干涉顯微鏡規(guī)程

1干涉顯微鏡檢定規(guī)程本規(guī)程適用于雙光束干涉顯微鏡的首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗。2引用文獻本規(guī)程引用下列文獻：JJF1001—1998通用計量術語及定義JJF1059—1999測量不確定度評定與表示JJF1094—2002測量儀器特性評定技術規(guī)范JJG812—1993干涉濾光片檢定規(guī)程使用本規(guī)程時，應注意使用上述引用文獻的現(xiàn)行有效版本。3概述干涉顯微鏡由干涉和顯微系統(tǒng)組成，利用光波干涉原理來測量表面粗糙度參數(shù)。它是以范圍為(530～600)nm的光波波長為標尺，將被測表面與標準光學鏡面相比較再經(jīng)顯微系統(tǒng)高倍放大后，來觀察和測量被測表面的微觀幾何形狀特性。雙光束干涉顯微鏡主要用于表面粗糙度評定參數(shù)R?的測量。該儀器可用來測量精密加工零件的表面如平面、圓柱面等外表面，也可用來測量零件表面刻線、鍍層等深度。目前常用的儀器外形如圖1和圖2所示。1—調(diào)焦鼓輪；2—遮光屏；3—干涉帶寬度、方向調(diào)節(jié)螺釘；4—參考鏡微調(diào)螺絲；5,6—工作臺縱橫向移動千分尺；7—工作臺；8—光源；9—可換濾光片；10—光闌；11—測微目鏡；12—測微鼓輪；13—照相機或監(jiān)視器裝置圖1常用干涉顯微鏡外形圖(一)21—測微目鏡；2—目視、照相轉換鈕；3—照相機或監(jiān)視器裝置；4—光源；5—干涉帶寬度調(diào)節(jié)鈕；6—干涉帶方向調(diào)節(jié)鈕；7—參考鏡微調(diào)螺絲；8—工作臺高低移動(調(diào)焦)盤；9一工作臺轉動盤；10—工作臺平移盤；11—工作臺；12—聚焦手輪；13—測微鼓輪；14一目鏡頭轉座；15—濾光片移動手柄；16—卷片扳手；17—快門；18—底座圖2常用干涉顯微鏡外形圖(二)儀器的光路系統(tǒng)簡圖分別如圖3和圖4所示。1一光源；2—聚光鏡；3—干涉濾光片；4—投影物鏡；5一分光鏡；6—補償鏡；7,8,10—物鏡；9—參考鏡；11,14—反射鏡；12—測微目鏡；13—照相物鏡；15—影屏；16—孔徑光闌；17—視場光闌圖3光路系統(tǒng)(一)31—光源；2—分光鏡；3,4—物鏡組；5—目鏡組；6—照相物鏡組；7一反射鏡(目視、照相轉換);8—遮光板(干涉、顯微轉換);9—參考鏡；10—影屏圖4光路系統(tǒng)(二)4計量性能要求4.1干涉濾光片的特性干涉濾光片的中心波長范圍在(530～600)nm,波長半寬度不超過10nm;一年內(nèi)最大變化不超過3nm。4.2測微鼓輪微分筒刻線錐面的內(nèi)棱邊與固定套管刻線面之間的距離測微鼓輪微分筒刻線錐面的內(nèi)棱邊與固定套管刻線面之間的距離不超過0.4mm。4.3測微目鏡十字線分劃板的指標線與毫米分劃板刻線的相對位置測微目鏡十字線分劃板的指標線(該指標線為雙刻線)應與毫米刻線平行；十字線分劃板運動方向與毫米刻度尺軸線的平行度不超過毫米刻線長度的1/10。4.4測微目鏡測微鼓輪刻線與毫米分劃板刻線的相符性4.4.1當十字線分劃板的指標線對準毫米刻度尺的零刻線時，測微鼓輪的零位刻線應對準固定套管上的指標線，其偏移量不超過1/5個分度。4.4.2十字線分劃板的指標線移動1mm時，測微鼓輪刻線應轉過100個分度，其偏移量不超過1個分度。4.5測微目鏡的示值誤差在任意一周(1mm)內(nèi)最大允許誤差：0.005mm;在全程(8mm)內(nèi)最大允許誤4.6光學系統(tǒng)成像質(zhì)量4.6.1視場內(nèi)干涉條紋與被測表面的像應同時清晰；對于圖2所示儀器，被測表面的4像與儀器視場下方的刀口像應同時清晰。當儀器用白光照明時在視場中部應能看見6~8條干涉條紋，其中彩色的條紋基本對稱地排列在黑色條紋的兩側。當用單色光照明時，干涉條紋充滿整個視場，至少有50%的干涉條紋清晰。4.6.2干涉條紋的寬度和方向應能任意調(diào)節(jié)。干涉條紋在移動中，其寬度和方向不應4.6.3使用測微目鏡觀察時，視場中干涉條紋在水平和垂直兩個位置上的彎曲量對于使用中的儀器不超過條紋間隔的1/4;對于新制的儀器不超過1/5。4.7工作臺與主光軸的相互位置4.7.1工作臺轉動時，干涉條紋間隔的變化不超過10%。4.7.2對于圖1所示儀器，在移動工作臺10mm范圍內(nèi)，物距變化不超過儀器調(diào)焦鼓輪的3.5個刻度；對于圖2所示儀器，工作臺移動到任意位置時，視場中央的白光干涉條紋應在視場內(nèi)。4.8輔助成像裝置的特性4.8.1照相裝置照相屏幕上的影像應與目鏡視場中的像同樣清晰，且攝影中心與目鏡視場中心應同軸，其最大偏移值不超過2mm;儀器倒置使用時不超過3mm。4.8.2監(jiān)視器裝置通過轉接物鏡和攝像頭而成像在監(jiān)視器中的影像應與目鏡視場中的像同樣清晰，且攝像頭中心與目鏡視場中心應同軸，其最大偏移值不超過2mm。4.9儀器的示值誤差測量范圍和示值最大允許誤差見表1。測量范圍/μm最大允許誤差0.40<H≤1.000.20<H≤0.400.10<H≤0.200.05≤H≤0.105通用技術要求5.1外觀5.1.1儀器應標有名稱、型號、規(guī)格、編號、制造廠名(廠標或商標)及儀器出廠日期。5.1.2儀器和附件的涂鍍面應平整、色調(diào)均勻一致，電鍍和涂漆表面不應有皺紋、斑點、脫皮或脫落現(xiàn)象，外部零件各結合處應齊整。55.1.3儀器和附件的工作表面不應有銹蝕、碰傷、劃痕、裂紋等缺陷，棱邊應光滑無毛刺。5.1.4儀器視場內(nèi)不應有霉、霧以及顯著的和影響測量的氣泡、水泡、麻點、擦痕、灰塵、油跡等庇病，光學系統(tǒng)成像應清晰，亮度應均勻。5.1.5所有刻度尺刻線應平直清晰、無脫色現(xiàn)象，且不應有大于刻線寬度二分之一的斷裂現(xiàn)象。文字和讀數(shù)部分的數(shù)字應清晰、工整。5.1.6測微目鏡的十字線分劃板刻線與毫米分劃板刻線之間應無目力可見的視差。5.2各部分相互作用5.2.1儀器各活動部分應配合良好，使用時應靈活、平穩(wěn)，不應有卡滯和突跳現(xiàn)象。5.2.2儀器的所有緊固螺絲的作用應可靠有效。5.2.3干涉濾光片的移動和圖2所示儀器目視、照相轉換反射鏡的轉動均應定位可靠，且不切割視場。5.2.4改變干涉條紋寬度和方向的機構，對于首次檢定的儀器應保證在任意位置時將干涉條紋調(diào)寬至整個視場中只有1條干涉條紋。對于后續(xù)檢定和使用中檢驗的儀器，允許只在干涉條紋處于垂直和水平兩位置上測量，并能將干涉條紋調(diào)寬至二分之一視場。5.3測微目鏡的測微鼓輪的移動行程應大于工作行程，在起始和終止位置上均大于0.3mmc5.4工作臺升降應均勻平穩(wěn)，升程范圍不少于5mm。后續(xù)檢定和使用中檢驗的儀器，允許有不影響計量性能的上述缺陷。6計量器具控制計量器具控制包括：首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗。6.1檢定條件6.1.1環(huán)境條件檢定環(huán)境條件見表2。表2檢定環(huán)境條件檢定室的溫度/℃室溫的變化/(℃/h)檢定室的相對濕度/(%)被檢儀器在室內(nèi)平衡溫度時間/h檢定前提前開啟儀器照明光源的時間/h標準器具在室內(nèi)平衡溫度時間/h檢定室內(nèi)應無對測量產(chǎn)生影響的氣流和振動。66.1.2檢定設備主要檢定設備見表3。6.2檢定項目檢定項目見表3。表3檢定項目和主要檢定設備序號主要檢定設備首次檢定后續(xù)檢定使用中檢驗1外觀++十2各部分相互作用——++十3干涉濾光片的特性分光光度計十+一4測微鼓輪微分筒刻線錐面的內(nèi)棱邊與固定套管刻線面之間的距離2級塞尺+一5測微目鏡十字線分劃板的指標線與毫米分劃板刻線的相對位置+十一6測微目鏡測微鼓輪刻線與毫米分劃板刻線的相符性一—++一7測微目鏡的示值誤差萬能工具顯微鏡+十一8光學系統(tǒng)成像質(zhì)量尺寸不小于5mm的四等量塊+++9工作臺與主光軸的相對位置尺寸不小于5mm的四等量塊、十字線分劃板++ 輔助成像裝置的特性十字線分劃板+一一儀器的示值誤差標準單刻線樣板組+++注：表中“+”表示應檢項目，“-”表示可不檢項目。6.3檢定方法6.3.1外觀及各部分相互作用目力觀察和試驗。6.3.2干涉濾光片的特性按JJG812—1993中的相應方法進行。該項目在儀器檢定之前進行。6.3.3測微鼓輪微分筒刻線錐面的內(nèi)棱邊與固定套管刻線面之間的距離用厚度為0.4mm的塞尺以比較法檢定。這一測量應在微分筒轉動一周內(nèi)均勻分布7的四個方位進行。6.3.4測微目鏡十字線分劃板的指標線與毫米分劃板刻線的相對位置轉動測微鼓輪，使十字線分劃板的指標線對準毫米分劃板的任一毫米刻線，觀察指標線是否與毫米刻線平行。6.3.5測微目鏡測微鼓輪刻線與毫米分劃板刻線的相符性轉動測微鼓輪，使十字線分劃板的指標線對準毫米刻度尺的零刻線，觀察測微鼓輪的零位是否對準指標線，并讀出偏移量。轉動測微鼓輪，使十字線分劃板的指標線對準任一毫米刻線，記下讀數(shù)a?。然后使十字線分劃板的指標線對準相鄰的一條毫米刻線，記下讀數(shù)a?。按式(1)計算相對測微鼓輪100個分度的偏移值β:式(1)的計算結果作為測量結果，該測量應在毫米刻度尺的首末兩個位置上進行。6.3.6測微目鏡的示值誤差將測微目鏡從儀器上取下，旋去它的目鏡頭，然后安裝在萬能工具顯微鏡的工作臺上，調(diào)整萬能工具顯微鏡使測微目鏡毫米分劃板的毫米刻度尺清晰的成像在萬能工具顯微鏡的米字線分劃板上，并使測微目鏡十字線分劃板的十字線交點運動方向與萬能工具顯微鏡縱向?qū)к壭谐唐叫?。轉動測微目鏡的測微鼓輪對準起始零位。移動萬能工具顯微鏡的縱向滑板使萬能工具顯微鏡測角目鏡的米字線交點對準測微目鏡的十字線分劃板的十字線交點(如圖5a),同時使指標線對準萬能工具顯微鏡的米字線中心刻線，讀取萬能工具顯微鏡的縱向讀數(shù)得零位讀數(shù)a?。然后依次轉動測目鏡鼓輪1,2,3,3.253.5,3.75,4,5,6,7,8周(圖5b),并依次地在萬能工具顯微鏡上得讀數(shù)a?、a?…an。a?、a?…a?每個測量點的讀數(shù)減去零位讀數(shù)即為該點的測得值，每個測量點的標稱值與其測得值之差即為該點的示值誤差。各受檢點的示值誤差按式(2)計算：a?——零位的讀數(shù)，mm;該項測量應在測微目鏡的正、反行程上進行。在全程內(nèi)或任一周內(nèi)，測微目鏡的示JJG77—20068值誤差應以該范圍內(nèi)各測量點示值誤差的最大值與最小值之差來確定，并作為測量一條干涉條紋對準(如圖6b),記下讀數(shù)a?;再用十字線對準相鄰干涉條紋的中部(如干涉條紋彎曲量c按式(3)計算：量一次干涉條紋的間隔m?、m?和m?,取四次測量中干涉條紋間隔的最大值和最小值，按式(4)計算變化量d:9對于圖1所示儀器，移動工作臺10mm,同時觀察干涉條紋對于十字線的偏移，在產(chǎn)生最大偏移的兩處，轉動儀器的調(diào)焦鼓輪(圖1中1),使干涉條紋重新與十字線重合，分別記下兩次調(diào)焦鼓輪的讀數(shù)作為測量結果；對于圖2所示儀器，在任一方向上移動工作臺，觀察干涉條紋位置的變化并記下測量結果。在工作臺的另一個方向上重復上述測量過程。6.3.9輔助成像裝置的特性6.3.9.1照相裝置將十字線分劃板置于儀器的工作臺上，對十字線分劃板調(diào)焦，直至在目鏡視場中得到十字線的清晰像，并使分劃板十字線交點和處于測微目鏡視場中央的儀器的十字線交點重合。然后使分劃板成像在影屏上，觀察成像質(zhì)量并測出分劃板十字線交點與影屏中心的最大偏移值作為測量結果。將標準十字線分劃板置于儀器的工作臺上，對十字線分劃板調(diào)焦，直至在目鏡視場中得到十字線的清晰像，并使分劃板十字線交點和處于測微目鏡視場中央的儀器的十字線交點重合。然后使分劃板通過攝像頭并成像在監(jiān)視器上，觀察成像質(zhì)量并測出分劃板十字線交點與監(jiān)視器中心的最大偏移值作為測量結果。6.3.10儀器的示值誤差6.3.10.1測量時，至少選用兩塊樣板，一塊刻線深度在(0.05～0.20)μm范圍之內(nèi)；另一塊刻線深度在(0.20～1.00)μm范圍之內(nèi)。6.3.10.2將單刻線樣板置于儀器工作臺上，并對其進行調(diào)焦，直至在目鏡視場中得到清晰的像。6.3.10.3移動儀器工作臺，使樣板的主刻線兩側邊緣標有兩個壓痕的部位處于目鏡視場中央，如圖7。6.3.10.4打開儀器干涉光路，選用白光，調(diào)整焦距及干涉條紋的方向、寬度，使黑色干涉條紋垂直于樣板的主刻線并通過兩壓痕。兩相鄰干涉條紋的目視寬度約6.3.10.5改用單色光，使用測微目鏡(如圖8)依次測得N1、N2、N?和N3、N2、N”。該項測量時為消除儀器干涉條紋慢漂移的影響，可依照條紋漂移方向來進行測量，先同向測得N1、N2、N3,再反向測得N”、N2、N”。然后按式(5)分別計算它們的JJG77—2006得到式(5)的計算結果后，按式(6)計算刻線深度H:6.3.10.6按照6.3.10.5項的測量方法對單刻線樣板重復進行五次測量，每次測量需重新調(diào)整儀器，得到測量結果后再分別計算出樣板的刻線深度H?、H?、H?、H?、H?,并取其平均值作為最終的測得值。樣板的刻線深度的測得值按式(7)計算：6.3.10.7儀器的示值誤差△按式(8)計算：式(8)的計算結果作為該塊樣板的測量結果。6.5檢定周期檢定周期應為2年。JJG77—2006干涉顯微鏡示值誤差檢定結果的不確定度評定A.1.1測量方法：依據(jù)JJG77—2006干涉顯微鏡檢定規(guī)程6.3.12項。A.1.2環(huán)境條件：檢定室的溫度(20±5)℃,濕度≤65%RH。像。移動儀器工作臺，使樣板的主刻線兩側邊緣標有兩個壓痕的部位處于目鏡視場中u2=(c?u?)2+(c?u?)2+(c?u?)2+(c?u?)2JJG77—2006u?=√ul?+uii=√(2.88)2+(8.89)2=9.34μm的平均值，通過測量綜合地反映了測量讀數(shù)的重復性、正反行程的回程誤差、工作物鏡的數(shù)值孔徑和物鏡鑒別率的影響，采用A