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(yàn)。2引用文獻(xiàn)本規(guī)程引用下列文獻(xiàn)：JJF1001—1998通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義JJF1059—1999測(cè)量不確定度評(píng)定與表示JJF1094—2002測(cè)量?jī)x器特性評(píng)定技術(shù)規(guī)范JJG812—1993干涉濾光片檢定規(guī)程使用本規(guī)程時(shí)，應(yīng)注意使用上述引用文獻(xiàn)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(lái)測(cè)量表面粗糙度參數(shù)。它是以范圍為(530～600)nm的光波波長(zhǎng)為標(biāo)尺，將被測(cè)表面與標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)鏡面相比較再經(jīng)顯微系統(tǒng)高倍放大后，來(lái)觀察和測(cè)量被測(cè)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(píng)定參數(shù)R?的測(cè)量。該儀器可用來(lái)測(cè)量精密加工零件的表面如平面、圓柱面等外表面，也可用來(lái)測(cè)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(tái)縱橫向移動(dòng)千分尺；7—工作臺(tái)；8—光源；9—可換濾光片；10—光闌；11—測(cè)微目鏡；12—測(cè)微鼓輪；13—照相機(jī)或監(jiān)視器裝置圖1常用干涉顯微鏡外形圖(一)21—測(cè)微目鏡；2—目視、照相轉(zhuǎn)換鈕；3—照相機(jī)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(tái)高低移動(dòng)(調(diào)焦)盤(pán)；9一工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)；10—工作臺(tái)平移盤(pán)；11—工作臺(tái)；12—聚焦手輪；13—測(cè)微鼓輪；14一目鏡頭轉(zhuǎn)座；15—濾光片移動(dòng)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(jiǎn)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(bǔ)償鏡；7,8,10—物鏡；9—參考鏡；11,14—反射鏡；12—測(cè)微目鏡；13—照相物鏡；15—影屏；16—孔徑光闌；17—視場(chǎng)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(zhuǎn)換);8—遮光板(干涉、顯微轉(zhuǎn)換);9—參考鏡；10—影屏圖4光路系統(tǒng)(二)4計(jì)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(zhǎng)范圍在(530～600)nm,波長(zhǎng)半寬度不超過(guò)10nm;一年內(nèi)最大變化不超過(guò)3nm。4.2測(cè)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(cè)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(guò)0.4mm。4.3測(cè)微目鏡十字線分劃板的指標(biāo)線與毫米分劃板刻線的相對(duì)位置測(cè)微目鏡十字線分劃板的指標(biāo)線(該指標(biāo)線為雙刻線)應(yīng)與毫米刻線平行；十字線分劃板運(yùn)動(dòng)方向與毫米刻度尺軸線的平行度不超過(guò)毫米刻線長(zhǎng)度的1/10。4.4測(cè)微目鏡測(cè)微鼓輪刻線與毫米分劃板刻線的相符性4.4.1當(dāng)十字線分劃板的指標(biāo)線對(duì)準(zhǔn)毫米刻度尺的零刻線時(shí)，測(cè)微鼓輪的零位刻線應(yīng)對(duì)準(zhǔn)固定套管上的指標(biāo)線，其偏移量不超過(guò)1/5個(gè)分度。4.4.2十字線分劃板的指標(biāo)線移動(dòng)1mm時(shí)，測(cè)微鼓輪刻線應(yīng)轉(zhuǎn)過(guò)100個(gè)分度，其偏移量不超過(guò)1個(gè)分度。4.5測(cè)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(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量4.6.1視場(chǎng)內(nèi)干涉條紋與被測(cè)表面的像應(yīng)同時(shí)清晰；對(duì)于圖2所示儀器，被測(cè)表面的4像與儀器視場(chǎng)下方的刀口像應(yīng)同時(shí)清晰。當(dāng)儀器用白光照明時(shí)在視場(chǎng)中部應(yīng)能看見(jiàn)6~8條干涉條紋，其中彩色的條紋基本對(duì)稱地排列在黑色條紋的兩側(cè)。當(dāng)用單色光照明時(shí)，干涉條紋充滿整個(gè)視場(chǎng)，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(yīng)能任意調(diào)節(jié)。干涉條紋在移動(dòng)中，其寬度和方向不應(yīng)4.6.3使用測(cè)微目鏡觀察時(shí)，視場(chǎng)中干涉條紋在水平和垂直兩個(gè)位置上的彎曲量對(duì)于使用中的儀器不超過(guò)條紋間隔的1/4;對(duì)于新制的儀器不超過(guò)1/5。4.7工作臺(tái)與主光軸的相互位置4.7.1工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，干涉條紋間隔的變化不超過(guò)10%。4.7.2對(duì)于圖1所示儀器，在移動(dòng)工作臺(tái)10mm范圍內(nèi)，物距變化不超過(guò)儀器調(diào)焦鼓輪的3.5個(gè)刻度；對(duì)于圖2所示儀器，工作臺(tái)移動(dòng)到任意位置時(shí)，視場(chǎng)中央的白光干涉條紋應(yīng)在視場(chǎng)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(yīng)與目鏡視場(chǎng)中的像同樣清晰，且攝影中心與目鏡視場(chǎng)中心應(yīng)同軸，其最大偏移值不超過(guò)2mm;儀器倒置使用時(shí)不超過(guò)3mm。4.8.2監(jiān)視器裝置通過(guò)轉(zhuǎn)接物鏡和攝像頭而成像在監(jiān)視器中的影像應(yīng)與目鏡視場(chǎng)中的像同樣清晰，且攝像頭中心與目鏡視場(chǎng)中心應(yīng)同軸，其最大偏移值不超過(guò)2mm。4.9儀器的示值誤差測(cè)量范圍和示值最大允許誤差見(jiàn)表1。測(cè)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(shù)要求5.1外觀5.1.1儀器應(yīng)標(biāo)有名稱、型號(hào)、規(guī)格、編號(hào)、制造廠名(廠標(biāo)或商標(biāo))及儀器出廠日期。5.1.2儀器和附件的涂鍍面應(yīng)平整、色調(diào)均勻一致，電鍍和涂漆表面不應(yīng)有皺紋、斑點(diǎn)、脫皮或脫落現(xiàn)象，外部零件各結(jié)合處應(yīng)齊整。55.1.3儀器和附件的工作表面不應(yīng)有銹蝕、碰傷、劃痕、裂紋等缺陷，棱邊應(yīng)光滑無(wú)毛刺。5.1.4儀器視場(chǎng)內(nèi)不應(yīng)有霉、霧以及顯著的和影響測(cè)量的氣泡、水泡、麻點(diǎn)、擦痕、灰塵、油跡等庇病，光學(xué)系統(tǒng)成像應(yīng)清晰，亮度應(yīng)均勻。5.1.5所有刻度尺刻線應(yīng)平直清晰、無(wú)脫色現(xiàn)象，且不應(yīng)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(yīng)清晰、工整。5.1.6測(cè)微目鏡的十字線分劃板刻線與毫米分劃板刻線之間應(yīng)無(wú)目力可見(jiàn)的視差。5.2各部分相互作用5.2.1儀器各活動(dòng)部分應(yīng)配合良好，使用時(shí)應(yīng)靈活、平穩(wěn)，不應(yīng)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(yīng)可靠有效。5.2.3干涉濾光片的移動(dòng)和圖2所示儀器目視、照相轉(zhuǎn)換反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)均應(yīng)定位可靠，且不切割視場(chǎng)。5.2.4改變干涉條紋寬度和方向的機(jī)構(gòu)，對(duì)于首次檢定的儀器應(yīng)保證在任意位置時(shí)將干涉條紋調(diào)寬至整個(gè)視場(chǎng)中只有1條干涉條紋。對(duì)于后續(xù)檢定和使用中檢驗(yàn)的儀器，允許只在干涉條紋處于垂直和水平兩位置上測(cè)量，并能將干涉條紋調(diào)寬至二分之一視場(chǎng)。5.3測(cè)微目鏡的測(cè)微鼓輪的移動(dòng)行程應(yīng)大于工作行程，在起始和終止位置上均大于0.3mmc5.4工作臺(tái)升降應(yīng)均勻平穩(wěn)，升程范圍不少于5mm。后續(xù)檢定和使用中檢驗(yàn)的儀器，允許有不影響計(jì)量性能的上述缺陷。6計(jì)量器具控制計(jì)量器具控制包括：首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗(yàn)。6.1檢定條件6.1.1環(huán)境條件檢定環(huán)境條件見(jiàn)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(duì)濕度/(%)被檢儀器在室內(nèi)平衡溫度時(shí)間/h檢定前提前開(kāi)啟儀器照明光源的時(shí)間/h標(biāo)準(zhǔn)器具在室內(nèi)平衡溫度時(shí)間/h檢定室內(nèi)應(yīng)無(wú)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響的氣流和振動(dòng)。66.1.2檢定設(shè)備主要檢定設(shè)備見(jiàn)表3。6.2檢定項(xiàng)目檢定項(xiàng)目見(jiàn)表3。表3檢定項(xiàng)目和主要檢定設(shè)備序號(hào)主要檢定設(shè)備首次檢定后續(xù)檢定使用中檢驗(yàn)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(jì)十+一4測(cè)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(jí)塞尺+一5測(cè)微目鏡十字線分劃板的指標(biāo)線與毫米分劃板刻線的相對(duì)位置+十一6測(cè)微目鏡測(cè)微鼓輪刻線與毫米分劃板刻線的相符性一—++一7測(cè)微目鏡的示值誤差萬(wàn)能工具顯微鏡+十一8光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量尺寸不小于5mm的四等量塊+++9工作臺(tái)與主光軸的相對(duì)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(biāo)準(zhǔn)單刻線樣板組+++注：表中“+”表示應(yīng)檢項(xiàng)目，“-”表示可不檢項(xiàng)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(yàn)。6.3.2干涉濾光片的特性按JJG812—1993中的相應(yīng)方法進(jìn)行。該項(xiàng)目在儀器檢定之前進(jìn)行。6.3.3測(cè)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(cè)量應(yīng)在微分筒轉(zhuǎn)動(dòng)一周內(nèi)均勻分布7的四個(gè)方位進(jìn)行。6.3.4測(cè)微目鏡十字線分劃板的指標(biāo)線與毫米分劃板刻線的相對(duì)位置轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微鼓輪，使十字線分劃板的指標(biāo)線對(duì)準(zhǔn)毫米分劃板的任一毫米刻線，觀察指標(biāo)線是否與毫米刻線平行。6.3.5測(cè)微目鏡測(cè)微鼓輪刻線與毫米分劃板刻線的相符性轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微鼓輪，使十字線分劃板的指標(biāo)線對(duì)準(zhǔn)毫米刻度尺的零刻線，觀察測(cè)微鼓輪的零位是否對(duì)準(zhǔn)指標(biāo)線，并讀出偏移量。轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微鼓輪，使十字線分劃板的指標(biāo)線對(duì)準(zhǔn)任一毫米刻線，記下讀數(shù)a?。然后使十字線分劃板的指標(biāo)線對(duì)準(zhǔn)相鄰的一條毫米刻線，記下讀數(shù)a?。按式(1)計(jì)算相對(duì)測(cè)微鼓輪100個(gè)分度的偏移值β:式(1)的計(jì)算結(jié)果作為測(cè)量結(jié)果，該測(cè)量應(yīng)在毫米刻度尺的首末兩個(gè)位置上進(jìn)行。6.3.6測(cè)微目鏡的示值誤差將測(cè)微目鏡從儀器上取下，旋去它的目鏡頭，然后安裝在萬(wàn)能工具顯微鏡的工作臺(tái)上，調(diào)整萬(wàn)能工具顯微鏡使測(cè)微目鏡毫米分劃板的毫米刻度尺清晰的成像在萬(wàn)能工具顯微鏡的米字線分劃板上，并使測(cè)微目鏡十字線分劃板的十字線交點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向與萬(wàn)能工具顯微鏡縱向?qū)к壭谐唐叫小＾D(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微目鏡的測(cè)微鼓輪對(duì)準(zhǔn)起始零位。移動(dòng)萬(wàn)能工具顯微鏡的縱向滑板使萬(wàn)能工具顯微鏡測(cè)角目鏡的米字線交點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)測(cè)微目鏡的十字線分劃板的十字線交點(diǎn)(如圖5a),同時(shí)使指標(biāo)線對(duì)準(zhǔn)萬(wàn)能工具顯微鏡的米字線中心刻線，讀取萬(wàn)能工具顯微鏡的縱向讀數(shù)得零位讀數(shù)a?。然后依次轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)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(wàn)能工具顯微鏡上得讀數(shù)a?、a?…an。a?、a?…a?每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的讀數(shù)減去零位讀數(shù)即為該點(diǎn)的測(cè)得值，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的標(biāo)稱值與其測(cè)得值之差即為該點(diǎn)的示值誤差。各受檢點(diǎn)的示值誤差按式(2)計(jì)算：a?——零位的讀數(shù)，mm;該項(xiàng)測(cè)量應(yīng)在測(cè)微目鏡的正、反行程上進(jìn)行。在全程內(nèi)或任一周內(nèi)，測(cè)微目鏡的示JJG77—20068值誤差應(yīng)以該范圍內(nèi)各測(cè)量點(diǎn)示值誤差的最大值與最小值之差來(lái)確定，并作為測(cè)量一條干涉條紋對(duì)準(zhǔn)(如圖6b),記下讀數(shù)a?;再用十字線對(duì)準(zhǔn)相鄰干涉條紋的中部(如干涉條紋彎曲量c按式(3)計(jì)算：量一次干涉條紋的間隔m?、m?和m?,取四次測(cè)量中干涉條紋間隔的最大值和最小值，按式(4)計(jì)算變化量d:9對(duì)于圖1所示儀器，移動(dòng)工作臺(tái)10mm,同時(shí)觀察干涉條紋對(duì)于十字線的偏移，在產(chǎn)生最大偏移的兩處，轉(zhuǎn)動(dòng)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(cè)量結(jié)果；對(duì)于圖2所示儀器，在任一方向上移動(dòng)工作臺(tái)，觀察干涉條紋位置的變化并記下測(cè)量結(jié)果。在工作臺(tái)的另一個(gè)方向上重復(fù)上述測(cè)量過(guò)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(tái)上，對(duì)十字線分劃板調(diào)焦，直至在目鏡視場(chǎng)中得到十字線的清晰像，并使分劃板十字線交點(diǎn)和處于測(cè)微目鏡視場(chǎng)中央的儀器的十字線交點(diǎn)重合。然后使分劃板成像在影屏上，觀察成像質(zhì)量并測(cè)出分劃板十字線交點(diǎn)與影屏中心的最大偏移值作為測(cè)量結(jié)果。將標(biāo)準(zhǔn)十字線分劃板置于儀器的工作臺(tái)上，對(duì)十字線分劃板調(diào)焦，直至在目鏡視場(chǎng)中得到十字線的清晰像，并使分劃板十字線交點(diǎn)和處于測(cè)微目鏡視場(chǎng)中央的儀器的十字線交點(diǎn)重合。然后使分劃板通過(guò)攝像頭并成像在監(jiān)視器上，觀察成像質(zhì)量并測(cè)出分劃板十字線交點(diǎn)與監(jiān)視器中心的最大偏移值作為測(cè)量結(jié)果。6.3.10儀器的示值誤差6.3.10.1測(cè)量時(shí)，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(tái)上，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)焦，直至在目鏡視場(chǎng)中得到清晰的像。6.3.10.3移動(dòng)儀器工作臺(tái)，使樣板的主刻線兩側(cè)邊緣標(biāo)有兩個(gè)壓痕的部位處于目鏡視場(chǎng)中央，如圖7。6.3.10.4打開(kāi)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(guò)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(cè)微目鏡(如圖8)依次測(cè)得N1、N2、N?和N3、N2、N”。該項(xiàng)測(cè)量時(shí)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(lái)進(jìn)行測(cè)量，先同向測(cè)得N1、N2、N3,再反向測(cè)得N”、N2、N”。然后按式(5)分別計(jì)算它們的JJG77—2006得到式(5)的計(jì)算結(jié)果后，按式(6)計(jì)算刻線深度H:6.3.10.6按照6.3.10.5項(xiàng)的測(cè)量方法對(duì)單刻線樣板重復(fù)進(jìn)行五次測(cè)量，每次測(cè)量需重新調(diào)整儀器，得到測(cè)量結(jié)果后再分別計(jì)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(cè)得值。樣板的刻線深度的測(cè)得值按式(7)計(jì)算：6.3.10.7儀器的示值誤差△按式(8)計(jì)算：式(8)的計(jì)算結(jié)果作為該塊樣板的測(cè)量結(jié)果。6.5檢定周期檢定周期應(yīng)為2年。JJG77—2006干涉顯微鏡示值誤差檢定結(jié)果的不確定度評(píng)定A.1.1測(cè)量方法：依據(jù)JJG77—2006干涉顯微鏡檢定規(guī)程6.3.12項(xiàng)。A.1.2環(huán)境條件：檢定室的溫度(20±5)℃,濕度≤65%RH。像。移動(dòng)儀器工作臺(tái)，使樣板的主刻線兩側(cè)邊緣標(biāo)有兩個(gè)壓痕的部位處于目鏡視場(chǎng)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(guò)測(cè)量綜合地反映了測(cè)量讀數(shù)的重復(fù)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