本文件规定了使用基于白光轴向色散特性的共聚焦色差探针测量表面结构的非接触式仪器的设计与计量特性。

ICS 17.040.20
CCS J 04
中华人民共和国国家标准國
GB/T33523.602—2022/IS025178-602:2010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Geometrical product specifications (GPS)Surface texture: ArealPart 6o2 Nominal claracteristics of non-contact(confocal chromatic probe)instruments
(ISO 25178-602:2010,IDT)
2022-12-30发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2023-04-01实施
GB/T33523.602—2022/ISO25178-602:2010目
规范性引用文件
术语和定义
计量特性概述
附录A（规范性）区域表面结构扫描仪器不同结构的分类附件B（资料性）
附录C（规范性）
附录D（资料性）
参考文献
般原理
概念图
与GPS矩阵模型的关系免费标准bzxz.net
GB/T33523.602—2022/ISO25178-602:2010前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则起草。
第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定本文件是GB/T33523《产品几何技术规范（GPS）GB/T33523已经发布了以下部分：第1部分：表面结构的表示法：
一第2部分：术语、定义及表面结构参数：一第3部分：规范操作集；
—第6部分：表面结构测量方法的分类；一第70部分：实物测量标准；
一第71部分：软件测量标准；
一第72部分：XML文件格式x3p；第601部分：接触（触针)式仪器的标称特性；表面结构区域法》的第602部分。第602部分：非接触（共聚焦色差探针）式仪器的标称特性：第603部分：非接触（相移干涉显微)式仪器的标称特性；一第604部分：非接触（相干扫描干涉）式仪器的标称特性；第605部分：非接触（点自动对焦探针）式仪器的标称特性；一第606部分：非接触（变焦）式仪器的标称特性；一第701部分：接触（触针）式仪器的校准与测量标准。本文件等同采用ISO25178-602：2010《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》请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任本文件由全国产品几何技术规范标准化技术委员会（SAC/TC240)提出并归口。本文件起草单位：哈尔滨工业大学、华中科技大学、上海市计量测试技术研究院、山东省计量科学研究院、清华大学、中机生产力促进中心有限公司、中机研标准技术研究院（北京)有限公司、广东皓辰旺科技有限公司、广东锦亚科技有限公司、陕西润正检测科技有限公司、浙江昂华新材料有限公司、西安凯益金电子科技有限公司。
本文件主要起草人：刘俭、卢文龙、瞿潮庆、明翠新、刘辰光、曹丛、尉昊赞、朱悦、曹世磊、郑德灿、张德军、向伟明、王光建、向梅。I
GB/T33523.602—2022/ISO25178-602:2010引言
随着国家产品质量提升计划的实施，对产品设计、制造、测量和检验过程中使用的统一规范或原则的需求越来越迫切。原有产品几何技术规范中表面结构的表示方法及相关标准已不能满足产品制造过程中的表面质量控制要求。
GB/T33523《产品几何技术规范（GPS）表面结构区域法》基于新一代GPS产品儿何规范体系，通过数字化测量技术、软件分析技术及计量评定等手段，构建一套全新的三维表面结构测量与分析的推荐性国家标准。GB/T33523在提出表面结构表示法、表面结构参数及规范操作集的基础上，分析了表面结构测量的方法，给出了使用的测量技术及仪器的标称特性。特别是，GB/T33523在涵盖接触式测量仪器的同时，重点引入了在高精度测量应用中具有重要价值但缺乏标准支撑的多种非接触式测量仪器。GB/T33523还规范了实物测量和软件测量标准，给出了软件文件标准和表面结构测量的计量特性。GB/T33523实现了从二维轮廓测量到三维表面结构测量的跨越，为GPS产品儿何规范体系提供了计量测试支撑。
GB/T33523拟由14个部分构成。
第1部分：表面结构的表示法。规定了产品技术文件（例如图纸、规范、合同和报告）中利用图形符号表示区域表面结构的规则。一第2部分：术语、定义及表面结构参数。规定了用区域法评定表面结构的术语、定义和参数。一第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）的完整规范操作集。
-一第6部分：表面结构测量方法的分类。规定了主要用于表面结构测量方法的分类体系，定义了三类方法，描述了三类方法之间的关系，并对具体方法做了简要说明。一第70部分：实物测量标准。规定了用于定期验证和调整区域法表面结构测量仪器的实物测量标准的特性。
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（标准具)的术语定义。
一第72部分：XML文件格式x3p。规定了用于存储和交换形貌及轮廓数据的XML文件格式x3p。
一第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）式仪器的标称特性。
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性的共聚焦色差探针测量表面结构的非接触式仪器的设计与计量特性。一第603部分：非接触（相移干涉显微)式仪器的标称特性。规定了相移干涉法（PSI)轮廓和区域表面结构测量显微镜的计量特性。一第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干扫描干涉（CSI)测量系统的计量特性。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表面结构的非接触式仪器的计量特性。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非接触式仪器的设计与计量特性，一第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）式仪器用作测量标准的实物量具的特性，残余误差的评定方法，校准、验收和周期检定的检测方法。1范围
GB/T33523.602—2022/IS025178-602:2010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）式仪器的标称特性本文件规定了使用基于白光轴向色散特性的共聚焦色差探针测量表面结构的非接触式仪器的设计与计量特性。
2规范性引用文件
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，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。
ISO3274产品几何技术规范（GPS）表面结构轮廓法接触（触针）式仪器的标称特性［GeometricalProductSpecifications(GPS)Surfacetexture:ProfilemethodNominalcharacteristics ofcontact（stylus）instruments注：GB/T6062一2009产品几何技术规范（GPS）表面结构轮廊法接触（触针）式仪器的标称特性（ISO32741996.IDT)
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[Geometrical Product Specifications (GPS)Surface texture:Profile methodTerms,definitions and surfacetextureparameters
注：GB/T3505—2009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（ISO42871997IDT)
ISO10360-1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[Geometrical Product Specifications (GPS)-Acceptance and reverification tests for coordinate measuring machines (CMM)-Part l:Vocabulary注：GB/T16857.1一2002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(eqv,ISo10360-1:2000)。
ISO/IEC指南99：20o7通用计量术语和定义[Internationalvocabularyofmetrology—Basicandgeneral concepts and associated terms （VIM)3术语和定义
ISO3274、ISO4287、ISO10360-1和ISO/IEC指南99界定的以及下列术语和定义适用于本文件。注：下列部分术语在其他单点传感器和横向扫描仪器中也属于常用术语。1
GB/T33523.602—2022/ISO25178-602:20103.1通用术语和定义
coordinate system of the instrument仪器坐标系
(，，）坐标轴组成的正交系统定义为：（，y)是由仪器的区域导向基准建立的平面；Z轴平行于光轴并垂直于(α，y)平面。注：通常X轴是扫描轴，Y轴是步进轴。3.1.2
测量回路
measurementloop
一个封闭链，包括连接被测工件和色差探针（3.3.2）的全部单元，例如：定位工具、紧固夹具、测量底座、驱动单元（3.2.3和3.2.4）和探测系统（3.3.1）。见图1。
注：测量回路可能受到外部和内部干扰而影响测量不确定度标引序号说明：
1—仪器坐标系；
2———测量回路。
图1仪器坐标系和测量回路
real surface of a workpiece
工件的实际表面
实际存在并将整个工件与周围介质分开的要素集。［来源：ISO14660-1：1999,2.43.1.4
实际电磁表面
realelectro-magneticsurface
通过对工件实际表面施加电磁作用所构建的表面。［来源：GB/T42084—20223.2.2]2
GB/T33523.602—2022/ISO25178-602:2010注：本文件所述仪器的实际电磁表面可与其他类型光学仪器的实际电磁表面不同。3.1.5
原始提取表面
primary extracted surface
由原始表面采样得到的有限数据点的集合。［来源：GB/T42084—2022,3.7]3.1.6
measurementerror;errorofmeasurement测量误差
误差error
测得的量值减去参考量值。
注1：“测量误差”的概念在以下两种情况下均能使用：a）当涉及存在单个参考量值，如用测得值的测量不确定度可忽略的测量标准进行校准，或约定量值给定时，测量误差是已知的；
b）假设被测量使用唯一的真值或范围可忽略的一组真值表征时，测量误差是未知的。注2：测量误差不宜与出现的错误或过失相混淆。［来源：ISO/IEC指南99：2007，2.16］3.1.7
系统测量误差
systematic measurement error; systematic error of measurement系统误差systematic error
在重复测量中保持不变或按可预见方式变化的测量误差（3.1.6）的分量注1：系统测量误差的参考量值是真值，或是测量不确定度可忽略不计的测量标准的测得值，或是约定量值。注2：系统测量误差及其来源可能是已知或未知的。对于已知的系统测量误差能够采用修正（3.1.11)补偿。注3：系统测量误差等于测量误差减去随机测量误差（3.1.8）。［来源：ISO/IEC指南99：2007，2.17]3.1.8
随机测量误差
random measurement error;random error of measurement随机误差randomerror
在重复测量中以不可预见方式变化的测量误差（3.1.6)的分量。注1：随机测量误差的参考量值是对同一被测量由无穷多次重复测量得到的平均值。注2：一组重复测量的随机测量误差会形成一种分布，该分布能用期望和方差描述，其期望通常可假设为零。注3：随机测量误差等于测量误差减去系统测量误差（3.1.7）。［来源：ISO/IEC指南99：2007，2.193.1.9
测量系统的调整
adjustment of a measuring instrument调整adjustment
为使测量系统提供相应于给定被测量值的指定示值，在测量系统上进行的一组操作。注1：测量系统的调整类型包括测量系统调零、偏置量调整和量程调整(有时称为增益调整）。注2：测量系统的调整不宜与测量系统的校准混淆，校准是调整的一个先决条件。注3：测量系统调整后，通常需要再校准［来源：ISO/IEC指南99:2007,3.11]注4：这种操作通常由仪器制造商执行，因为用户不具备所必需的专业设备和知识。3.1.10
操作者调整
user adjustment
操作者能执行的测量仪器的调整。3
GB/T33523.602—2022/IS025178-602：2010注：这是通常由操作者执行的操作，该操作包括使用实物量具，根据测量结果自动或手动调节某些参数，使仪器状态良好。
correction
对估计的系统测量误差的补偿
注：补偿能采取不同形式，诸如加一个修正值或乘一个修正因子，或能从修正值表得到T来源：ISO/IEC指南99：2007，2.533.1.12
残余修正误差
residualcorrectionerror
修正系统测量误差（3.1.7)后的测量值与其实际值之差注：残余误差由随机测量误差（3.1.8)和未被修正的系统测量误差组成。3.2与横向扫描系统相关的术语和定义3.2.1
横向扫描系统lateral scanning system在（，）平面上对被测表面实施扫描的系统。注：典型的横向扫描系统由X向驱动单元（3.2.3）和Y向驱动单元（3.2.4)组成3.2.2
areal referenceguide
区域导向基准
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（3.3.1)沿理论正确轨迹相对于被测表面运动。
注：在区域法表面结构测量仪器中，区域导向基准建立了一个基准表面（见ISO25178-2）。能通过使用两个互相重直的导向基准（见GB/T6062一2009，3.3.2)或一个导向基准表面获得3.2.3
X向驱动单元driveunitX
仪器的组成部分，使探测系统（3.3.1)或被测表面沿X轴的导向基准移动，并用轮廓的横向X坐标表示被测点的水平位置。
Y向驱动单元driveunitY
仪器的组成部分，使探测系统或被测表面沿Y轴的导向基准移动，并用轮廓的横向Y坐标表示被测点的水平位置
横向位置传感器lateralpositionsensor驱动单元的组成部分，它提供被测点的横向位置。注：横向位置能用线性编码器、激光干涉仪或带测微螺杆的计数装置测量或推测。3.3与探测系统相关的术语与定义3.3.1
probingsystem
探测系统
共聚焦色差探针仪器的组成部分，由光电控制器、光纤光缆和共聚焦色差物镜组成。3.3.2
fchromaticprobe
色差探针
使用白光光源的共聚焦光谱色散，在测量过程中将表面上某点高度转换为信号的装置。4
注：色散能通过使用不同的光学结构来实现（见附录B）。3.3.3
孔径角
angularaperture
从被测表面上某一点进人光学系统的光锥的角度。3.3.4
孔径半角
half aperture angle
孔径角（3.3.3）的一半。
见图2。
注：该角有时也称为“光锥半角”标引符号说明：
透镜或光学系统；
焦点；
孔径半角。
GB/T33523.602—2022/ISO25178-602:2010图2孔径半角
数值孔径
numerical aperture
孔径半角（3.3.4）的正弦乘以周围介质的折射率n（An=nsinα）。注1：空气中，n近似等于1.公式中能够省略。注2：对于色差探针（3.3.2），数值孔径与光的波长有关。通常，用聚焦在垂直范围（3.3.14)中间处的波长定义数值孔径。
共聚焦色差显微法
confocal chromaticmicroscopy一种表面形貌测量方法，由一个带有色差物镜的共聚焦显微镜和集成的检测装置（如光谱仪）组成，通过检测表面反射光的波长获得一个单点的表面高度。［来源：GB/T33523.6—2017,3.3.73.3.7
消色差物镜
achromaticobjective
使所有波长的透射光汇聚于同一点的物镜3.3.8
objectivewith axial chromatic dispersion轴向色散物镜
使不同波长透射光沿光轴方向产生不同焦点的物镜5
GB/T33523.602—2022/ISO25178-602:20103.3.9
光源lightsource
在指定光谱范围内发射适当波长的光的光学装置。注1：光源发射的光谱范围宜与探测器的光谱带宽相适应。注2：一般来说，光谱范围相对于波长值要扩展0.4μm～0.8μm。3.3.10
光源针孔light source pinhole放置在光源（3.3.9）后的小孔，将光源转换为点光源。注：见3.3.11的注1和注2。
鉴别针孔discriminationpinhole放置在探测器前面的小孔，通过阻挡离焦光，对从样品表面反射的光束进行深度辨别。注1：系统包含两个针孔。第一个是光源针孔（3.3.10），它定义了一个作为仪器的点光源的小光点。第二个是鉴别针孔，它将限制聚焦于样品表面并沿光轴反射的那部分光通过（见图B.1）。注2：在实际应用中，针孔是通过光纤获得的，光纤提供了空间辨别能力，使光学探头可远离光电控制器使用。3.3.12
chromaticdepthof field
色差景深
光源发射的连续光谱中最短波长的焦点与最长波长的焦点之间的距离。注：这一定义与其他光学系统（如传统显微镜）中使用的景深典型定义不同3.3.13
工作距离
working distance
沿光轴方向，最靠近表面的元件和位于垂直范围（3.3.14）中间的表面点之间的被测距离3.3.14
国verticalrange
垂直范围
色差探针在光谱仪上检测到的最短波长的焦点和最长波长的焦点之间被测距离。注：垂直范围取决于场的色差景深（3.3.12)和光谱仪的光谱范围。3.3.15
光探笔
opticalpen
色差探针（3.3.2）的一部分，包含色差透镜，在测量过程中靠近表面。3.3.16
杂散光信号straylightsignal
包含无样品时探测器探测到的由进人鉴别针孔（3.3.11）的杂散光产生的信号，以及探测器自身产生的信号。
注：杂散光信号通常在校准过程中被捕获，以修正测量结果。3.4仪器的计量特性
计量特性metrologicalcharacteristic；MC<测量设备>测量装置的属性，该属性可影响测量结果。［来源：GB/T24634—2009，3.12，有修改注1：校准测量装置是必要的
注2：计量特性对测量不确定度有直接的贡献6
空间测量范围
measuring volume
GB/T33523.602—2022/ISO25178-602:2010由仪器测量三个坐标测量的极限范围限定的仪器测量范围。注：区域法表面结构测量仪器的空间测量范围定义为：X向驱动单元（3.2.3）和Y向驱动单元（3.2.4）的测量范围；探测系统（3.3.1)的测量范围。3.4.3
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。注1：迟滞还会与激励方向改变后的运动距离等因素有关。注2：对于横向扫描系统，迟滞主要是一种重新定位的误差。来源：GB/T24634一2009，3.24，有修改3.4.4
响应曲线
responsecurve
描述实际量与测得量之间函数关系的图形表示。见图3。
注1：X（Y或Z)方向的实际量对应于测得量m（ym或m）。注2：响应曲线能用于调整和误差修正，标引序号说明：
1—响应曲线；
一用多项式近似法评定的响应曲线；2
3——测得量；
输人量。
非线性响应曲线实例
amplification coefficient
放大倍数
由响应曲线得到的线性回归曲线的斜率。7
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