(高清版)GBT 33523.602-2022 產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS） 表面結(jié)構(gòu) 區(qū)域法 第602部分：非接觸（共聚焦色差探針）式儀器的標(biāo)稱特性

區(qū)域法第602部分：非接觸國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會 I Ⅱ 1 14計(jì)量特性概述 附錄A(規(guī)范性)區(qū)域表面結(jié)構(gòu)掃描儀器不同結(jié)構(gòu)的分類 附件B(資料性)一般原理 附錄C(規(guī)范性)概念圖 23 25I本文件是GB/T33523《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)區(qū)域法》的第602部分。本文件等同采用ISO25178-602:2010《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)區(qū)域法第602部ⅡGB/T33523《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)區(qū)域法》基于新一代GPS產(chǎn)品幾何規(guī)范體系，通過數(shù)字化測量技術(shù)、軟件分析技術(shù)及計(jì)量評定等手段，構(gòu)建一套全新的三維表面結(jié)構(gòu)測量與分析的推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)。GB/T33523在提出表面結(jié)構(gòu)表示法、表面結(jié)構(gòu)參數(shù)及規(guī)范操作集的基礎(chǔ)上，分析了表面結(jié)構(gòu)測量的方法，給出了使用的測量技術(shù)及儀器的標(biāo)稱特性。特別是，GB/T33523在涵蓋接觸式測量儀器的同時，重點(diǎn)引入了在高精度測量應(yīng)用中具有重要價值但缺乏標(biāo)準(zhǔn)支撐的多種非接觸式測量儀器。GB/T33523還規(guī)范了實(shí)物測量和軟件測量標(biāo)準(zhǔn)，給出了軟件文件標(biāo)準(zhǔn)和表面結(jié)構(gòu)測量的計(jì)量特性。GB/T33523實(shí)現(xiàn)了從二維輪廓測量到三維表面結(jié)構(gòu)測量的跨越，為GPS產(chǎn)品幾何規(guī)范體系提供了計(jì)量測試支撐。—第2部分：術(shù)語、定義及表面結(jié)構(gòu)參數(shù)。規(guī)定了用區(qū)域法評定表面結(jié)構(gòu)的術(shù)語、定義和參數(shù)?！?部分：規(guī)范操作集。規(guī)定了適用于區(qū)域法評定表面結(jié)構(gòu)(尺度限定表面)的完整規(guī)范操作集。-第72部分：XML文件格式x3p。規(guī)定了用于存儲和交換形貌及輪廓數(shù)據(jù)的XML文件格稱特性。-第602部分：非接觸(共聚焦色差探針)式儀器的標(biāo)稱特性。規(guī)定了使用基于白光軸向色散特性的共聚焦色差探針測量表面結(jié)構(gòu)的非接觸式儀器的設(shè)計(jì)與計(jì)量特性。-第603部分：非接觸(相移干涉顯微)式儀器的標(biāo)稱特性。規(guī)定了相移干涉法(PSI)輪廓和區(qū)域表面結(jié)構(gòu)測量顯微鏡的計(jì)量特性。-第604部分：非接觸(相干掃描干涉)式儀器的標(biāo)稱特性。規(guī)定了用于表面高度三維映射的相干掃描干涉(CSI)測量系統(tǒng)的計(jì)量特性。 第605部分：非接觸(點(diǎn)自動對焦探針)式儀器的標(biāo)稱特性。規(guī)定了使用點(diǎn)自動對焦探針測量表面結(jié)構(gòu)的非接觸式儀器的計(jì)量特性。1GB/T33523.602—2022本文件規(guī)定了使用基于白光軸向色散特性的共聚焦色差探針測量表面結(jié)構(gòu)的非接觸式儀器的設(shè)計(jì)下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文ISO3274產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法接觸(觸針)式儀器的標(biāo)稱特性[Geo-metricalProductSpecifications(GPS)—Surfacetexture:Profilemethod—NomiISO4287產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法術(shù)語、定義及表面結(jié)構(gòu)參數(shù)[Geomet-ricalProductSpecifications(GPS)—Surfacetexture:ProfilemethISO10360-1產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范(GPS)坐標(biāo)測量機(jī)的驗(yàn)收檢測和復(fù)檢檢測第1部分：詞匯[GeometricalProductSuringmachines(CMM)—ParISO/IEC指南99:2007通用計(jì)量術(shù)語和定義[Internationalvocabularyofmetrology—Basicandgeneralconceptsandassociatedterm2 (x,y)是由儀器的區(qū)域?qū)蚧鶞?zhǔn)建立的平面——Z軸平行于光軸并垂直于(x,y)平面。見圖1。工件的實(shí)際表面realsurfaceofaworkpiece3GB/T33523.602—2022原始提取表面primaryextractedsurface測量誤差measurementerro隨機(jī)誤差randomerror調(diào)整adjustment4GB/T33523.602—2022儀器的組成部分，使探測系統(tǒng)或被測表面沿Y軸的導(dǎo)向基準(zhǔn)移動，并用輪廓的橫向Y坐標(biāo)表示被橫向位置傳感器lateralpositionsensor5α見圖2?？讖桨虢?3.3.4)的正弦乘以周圍介質(zhì)的折射率n(An=nsina)。6GB/T33523.602—2022光源針孔lightsourcepinhole垂直范圍verticalrange包含無樣品時探測器探測到的由進(jìn)入鑒別針孔(3.3.11)的雜散光產(chǎn)生的信號，以及探測器自身產(chǎn)7GB/T33523.602—2022F.,F,,F,見圖3。放大倍數(shù)amplificationcoe8GB/T33523.602—2022/ISO25178-602:2010見圖4。 圖4響應(yīng)曲線線性化實(shí)例儀器噪聲instrumentnoiseN?當(dāng)儀器處于一個理想的無噪聲環(huán)境中時，疊加在輸出信號上的內(nèi)部噪聲。靜態(tài)噪聲staticnoiseN,當(dāng)儀器不進(jìn)行橫向掃描時，輸出信號中的儀器噪聲和環(huán)境噪聲的總和。動態(tài)噪聲dynamicnoiseNa在驅(qū)動單元運(yùn)動時，出現(xiàn)在輸出信號上的噪聲。9GB/T33523.602—2022/ISOX方向采樣間距samplingintervalinXD沿X坐標(biāo)軸兩個相鄰測量點(diǎn)之間的距離。Y方向采樣間距samplingintervalinYD,沿Y坐標(biāo)軸兩個相鄰測量點(diǎn)之間的距離。Z方向量化步距digitizationstepinZD在提取表面上，沿Z坐標(biāo)方向兩個坐標(biāo)之間的最小高度變化量。表1檢測算法效率對比低快已知曲線(高斯、皮爾遜)擬合算法高慢高快橫向分辨力lateralresolution兩個可檢測要素之間的最小距離。全高度轉(zhuǎn)換的極限寬度widthlimitforfullheighttransmission測量時能夠保證測量高度不變的最窄矩形溝槽的寬度。以上計(jì)量特性在不影響橫向分辨力和全高度轉(zhuǎn)換的極限寬度的情況下適用。GB/T33523.602—2022/ISO25178-602:2010圖5水平間距大于或等于W?柵格圖6圖5中柵格的測量結(jié)果圖7水平間距t'小于W?的柵格圖8圖7中柵格的測量結(jié)果最大可接受局部斜率maximumacceptablelocalslope能夠被探測系統(tǒng)評定的表面特征的最大局部斜率。如圖9所示，R?為能夠被探測器接收到的光線，R?為被反射后無法被透鏡所收集的光線。只有部分入射光線能夠反射后被探測器所收集，導(dǎo)致信號水平相比于無傾斜平面鏡探測情況較低。當(dāng)傾斜角接近孔徑半角時，信號接近于0(見圖9)。當(dāng)平面鏡傾角大于孔徑半角的角度時，所有照明光線均會被反射在透鏡外(見圖10)。GB/T33523.602—2022/ISO圖9反射鏡的傾斜角小于孔徑半角的反射圖10反射鏡的傾斜角大于孔徑半角的反射GB/T33523.602—2022/ISO25178-602:2010圖11粗糙表面上傾斜角大于孔徑半角的反射光斑尺寸spotsize光源針孔投影圖像的最大橫向尺寸。圖12所有波長產(chǎn)生的焦散GB/T33523.602—2022/ISO積分時間integrationtime在光譜儀中，入射光在探測器上累積(積分)的時間。測量頻率measurementfrequencyfm探測系統(tǒng)(3.3.1)每秒提供的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。D,=v?/fn4計(jì)量特性概述區(qū)域法表面結(jié)構(gòu)測量儀器的計(jì)量特性應(yīng)符合表2,表2表明了計(jì)量特性偏差對軸的影響。誤差所在坐標(biāo)軸W橫向分辨力高度調(diào)整系數(shù)Z高度放大系數(shù)Z縱向遲滯Z響應(yīng)曲線ZZ積分時間X表2計(jì)量特性(續(xù))誤差所在坐標(biāo)軸位置傳感器(線性編響應(yīng)曲線a,或a,XY區(qū)域?qū)蚧鶞?zhǔn)(高度分量)分量zpLr(x,p包含以下特征：沿X軸直線度偏差的高度分量；Z區(qū)域?qū)蚧鶞?zhǔn)(橫向分量)ZZGB/T33523.602—2022/ISO2517(規(guī)范性)兩個導(dǎo)向基準(zhǔn)(X和Y)一個區(qū)域?qū)蚧鶞?zhǔn)部件沿Y軸運(yùn)動探測系統(tǒng)沿X軸和部件沿X軸和P平面運(yùn)動平面運(yùn)動注：對于兩個給定的函數(shù)f和g,fog是f和g的復(fù)合函數(shù)。·P,=沿X坐標(biāo)軸移動的探測系統(tǒng)；P,=沿Y坐標(biāo)軸移動的探測系統(tǒng)；C?=沿X坐標(biāo)軸移動的部件；C,=沿Y坐標(biāo)軸移動的部件。GB/T33523.602—2022(資料性) ——光穿過物鏡兩次(方向相反);光束。軸向色散是所有折射、衍射和折射率梯度變化光學(xué)系統(tǒng)所固有的物理屬性。圖B.3說明了這個B.2共聚焦色差尺寸測量圖B.3軸向色散原理測量原理包括兩個操作：1)執(zhí)行測量空間的光譜編碼。以可控方式拉伸照射光束的軸向色散來執(zhí)行該編碼。2)執(zhí)行反射光束的光譜解碼。例如，能通過使用光譜儀來執(zhí)行該解碼。 圖B.4共聚焦色差傳感器的原理圖GB/T33523.602—2022有不同方法來分析鑒別針孔過濾后的光束的光譜成分。其中之一是傳統(tǒng)傳感器的垂直測量范圍(沿Z方向)等于探測器在最短和最長波長之間探測到的軸向色散。這種GB/T33523.602—2022移除S-L表面L-濾波器共聚焦色差探針式區(qū)域法表面結(jié)構(gòu)測量儀器使用了基于共聚焦色差光學(xué)原理的非接觸探測系統(tǒng)確這種儀器也能進(jìn)行輪廓測量。儀器的縱向測量范圍通常使其只能測量平面或稍微彎曲的工件表面 垂直驅(qū)動單元沿Y坐標(biāo)軸前進(jìn)一個采樣間隔的距離ISO25178-3給出了評定區(qū)域和采樣距離的推薦值。色差探針與接觸探針(如觸針)有許多相似之處。測量規(guī)程保持不變，觸針和色差探針的測量精度和垂直分辨力具有相同的數(shù)量級。因此，一些最α:針尖圓錐角度縱向范圍λ(△λ)照明波長(光譜帶寬)F.:響應(yīng)曲線D.:Z方向量化步距D.:Z方向量化步距每當(dāng)傳感器不能估計(jì)表面一個點(diǎn)沿Z方向的位置時，這個點(diǎn)被標(biāo)記為非實(shí)測點(diǎn)(也就是說無法提解釋說明反射光強(qiáng)太弱反射光強(qiáng)太強(qiáng)，探測器飽和無峰值位于光譜邊緣或者偏離探測器前面的無B.6異常值GB/T33523.602—2022/ISO25178-602:2010這些異常值通常為臺階類型的突變區(qū)域周圍或不在聚焦波長條件下，色差探針會在光譜儀上產(chǎn)生一個強(qiáng)度峰值。如果有一個能夠檢測到透明材料的兩個交界面的條件是光學(xué)材料的厚度要小于探測器量程(如圖B.7所示)。與同時探測兩個交界面不同，可以只檢測兩個交界面中的一個(例(規(guī)范性)3.3.1探測系統(tǒng)3.3.9光源3.3.15光探筆3.3.3孔徑角3.3.4孔徑半角圖C.1相關(guān)定義13.1.6測量誤差3.4.4響應(yīng)曲線ABCDEFG方向跳動區(qū)域表面結(jié)構(gòu)表面缺陷GB/T33523.602—2022/ISO25[2]GB/T26958(所有部分)產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)濾波[3]GB/T33523.6—2017產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)區(qū)域法第6部分：表面結(jié)構(gòu)[5]ISO8015Geometricalproductspe[6]ISO14253-1Geometricalproductspecifi[7]ISO14638Geometricalprod[8]ISO14660-1:1999Geometric[9]ISO25178-2Geometricalproductspecifications(GPS)—Surfacetexture:Areal—Terms,definitionsandsurfacetexture[10]ISO25178-3Geometricalp[11]ISO25178-601Geometricalproductspecifications(601:Nominalcharacteristicsofcontact(stylus)ins[12]ISO25178-701Geometricalproductspecifications([13]ISO/IECGuide98-3:2008Uncertaintyofuncertaintyinmeasurement(GUM:1995)[14]BLUNT,L.andJIANG,X.Advancedtechniquesforassessmentsurfa[16]BROWNE,M.,AKINYEMI,O.andBOYDE,A.Confocalsurfaceprchromaticaberration[17]SANDOZ,P.ProfilométThesis,UniversitédeFranche-Comté,Besancon,France,1993[18]COHEN-SABBAN,J.etal.DispositifdetomographieoptiqueenPatentFR9402489(Pub[19]MALY,M.andBOYDE,A.Real-timestereoscopicobjectivelenseswithlinearlongitudi[20]TIZIANI,H.J.andUHDE,H.-M.Three-dimensionalconfocalmicroscopy.Appl.Opt.,33,1994,pp.1838-1843[21]COHEN-SABBAN,J.etal.Dispositifdemicrostratigraphie,Frenc[22]TIZIANI,H.J.,ACHI,R.andKR?MER,R.Chromaticconfocalmicroscopywrolenses.J.ofMod.Opt.,43,1996,155-163[23]DOBSON,S.L.,SUN,P.-C.andFAINMAN,Y.Diffractiveleimaging.Appl.Opt.,36,1997,pp.[24]LIN,P.C.,SUN,P.-C.,ZHU,L.andFAINMAN,Y.Single-shotdepth-sectionimagingthroughchromaticslit-scanconfocalmicrosco[25]CHA,S.,LIN,P.,ZHU,L.,SUN,P.C.,FAINMAN,Y.Nontranslationalmensionalprofilometrybychromaticconfocalmicrscanning.Appl.Opt.,39,2000[26]COHEN-SABBAN,J.,GAILLARD-GROLEAS,J.andtendedfieldsurfacesensing.Proc.SPIE4449,2001,pp.[27]COHEN-SABBAN,J.Highresolutioncolorcode5180,SanDiego.CA.USA,2003[28]VAISSIERE,D.Metrologietridimensionnelledesétatsconfocaleàchampétendu.PhDthesis,Un[29]RUPRECHT,A.K.,K?RNER,K.,WIESENDANGER,T.F.,TIZIANI,H.J.andOS-TEN,w.Chromaticconfocaldetectionfo[30]RUPRECHT,A.K.,WIESENDANGER,T.F.andTIZIANI,H.J.Chromaticconfocalmicroscopywithafinitepinholesize.OptLetter,29(18),2004,pp.2130-2132[31]SHI,K.,LI,P.,YIN,S.andLIU,Z.Chromaticconfocaluumlight.OpticsExpress,12,2[32]COHEN-SABBAN,J.,GAILLARD-GROLEAS,J.and[33]MINSKY,M.Microscopyapparatus,U[34]PETRAN,M.andHADRAVSKY,M.Confocalmicroscopy.CzechoslovakianPatents[35]COURTNEY-PRA