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GB／T 33523.603-2022 产品几何技术规范（GPS） 表面结构 区域法 第603部分：非接触（相移干涉显微）式仪器的标称特性.pdf简介：

GB/T 33523.603-2022是中华人民共和国国家标准，全称为《产品几何技术规范（GPS） 表面结构 区域法 第603部分：非接触（相移干涉显微）式仪器的标称特性简介》。这个标准主要规定了非接触式相移干涉显微技术在测量和评估产品表面结构时的标称特性，包括但不限于仪器的原理、测量方法、精度要求、性能指标和使用条件等。

非接触相移干涉显微（Non-contact Interferometric Microscopy, NCIM）是一种先进的表面形貌测量技术，它不直接接触被测物体，通过测量光的相位差来获取表面微观信息，可以用于检测表面粗糙度、形貌、厚度等参数。该标准为这类仪器的生产和使用提供了技术指导和质量控制依据。

具体来说，它可能涉及的标称特性包括：

1. 测量范围和分辨率：仪器能够测量的表面结构尺寸范围以及能提供的最小分辨率。 2. 精度和稳定性：仪器在长时间使用下的测量精度保持性能。 3. 工作波长和光源稳定性：非接触干涉显微的光源类型，波长范围以及光源的稳定性。 4. 数据处理和分析：仪器提供的数据处理算法和结果分析能力。 5. 环境适应性：仪器的使用环境要求，如温度、湿度、电磁干扰等。

遵循此标准，可以确保非接触相移干涉显微仪器的测量结果准确、可靠，适用于各种工业生产和科研领域中对表面结构精度要求高的应用场景。

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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。

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下列术语和定义适用于本文件DB23／T 2589-2020 林火扑救安全规范，

产品几何技术规范（GPS） 表面结构区域法 第603部分：非接触（相移干涉显微）式 仪器的标称特性

响应曲线responsecurve F,Fy,F 描述实际量与测得量之间函数关系的图形表示。 注1：一个X(Y或Z)方向的实际量对应于一个测得量xm（ym或m）。 注2：响应曲线可用于调整和误差修正。 见图2。

放大借数 ampliticationcoetricient αaya 由响应曲线(3.1.7)得到的线性回归曲线的斜率。 见图3。 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/IEC指南99：2007，4.12]。

「来源：GB/T33523.601—2017，3.4.3，有修改

图3响应曲线线性化示例

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。参见A.3。 3.1.13 Y方向采样间距samplingintervalinY Dy 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。参见A.3。 3.1.14 Z方向量化步距digitizationstepinZ D， 在提取表面上，沿Z坐标方向两个坐标之间的最小高度变化量。 3.1.15 横向分辨力lateralresolution R 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widthlimitforfullheighttransmission W 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。

图4栅格及其测量的示例

）水平间距t小于W的栅格

中栅格的测量结果，间距测量正确，但 量偏小（d<

示例1：测量沟槽宽度大于全高度转换的极限宽度的栅格，可以正确测得沟槽深度[见图4a)和b)]。 示例2：测量沟槽宽度比全高度转换的极限宽度窄的栅格，得到的沟槽深度不正确[见图4c)和d)]。此情况下，信 号通常受到干扰且可能包含非测点。 [来源：GB/T33523.601—2017，3.4.11，有修改]

示例1：测量沟槽宽度大于全高度转换的极限宽度的栅格，可以正确测得沟槽深度[见图4a)和b)]。 示例2：测量沟槽宽度比全高度转换的极限宽度窄的栅格，得到的沟槽深度不正确[见图4c)和d)]。此情况下， 常受到干扰且可能包含非测点。 [来源：GB/T33523.601—2017，3.4.11，有修改]

最大局部斜率maximumlocalslope

退滞 hysteresis HYS，HYS，HY

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metrologicalcharacteristicofameasuringinstrument (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影响。 注3：区域法表面结构测量仪器的计量特性见表1。

表面结构测量方法的计量特性列表

区域导向基准arealreferenceguide 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（参见GB/T33523.2一2017， 3.1.8)。它可以通过使用两个线性且互相垂直的导向基准（参见GB/T6062一2009，3.3.2)或一个导向基准表面 来构建。

在（x，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，见表2。 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，参见参考文献[15]。

表2 导向基准的不同配置可能（X和Y轴）

X向驱动单元driveunitX 仪器的组成部分，使探测系统或被测表面沿X轴的导向基准移动，并用轮廊的横向X坐标表示被 测点的水平位置。

注1：3.1.9中的注2和注3也适用于本条目。 注2：动态噪声包括静态噪声。 注3：动态噪声包含在测量噪声(3.1.10)中

3.3.1 光源lightsource 在特定光谱范围内发射适当波长的光的光学装置。 3.3.2 光学测量带宽 measurementopticalbandwidth Bxo 用于表面测量的光波长范围。 注：构建仪器时，可采用有限光学带宽的光源，也可利用额外的滤光元件进一步限制光学测量带宽。 3.3.3 测量光波长measurementopticalwavelength 入。 用于表面测量的光波长有效值。 注：测量光学波长受诸如光源光谱、光学组件的光谱透过率和图像传感器阵列的光谱响应等因素影响（参见附录 A)。 3.3.4 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。 [来源：GB/T33523.602—2022，3.3.3] 3.3.5 孔径半角halfapertureangle α 孔径角的一半。 注：该角有时称为“光锥半角"见图5)。

数值孔径numericalaperture

半角的正弦乘以周围介质的折射率n（A=nsind

瑞利准则Rayleighcriterion

表征光学系统空间分辨力的量，定义为两个点源在满足 二个点源的像的一级衍射极小值 点源的像的极大值位置重合时的间距。 注1：对于充满物镜人瞳的理想非相干光系统，瑞利准则取值为0.61入。/AN。 注2：对于光学3D计量仪器：此参数用于表征高度远小于A。的特征的仪器响应。

注1：对于充满物镜人瞳的理想非相干光系统工程造价全过程控制方法的研究，瑞利准则取值为0.61入。/AN。 注2：对于光学3D计量仪器，此参数用于表征高度远小于入。的特征的仪器响应。 3.3.8 斯派罗准则Sparrowcriterion 表征光学系统空间分辨力的量，定义为两个点源在满足合光强刚好不出现下凹时的分离间距。 注1：对于充满物镜人瞳的理想非相干光系统，斯派罗准则取值为0.47入。/An，约为瑞利准则（3.3.7)取值的 0.77倍。 注2：对于光学3D计量仪器，此参数用于表征高度远小于入。的特征的仪器响应。 注3：在与上述注释相同的测量条件下，斯派罗准则取值几乎等于0.50X。/AN的空间周期，此时理论的仪器响应降 至零。

光学粗糙表面opticallyroughsurface

与光学光滑表面不同，即散射光显著的表面。 注：在某些条件下（例如波长范围、数值孔径、像素分辨率等)具有光学粗糙特性的表面在一个或多个特定条件发生 变化时可能变为光学平滑表面。

元字非均习材科opuicamyouorm 在不同区域具有不同光学特性的样品。 注：光学非均匀材料可能会因视场不同而引人测量相位差，该相位差会被错误地解算成被测表面的高度差，

相移干涉仪器提供横向(X和Y)和高度（Z)方向的测值，从中可以计算表面结构的参数。相移干 仪器的测量过程如下。 a）将仪器聚焦到被测表面直至出现干涉条纹。 b）当测量随机粗糙表面时，调整被测样品相对于系统光轴的倾角，直至视场内的干涉条纹数最 少；当测量具有台阶特征的表面时，调整样品倾角使得视场内出现3～5个条纹。 c） 根据所选择的相移测量算法，获取并分析多个相移图像，并利用适当的相位展开算法计算表面 结构。因为每个点处的高度的直接测量值被限定在以入。/2为界的一个非模糊区间内，而实际 的待测高度可能包含整数倍个入。/2大小的非模糊区间。为消除这一不确定性，需要采用相位 展开算法进行解算。此处入。是用于测量的标称单色光的有效波长。 d）区域法测量的形状偏离项（如倾斜、曲率和圆柱等的残余)可通过数值方法去除，从而获得修正 后的表征区域表面结构的形貌图。可根据需求对形貌图做进一步的滤波处理。 e）对于具有与基准均方差同一量级的均方根粗糙度的表面，可能需要额外的信号平均技术来从 仪器缺陷中分离出被测表面的粗糙度。

表3给出了相移干涉仪器的影响量，也给出了受对应影响量的偏差影响的计量特性（见3.1.21，表1)。 注：对于充满物镜人瞳的理想非相干光学系统《城市住宅建筑综合布线系统工程设计规范 CECS119：2000》，且当被测特征高度远小于入。时，PSI系统的横向周期限DLM取值 (3.1.17)至少是瑞利准则（3.3.7)取值的两倍