范(GPS)表面结构区域法第700部分：区域形貌测量仪器的校准、调整和验证（征求意见稿）一、工作简况1、任务来源本标准是根据国家标准化管理委员会关于下达2024年第一批推荐性国家标准计划及相关标准外文版计划的通知（国标委发[2024]16号制定《产品几何技术规范（GPS）表面结构区域法第700部分：区域形貌测量仪的校准、调整和验证》，计划编号：20240376-T-469，由全国产品几提出并归口。负责起草单位为哈尔滨工业大学、中机生产力促进中心有限公司等，计划下达日期2024年03月25日，项目周期12个月。2、制定背景产品几何技术规范（GPS）覆盖了从宏观到微观的产品几何特征，涉及产品开发、设计、制造、验收、使用以及维修、报废等整个生命全过程，它由涉及产品几何特征及其特征量的诸多技术标准所组成，是制造业技术标准中最重要的标准体系之一。新一代GPS成为引领世界先进制造业前进方向的新型国际标准体系，是实现数字化设计、制造与检验技术的重要基础。随着“中国制造2025”的实施，推进产业优化升级和高端装备制造的标准化需求迫切。区域形貌测量仪器已经成为重要的表面质量分析工具。现行的GB/T33523系列标准自发布实施以来，对我国装备制造领域的产品质量控制发挥了重要作用。然而，随着大量精密装备向高端化迈进，以及大量核心关键零部件向超精密制造发展，对具有引领性的技术标准需求越发强烈。由于诸多区域形貌测量仪器系统具有应用场景多元化、系统参数复杂等特性，其校准、调整和验证流程是否统一将直接影响到测量仪器的性能评价。为了保证区域形貌测量仪器系统的准确性、性能的稳定性、评价的一致性，确保仪器精度和准确性，需要对区域形貌测量仪器的校准、调整和验证流程进行标准化，进而提高仪器的准确性和可靠性，确保产品质量，满足法规要求以及保持企业信誉和市场竞争力。本标准规定了用于校准、调整和验证区域形貌测量仪器以及测定其计量特性的通用程序。该标准的制定和实施，为制造领域表面形貌信息的测量与分析相关仪器的开发和应用标准化，提供统一规范支撑。该标准的制定，有利于完善多样化表面形貌分析工具，提高企业产品的质量、性能与国际竞争力。3、起草过程预研阶段：哈尔滨工业大学及中机生产力促进中心有限公司组织相关专家长期跟踪ISO25178-700国际标准动态。哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院刘俭教授作为SAC/TC240的中国代表曾参加ISO25178-700国际标准的制定工作。2022年ISO25178-700国际标准正式发布后，标委会秘书处组织专家对标准进行分析，完成了翻译工作，形成标准翻译稿。同时，深入高等院校和仪器生产企业，对标准的使用情况进技术委员会工作平合组织委员进行立项投票，应投票87人，实际投票73人，全部为赞成票，占应投票人数83.9%，满足要求，立项投票通过。2023年9月20日，正式上报国家标准化管理委员会。起草阶段：2024年03月25日，标准计划下达后，经过征集和初步遴选，标委会成立了《产品几何技术规范（GPS）表面结构区域法第700部分：区域形貌测量仪的校准、调整和验证》标准起草工作组。在黑龙江省哈尔滨市召开《产品几何技术规范（GPS）表面结构区域法第700部分：区域形貌测量仪的校准、调整和验证》国家标准启动会暨第一次标准讨论会，来自郑州大学、天津大学、黑龙江省计量检定测试研究院、中国科学院上海光学精密机械研究所、中国计量科学研究院等11家单位的15名专家出席了会议。会上，标委会秘书处向与会专家介绍了标准的立项背景，并结合前期各单位申请加入标准起草组情况，介绍了标准起草工作组的暂定方案，标准制定原则和框架内容。会议重点围绕国家标准草案进行了讨论，形成了一系列意见建议（见附件1并对下一步工作进行了任务分工。会后，标准起草工作组结合会议意见，对标准草案进行了修改和完善。在浙江省衢州市召开第二次标准讨论会，中国计量大学、中国计量科学研究院、上海市计量测试技术研究院、中国特种设备检测研究院、先临三维科技股份有限公司等7家单位的10名专家出席了会议。会议重点围绕本项国家标准草案进行组结合会议意见，对标准草案进行了修改和完善，于2024年07月08日完成了标准征求意见稿和编制说明，提交标委会秘书处。二、编制原则、主要内容及其确定依据本标准在结构编写和内容编排等方面依据GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》进行编写。在标准编制过程中，重点遵循以下原则：1）一致性原则本标准的编制原则是对编制过程中所涉及的相关国际、国内标准文件进行了分析研究，保持与已发布国家标准的一致性。2）科学性原则充分体现技术内容支撑，力求做到对原ISO标准技术内容理解、确认之后再进行翻译转化，以保证技术内容的科学性和准确性。3）可操作性原则结合我国制造业发展的实际情况，力求具有指导性和可操作性。4）简易性原则标准内容和技术表述浅显易懂，且在实际应用中无歧义。2、标准主要内容及其确定依据2.0标准前言前言描述了系列标准的作用，本文件的编写目的，分部分编写的原因，各部分之间的相互关系等。说明：标准前言按照GB/T1.1-2020的要求进行编写，主体内容与系列标准的其他部分保持一致。2.1标准范围本文件规定了用于校准、调整和验证ISO25178-600中所述的区域形貌测量仪器共有的计量特性的通用程序。由于表面轮廓可以从表面形貌图像中提取，因此本文件描述的大多数方法可以适用于轮廓法测量仪器。形运动的机械式探测仪器，ISO25178-701中规定了额外的测本文件不涉及ISO25178-6中规定的区域整体法（例如用于表面形貌测量的光散射法）的程序。2.2规范性引用文件特性》2.3术语和定义为便于理解标准中的技术内容，给出了非测点、虚假数据、测量噪声、仪器噪声、z轴线性偏差、仪器传递函数曲线、形貌保真度等相关术语及定义。2.4符号和缩略语给出了区域形貌测量方法的计量特性及相关符号和缩2.5仪器的校准、调整和验证明确了区域形貌测量仪器校准、调整和验证的基本方法和程序流程。2.6仪器计量特性的确定规定了仪器计量特性确定的基本原则和方法，以及测量差（6.8）和x-y映射偏差（6.9）等仪器计量特性的具体测2.7通用信息给出了本文件与GPS矩阵模型的关系。2.8附录本标准以规范性附录形式给出了本文件与GPS矩阵模型3、与国际标准相比，技术差异及其原因4、与国际标准相比，主要编辑性改动三、试验验证的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效益、社会效益和生态效益1、试验验证的分析、综述报告本标准等同采用ISO25178-700:2022，不涉及试验验证2、预期的经济效益、社会效益和生态效益本标准的实施对于提升我国先进制造产品质量具有重要意义，经济、社会效益显著：1）推动我国制造业高端化转型我国正处于由“制造大国”到“制造强国”的转型期，工业制造产品亟需向高端化、精密化转型。材料表面三维形貌在很大程度上影响着它的许多技术性能和使用功能。测量材料表面三维形貌，为研究样品形态结构提供了便利，有助于监控产品质量，改善加工工艺。本标准的制定与实施，将有效保障高端精密产品的制造质量。2）促进我国制造业的国际化进程在全球一体化的大背景下，世界各国之间的技术竞争实际上都体现在技术标准上。标准是一个国家的技术资源，是一个国家的工业产业走向国际化的重要技术支撑。本标准等同采纳国际最新标准，规范用于表面形貌测量的区域测量仪器的校准、调整和验证流程，形成科学的定义和分析评价方法，助力我国制造业产业走向国际化，提高我国产品的国际认证过程中的一致性，助力推动我国制造业向高端化、精密化、国际化转型，有助于使我国新一代产品几何技术规范与国际接轨，技术内容更加完整，技术水平先进，标准结构更加规范，编制符合GB/T1.1-2020的要求；术语词汇更贴近生产，内容更适应当前技术水平，为企业在设计、制造、检验等过程提供技术支持，牵引我国高端装备制造业的发展。四、与国际、国外同类标准技术内容的对比情况，或者与测试的国外样品、样机的有关数据对比情况五、以国际标准为基础的起草情况，以及是否合规引用或者采用国际国外标准，并说明未采用国际标准的原因本标准等同采用ISO25178-700:2022。六、与有关法律、行政法规及相关标准的关系本标准与我国的现行法律、法规和强制性国家标准没有七、重大分歧意见的处理经过和依据八、涉及专利的有关说明本标准不涉及专利。九、实施国家标准的要求，以及组织措施、技术措施、过渡期和实施日期的建议等措施建议建议作为推荐性国家标准发布，标准发布即实施。建议标准号：GB/T33523.700-xxxx。十、其他应当说明的事项标准起草工作组第一次讨论会意见建议1)范围第二段“本文件描述的大多数方法都可以适用于轮廓仪”改为“因此本文件描述的大多数方法可以适用于轮廓法测量仪器”。2)范围第三段“对于基于机械探测的仪器，其探针遵循额外的弧形运动”改为“对于探头按照弧形运动的机械式探测3)范围第四段“尽管ISO25178-6中规定了区域积分方法的程序，但本文件不包括这些程序。例如，光散射属于被称为区域积分方法的一类技术，用于测量表面形貌。”改为表面形貌测量的光散射法）的程序。”4)3.1术语“未测量点”改为“非测点”5)3.1注2“未测量点可能是由测量仪器的特征或测量标准的表面缺陷引起的，超出了仪器的测量范围。”改为“非测点可能是由测量仪器的特征或测量标准上超出了仪器测量范围的表面缺陷引起的。”6)4表1第一栏中“ISO25178-600:2019中包含定义的条款和附图”改为“定义所在ISO25178-600:2019的条款和图”x-y映射偏差（6.9.2）进行定义的。针对这些计量特性中的每种特性规定了测定其值的方法。”改为“本文件定计量特性的测定方法。”形貌空间分辨力（6.11）和形貌保真度（6.12）的垂直度真度（6.12）的默认测定方法。”9)5.3.1“所有默认程序都包括实物量具的使用”改为“所有默认程序都包括实物测量标准的使用”，并将“实物量具”全文统一修改为“实物测量标准”。10)5.3.1最后一句“测量标准（校准实物量具）的选择应考虑被测表面的特性”改为“应根据被测表面特性选择经校准的测量标准。”择性响应的说明”改为“测量记录应包括如何处理表面缺项任务规划有效的测量，则该标准不得用于该任务”改为“如果针对测量任务无法实施有效测量，则该标准不得用于该任务。”13)5.3.2第二段内容“此类缺陷响应说明可参考测量标准的校准证书或供应商提供的其他适用文件中规定的程序”改为“缺陷处理说明可参考测量标准的校准证书或供应商提供的相关文件”。14)5.3.4第一段第一句“用于确定仪器规范的校准应在记录的测量条件下进行，并应报告这些条件”改为“应在规定的测量条件下开展仪器指标校准，实际测量条件应体现15)5.3.4第二段第一句“计量特性的测定应针对实际使用的每个单独仪器和每种仪器设置（构型）进行”改为“计量特性的测定应针对实际使用的每台仪器以及各种软硬16)5.3.4注“仪器设置（构型）通常是特定于应用的”改为“仪器软硬件配置/设置通常与特定应用相关”。17)5.3.4例“使用不同的触针尖端半径”改为“使用不同18)6标题“仪器计量特性的确定”改为“仪器计量特性的测定”。19)6.1概述第一段“测量结果及评估的测量不确定度的仪器计量特性：”改为“影响测量结果及测量不确定度评估的仪器计量特性：”20)6.3“未测量点的处理”改为“非测点的处理”，并将下文中的“未测量点”统一修改为“非测点”。第二次讨论会意见建议1)6.5.1将“仪器噪声是最理想情况下可实现的最小噪声。”改为“仪器噪声是最理想情况下产生的最小噪声。”2)6.5.2标题中“滤波器或运算符的应用”改为“滤波器或作集”。3)6.5.2注“S滤波器作为低通滤波器可降低噪声，但会影响形貌空间分辨力，前提是该分辨力受横向采样的限制。”改为“S滤波器作为低通滤波器可降低噪声，但当分辨力受横向采样限制时，会影响形貌空间分辨力。”4)6.5.3标题中“仪器噪声和测量噪声估计的实物标准”改为“用于仪器噪声和测量噪声估计的实物标准”。5)6.5.3中“默认情况下，该实物量具应经过光学对准，以便使用仪器的最小测量范围。”改为“默认情况下，该实物量具应经过光学对准，以便使用仪器的最小测量范围。”6)6.5.3中“例如，对于变焦显微测量等测量原理，可能需要最小的粗糙度”改为“例如，对于变焦显微方法可能需要具有最小粗糙度值”7)6.5.4中将“这使得结果独立于实物量具的确切形貌，从而不需要滤波或任何进一步的实物量具拆模。可以通过去除测量值或测量差异中的最小二乘平面来消除垂直漂移和表面倾斜中的任何漂移。测量噪声NM为其余差异的均貌无关，从而不需要进一步滤波以及去除实物标准的形状。可以通过去除测量值或测量差异中的最小二乘平面来消除垂直漂移和表面倾斜。测量噪声NM为剩余差异的均方8)6.5.4.3中将“测量噪声实际上是通过计算ISO25178-2中定义的两图之间差异的RMS高度Sq（或轮廓测量值的改为“计算ISO25178-2中定义的两形貌图差值的均方根高度Sq（或轮廓测量值的Rq然后将该Sq值除以√2得到测量噪声。”9)6.5.4.3注1将“数学描述”改为“数学公式”。的描述（规定为动态噪声）是指接触（触针）式仪器，但该概念现在在本文件中被概括为所有扫描点传感器的测量噪声。”改为“ISO25178-701中接触（触针）式仪器所描述的仪器噪声（规定为动态噪声在本文件中被概括为所有点扫描传感器的测量噪声。”11)6.5.4.3注5，将“垂直分辨力在性质上是指可以有目的地测量的形貌中表面高度的最小变化”改为“垂直分辨力在性质上是指能够有效分辨出的测量形貌中表面高度的最小变化”。12)6.5.4.4标题“利用平均法估计测量噪声”改为“利用平均法评估测量噪声”。具的确切形貌，从而不需要滤波或任何进一步的实物标准拆模”改为“理想情况下，这使得测量结果与实物标准的真实形貌无关，从而不需要进一步滤波以及去除实物标准的形状”。14)6.5.4.4中将“与平均值的差异的RMS即为通过计算NM平均值得到的测量噪声”改为“与平均值的差值的RMS高度即为通过平均法计算得到的测量噪声NM”。15)6.5.4.4注2“n=2，公式(3)给出与公式(2)相同的结果，注意在这种情况下…参考文献[23]中给出了推导过在这种情况下…推导过程见参考文献[23]”。16)6.5.4.4注3“不支持访问”改为“不支持获取”17)6.5.4.5中将“当从n（n为偶数）次测量中获得所有可能的对组合时，公式(6)给出与公式(3)相同的结果”改为“当对n（n为偶数）次测量中所有可能成对的组合测量进行计算时，公式(6)与公式(3)结果相同”。18)6.5.4.5注3“公式(7)也是一个近似值，可能与公式(6)的绝对值略有不同，但稳定性也同样受到有效的监控”改为“公式(7)也是一个近似值，可能与公式(6)的绝对值略有不同，但也可以有效监控噪声的稳定性”。生结果，则测量标准不需要为光学平滑”改为“如果仪器测量原理要求被测表面具有一定的表面结构才能得到测量结果，则实物测量标准不需要为光学平滑平面”。二乘表面作为默认参考。Sz参数相当于ISO12781-1中定义的参数FLTt(LSPL)。”改为“评面或S-F表面，默认参考平面为最小二乘平面。参数Sz等同于ISO12781-1中定义的参数FLTt(LSPL)。”21)6.6.4标题“平面度偏差估计的改进”改为“平面度偏差评估的改进”在试样上几个横向位置进行测量”改为“为了改进平面度偏差评估，宜在实物测量标准的多个测量位置进行测量。”可以进一步改进平面度偏差估计”改为“通过旋转实物测和6.6.4进行的平面度测定可以在与测量所用滤波器条件相同的条件下进行”改为“在使用滤波器或操作集的过测量平面度”。25)6.6.5将“在许多情况下，对于平坦的表面，仅考虑整体形式，而对较小的结构不感兴趣。这通常是通过应用具有大嵌套指数的S过滤器来实现的。”改为“在许多情况下，对于平坦的表面，仅考虑整体形状，而不关注较小的结构，通常选用具有大嵌套指数的S滤波器”。全部修改。27)6.7.2.1“对于仪器的校准，应采用与实物量具的校准相同的方法”改为“宜采用与校准实物标准的相同的方法校准仪器”。28)6.7.2.1“例如在一个区域进行光学测量与使用触针式仪器进行轮廓测量相比”改为“例如在一个区域进行光学测量与使用触针式仪器进行轮廓测量相比”。29)6.7.2.3“应将实物标准的评估区域调整为垂直于仪器z轴。”改为“宜将实物标准的评估区域调整为与仪器z轴垂直”。30)6.7.3将“放大倍数是通过利用最小二乘法将一条线拟合到所确定的台阶深度或台阶高度来确定的”改为“用最小二乘法将所确定的台阶深度或台阶高度拟合成一条直31)6.7.4将“凹槽”全文统一修改为“沟槽”。32)6.7.4.2标题将“凹槽、直线（矩形或梯形）PGR型实物量具的分析方法”改为“PGR型：沟槽、直线（矩形或33)6.7.4.2中“最小二乘平行平面应拟合到区域A、B和C的数据点”改为“宜使用区域A、B和C的数据点拟合34)6.7.4.2中“或者，应将最小二乘平面拟合到区域A35)6.7.4.3标题将“凹槽、直线（矩形或梯形）PGR型实物量具的分析方法”改为“PGR型：沟槽、直线（矩形或36)6.7.5将“可以使用各种实物标准”改为“可以使用多37)6.7.5将“AGP型：多凹槽，垂直”改为“AGP型：垂39)6.7.5将“单侧台阶也被用作高度校准实物量具。在双侧台阶可能难以制造和不可用的情况下，单侧台阶特别有用。由单侧台阶组成的阶梯也可用于同时测量z放大倍数和线性偏差。为避免由于表面曲率导致的偏差，在避免相关表面缺陷的前提下，将直线拟合到轮廓数据，最好从台阶过渡处等距偏移。在双侧台阶可能难以制造和不可用的情况下，基于原子晶格特性的、具有纳米级和亚纳米级高度的单侧台阶特别有用”改为“在双侧台阶难以制造或不可用的情况下，也可使用单侧台阶作为高度校准实物标准。由单侧台阶组成的阶梯也可用于同时测量z轴放大倍数和线性偏差。为避免由于表面曲率导致的偏差，在避免相关表面缺陷的前提下，使用轮廓数据进行直线拟合，最好从台阶过渡处等距偏移。在双侧台阶难以制造或不可用的情况下，可使用具有纳米级和亚纳米级高度的原子晶格特40)6.7.6将“仪器应用的整个预定z轴范围应用器z轴的放大倍数。应恰当地选择z轴刻度内的位置的距离，以涵盖整个预定z轴范围”改为“仪器z轴放大倍数宜在仪器预设的z轴范围内测定，宜适当选择z轴测量位置的距离，以涵盖整个预设z轴范围”。41)6.7.7将“对于验证，单级标准的评估足以确认”改为“在验证过程中，单台阶实物标准的评定足以确认”。确定度较小”改为“校准可以降低在缩小的z轴刻度内的43)6.8.2标题“整个和局部z轴线性偏差lz的测定”改如果只测定了较短范围而不是整个范围的局部线性偏差，则应报告该较短范围在整个z轴范围内的位置”改为“默认测定z轴全范围的线性偏差。如果只测定了局部范围线性偏差，而不是全范围线性偏差，则应报告该局部范围在整个z轴范围内的位置”。45)6.8.3将“对于线性偏差的检测，需要在多个位置和台阶高度进行测量”改为“对于线性偏差的测定，需要对不同位置的不同台阶高度进行测量”。46)6.8.5将“测量应在z轴范围内的五个或更多位置进行”改为“宜在z轴范围内的五个或更多位置进行测量”。47)6.8.5将“若需要，应围绕这些关键位置进行额外的测量，以便更好地表征线性偏差”改为“若需要，宜在这些48)6.8.5将“对于具有多个z扫描轴定每个轴”改为“对于具有多个z扫描轴的仪器，单独对49)6.9.1将“被定义为表面上实际坐标位置与标称位置的x轴和y轴偏差的网格图像”改为“被定义为表面实际坐标位置与其名义位置的x和y偏差的网格图像”。50)6.9.1注1，将“对于光学仪器，映射偏差可能是由光学元件的像差引起的”改为“光学仪器的映射偏差可能是由光学元件的畸变引起的”，并将图5图注中的“失真”全部修改为“畸