本文件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。

ICS 17.040.20
CCS J 04
中华人民共和国国家标准
GB/T33523.604—2022/IS025178-604:2013产品几何技术规范（GPS）
表面结构
区域法
第604部分：非接触（相干扫描干涉）式仪器的标称特性
Geometrical product specifications (GPS)Surface texture: Areal-Part 604 : Nominal characteristics of non-contact (coherence scanninginterferometry) instruments
（IS025178-604:2013,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
规范性引用文件
术语和定义
与区域表面结构测量方法相关的术语和定义与X,Y轴扫描系统相关的术语和定义3.3
与光学系统有关的术语和定义
与工件光学特性有关的术语和定义相干扫描干涉测量显微的专用术语和定义影响量的描述
影响量
GB/T33523.604—2022/ISO25178-604:2013次
附录A（资料性）
相干扫描干涉（CSI)显微镜的概述和组件附录B（资料性）
附录C（资料性）
附录D（资料性）
附录E（资料性）
参考文献
相干扫描干涉工作原理
空间分辨力
表面形貌测量重复性评估过程示例与GPS矩阵模型的关系
GB/T33523.604—2022/ISO25178-604:2013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》的规定构区域法》的第604部分。GB/T33523本文件是GB/T33523《产品儿何技术规范（GPS）表面结构
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；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ISO25178-604：2013《产品几何技术规范（GPS）分：非接触（相干扫描干涉)式仪器的标称特性》。本文件增加了“规范性引用文件”一章。表面结构
区域法第604部
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：清华大学、天津大学、厦门市计量检定测试院、江苏锐精光电研究院有限公司、中机生产力促进中心有限公司、中国计量大学、北京时代之峰科技有限公司、枣庄有规信息科技有限公司、中机研标准技术研究院(北京)有限公司本文件主要起草人：蔚昊赞、郭彤、郑伟峰、陈刚、孔明、郝建国、张宗政、朱悦Ⅲ
GB/T33523.604—2022/IS025178-604:2013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产品几何规范体系，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产品几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。目的在于规定产品技术文件（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。第2部分：术语、定义及表面结构参数。目的在于规定用区域法评定表面结构的术语、定义和参数。
第3部分：规范操作集。目的在于规定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。
第6部分：表面结构测量方法的分类。目的在于规定主要用于表面结构测量方法的分类体系，定义三类方法，描述三类方法之间的关系，并对具体方法做简要说明。第70部分：实物测量标准。目的在于规定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。
一一第71部分：软件测量标准。目的在于规定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。目的在于规定规定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。目的在于规定表面结构区域法接触（触针）式仪器的标称特性
一第602部分：非接触（共聚焦色差探针)式仪器的标称特性。目的在于规定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第603部分：非接触（相移干涉显微)式仪器的标称特性。目的在于规定相移干涉法（PSI)轮廓和区域表面结构测量显微镜的计量特性。第604部分：非接触（相干扫描干涉)式仪器的标称特性。目的在于规定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。目的在于规定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。目的在于规定使用变焦（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。第701部分：接触（触针)式仪器的校准与测量标准。目的在于规定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/T33523.604—2022/IS025178-604：2013产品几何技术规范（GPS）
表面结构区域法
第604部分：非接触（相干扫描干涉）式仪器的标称特性
本文件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。2规范性引用文件
本文件没有规范性引用文件。
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1与区域表面结构测量方法相关的术语和定义3.1.1
arealreference
区域基准
仪器的一个组成部分，它确定一个基准表面用于表面形貌测量。3.1.2
仪器坐标系
coordinatesystemoftheinstrument（，y，之）坐标轴的右手定则笛卡儿直角坐标系，其中：（r，y)是由仪器的区域基准构建的平面（注：有的光学仪器没有实际的区域导向基准）；一对光学仪器而言，Z轴沿光轴方向且垂直于（，y）平面；对触针类仪器而言，Z轴位于触针轨迹平面内且垂直于（，)平面（见图1）。注1：通常对水平面内扫描的仪器而言，X轴是扫描轴，Y轴是步进轴注2：亦可见“规范坐标系”［GB/T33523.2—2017，3.1.2]和\测量坐标系”［GB/T33523.6—2017,3.1.1]。1
GB/T33523.604—2022/ISO25178-604:2013标引序号说明：
仪器坐标系；
测量回路。
图1仪器的坐标系和测量回路
各measurementloop
测量回路
一个封闭链，包括连接被测工件和探头的全部单元，例如：定位工具、紧固夹具、测量底座、驱动单元、探测系统等。
注：测量回路可能受外部和内部干扰而影响测量不确定度见图1。
工件的实际表面
real surface of a workpiece
实际存在并将整个工件与周围介质分开的要素集。注1：实际表面是表面的一种数学表达，其独立于测量过程注2：亦可参见“机械表面”[GB/T33523.2—2017，3.1.1.1或“电磁表面”[GB/T33523.2—2017，3.1.1.2]。注3：不同类型的光学仪器可采用不同的电磁表面。3.1.5
表面探头
surfaceprobe
在测量过程中将表面高度转换为信号的器件。注：在早期标准中，这被称为“传感器”。3.1.6
空间测量范围
measuringvolume
由仪器三个坐标的测量极限范围限定的仪器测量范围。注：对区域法表面结构测量仪器而言，空间测量范围由X向和Y向驱动单元的运动范围和Z向探测系统的测量范围确定。
［来源：GB/T33523.601—2017,3.4.1]2
响应曲线
response curve
描述实际量与测得量关系的函数GB/T33523.604—2022/ISO25178-604:2013注1：一个X(Y或Z)方向的实际量对应于一个测得量am(yM或zm）。注2：响应曲线可用于调整和误差修正。［来源：GB/T33523.601—2017,3.4.23.1.8
放大倍数amplification coefficientα
从响应曲线（3.1.7)得到的线性回归曲线的斜率。注1：X、Y、Z方向的量都会有适用的放大倍数注2：理想的响应是一条斜率等于1的直线，表示测得量等于实际量。注3：亦可参见“测量系统灵敏度”[ISO/IECGuide99：2007，4.12]。［来源：GB/T33523.601—2017，3.4.3，有修改］3.1.9
仪器噪声
instrument noise
当仪器处于一个理想的无噪声环境中时，叠加在输出信号上的内部噪声。注1：内部噪声可源于电噪声，如放大器；或光学噪声，如杂散光注2：这种噪声通常有较高的频率，限制了仪器测量表面结构中短空间波长的能力注3：ISO25178-3规定的S-滤波器可抑制这种噪声注4：对于某些仪器，因为其仅在运动时获取数据，所以无法评估其仪器噪声。3.1.10
测量噪声
measurementnoise
仪器正常使用过程中附加于输出信号的噪声。注1：3.1.9中的注2和注3也适用于该条目。注2：测量噪声包含仪器噪声（3.1.9）。3.1.11
表面形貌重复性surfacetopographyrepeatability在相同测量条件下连续测量同一表面形貌的重复性注1：表面形貌重复性可衡量多次测量之间的一致性程度，通常用标准偏差表示。注2：有关重复性和其相关概念的讨论，亦可参见ISO/IECGuide99:2007，2.15和2.21。注3：表面形貌重复性评估是确定测量噪声的常用方法。3.1.12
X方向采样间距
samplingintervalinX
沿X坐标轴两个相邻测量点之间的距离注：在许多显微系统中，采样间距由相机中感光单元（也称为像素)之间的距离决定。在这类系统中，也采用像素间距或像素间隔来表述采样间距。另一个术语，“像素宽度”，表示单个像素感光区域在一个方向（X或Y）的长度，该值总是小于像素间距。此外，术语“采样区域”可表示用来确定样品高度值的采样长度或区域，该量值可以大于或小于采样间距
GB/T33523.604—2022/ISO25178-604:20133.1.13
Y方向采样间距
samplingintervalinY
沿Y坐标轴两个相邻测量点之间的距离。注：在许多显微系统中，采样间隔由相机中感光元件（也称为像素)之间的距离决定。在这类系统中，也采用像素间距或像素间隔来表述采样间距。另一个术语，“像素宽度”，表示单个像素感光区域在一个方向（X或Y）的长度，该值总是小于像素间距。此外，术语“采样区域”可表示用来确定样品高度值的采样长度或区域，该量值可以大于或小于采样间距。
digitization stepinZ
Z方向量化步距
在提取表面上，沿乙坐标方向两个坐标点之间的最小高度变化量，3.1.15
横向分辨力
lateral resolution
两个可检测要素之间的最小距离。［来源：GB/T33523.601—2017，3.4.10，有修改3.1.16
全高度转换的极限宽度
widthlimitforfullheighttransmissionW.
测量时能够保证测量高度不变的最窄矩形沟槽的宽度。注1：仪器特性［如X方向采样间距（3.1.12）、Y方向采样间距（3.1.13）、Z方向量化步距（3.1.14)和短波截止滤波器的选择不宜影响横向分辨力（3.1.15)和全高度转换的极限宽度。注2：测量确定该参数时，矩形槽的深度宜接近待测表面的深度。［来源：GB/T33523.601—2017,3.4.11，有修改」3.1.17
横向周期限
lateral period limit
仪器的高度响应降至50%时正弦轮廓的空间周期。注1：横向周期限是用于描述表面形貌测量仪器的空间或横向分辨力以及描述仪器区分和测量密集表面特征能力的一个量化指标。其值取决于表面特征的高度和所使用的表面探测方法。GB/T33523.3一2022表3中列出了此参数的最大值，并与S-滤波器和给定采样间距条件下的推荐值进行了比较注2：空间周期与空间波长含义相同，是空间频率的倒数注3：对光学仪器而言，D1.1M与瑞利准则（3.3.7）和物镜在样品表面的聚焦程度有关注4：对接触式仪器而言，DLIM与触针针尖半径（rTIP，参见GB/T33523.601)相关。注5：与横向周期限有关的其他术语是结构分辨力和形貌空间分辨力。3.1.18
最大局部斜率
maximumlocalslope
可以被探测系统评定的表面特征的最大局部斜率。注：GB/T3505一2009，3.2.9定义了“局部斜率”。3.1.19
仪器传递函数
instrumenttransferfunction;ITF空间频率的函数，描述表面形貌测量仪器对具有特定空间频率的物体表面形貌的响应。4
GB/T33523.604—2022/IS025178-604:2013注1：理想情况下，ITF表示空间频率为的正弦光栅的测量幅值与真实幅值的关系。注2：对于一些光学仪器，除了测量高度远小于光学波长的情况外，ITF有可能为测量高度的非线性函数。3.1.20
迟滞hysteresis
THYSyHYS，ZHYS
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—2009，3.24，有修改3.1.21
计量特性
metrologicalcharacteristic
测量仪器的计量特性metrological characteristic of a measuring instrument<测量设备》测量装置的属性，该属性可能会影响测量结果。注1：计量特性校准是必要的。
注2：计量特性对测量不确定度有直接的贡献。注3：区域法表面结构测量仪器的计量特性见表1。表1
表面结构测量方法的计量特性列表计量特性
放大倍数
线性偏差
残余平面度
测量噪声
横向周期限
垂直度
arαyaWww.bzxZ.net
la,ly,l
APERtry
导出放大倍数的曲线与响应曲线之间的最大局部差异
区域基准的平面度
X轴和Y轴之间的角度和90°的偏差［来源：GB/T24634—2009，3.12，有修改3.2与X,Y轴扫描系统相关的术语和定义3.2.1
areal referenceguide
区域导向基准
潜在误差取向
产生基准表面的仪器组成部分，在这个基准表面上，探测系统沿理论正确轨迹相对于被测表面运动。
注：在X，Y轴扫描的区域法表面结构测量仪器中，区域导向基准建立一个参考表面（见GB/T33523.2一2017中3.1.8）。它可以通过使用两个线性且互相垂直的导向基准（见GB/T6062一2009中3.3.2)或一个导向基准表面来构建。
横向扫描系统lateral scanning system在（r，y)平面上对被测表面实施扫描的系统注1：表面结构扫描仪器系统有四个基本部分：X轴驱动器、Y轴驱动器、Z轴测量探头和待测表面。可以通过不同的方式配置这四个部分，由此，不同配置之间会产生一定的差异，如表2所示。注2：当对显微镜的单个视场进行测量时，不进行X，Y轴扫描。但是，当通过拼接方法将多个视场拼接在一起时，系统就会被认为是一个扫描系统，见参考文献[16]。5
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