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GB／T 33523.604-2022 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.pdf简介：

GB/T 33523.604-2022 是中国国家标准，全称为"产品几何技术规范（GPS） 表面结构 区域法 第604部分：非接触（相干扫描干涉）式仪器的标称特性简介"。这个标准主要规定了非接触（相干扫描干涉）式测量仪器在表面结构评估中的标称特性，包括但不限于仪器的性能指标、测量精度、分辨率、动态范围、稳定性、操作要求等。

非接触相干扫描干涉（Non-contact Coherent Scanning Interferometry, NCSSI）是一种基于光学干涉原理的高精度表面形貌测量技术，该技术不直接接触被测表面，适用于对薄层、柔软表面、易损坏表面的测量。标准详细描述了这类仪器在使用过程中应具备的基本特性，以便于用户对仪器的性能有清晰的了解，确保测量结果的准确性和可靠性。

该标准对于相关行业的产品质量控制、技术研发、仪器选购等均有重要指导意义。例如，精密制造、电子、光学、半导体、航空等领域。

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术语和定义适用于本文件

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

仪器的坐标系和测量回

注1：理想情况下，ITF表示空间频率为v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《旅游休闲示范城市 LB/T047-2015》，ITF有可能为测量高度的非线性函数。 3.1.20 迟滞hysteresis CHYS，y HYS ，HYS 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的贡献。 注3：区域法表面结构测量仪器的计量特性见表1。

来源：GB/T24634—2009，3.12，有修改

与X，Y轴扫描系统相关的术语和定义

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（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lateralscanningSystem

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 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 系统就会被认为是一个扫描系统，见参考文献[16]。

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，并用轮廓的横向X坐标表示补 的水平位置。

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。

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，开用轮郭的横向 测点的水平位置

注1：3.1.9中的注2和注3也适用于该条目。 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与光学系统有关的术语和定义 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 用于表面测量的光的波长范围。 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， 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2)。

数值孔径 numerical aperture AN

孔径半角的正弦乘以周围介质的折射率n（Av=nsinα）。 注1：空气中，对可见光而言，n≥1。 注2：数值孔径的大小与光的波长有关。通常，用光学测量带宽的中心波长来定义数值孔径。 3.3.7 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一个点源的像的一极衍射极小值与另一个 点源的像的极大值位置重合时的间距。 注1：对于充满物镜入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入。的特征结构的仪器响应。 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。的特征结构的仪器响应。 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。/Av的空间周期，此时理论的仪器响应降 至零。

孔径半角的正弦乘以周围介质的折射率n（Av=nsinα）。 注1：空气中，对可见光而言，n≥1。 注2：数值孔径的大小与光的波长有关。通常，用光学测量带宽的中心波长来定义数值孔径。 3.3.7 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一个点源的像的一极衍射极小值与另一个 点源的像的极大值位置重合时的间距。 注1：对于充满物镜入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入。的特征结构的仪器响应。 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：对于充满物镜入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。的特征结构的仪器响应。 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。/Av的空间周期，此时理论的仪器响应降 至零。

表面膜surfacefilm 沉积在光学性质与其不同的另一表面上的材料。 注：这个概念也可称为“表面层”。 3.4.2 薄膜thinfilm 厚度较薄的膜，通过光学测量系统难以区分开其上下表面。 注：对于某些具有特殊性能和算法的测量系统，可得到薄膜的厚度。 3.4.3 厚膜thickfilm 厚度较厚的膜，通过光学测量系统能容易地区分其上下表面 3.4.4 光学光滑表面opticallysmoothsurface 反射光主要源自镜面反射且散射光不显著的表面。 注1：光学光滑表面在局部范围内像一面镜子。 注2：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 生变化时可能变为光学粗糙表面。

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。

相干扫描干涉术coherencescanninginterferometry；CSI 表面形貌测量方法，它通过对光程扫描过程产生的干涉条纹的定位分析来确定表面形貌。 注1：CSI包括但不限于使用宽带光谱的可见光源（白光)来实现干涉条纹定位的仪器。 注2：CSI可单独采用条纹定位或结合干涉相位解算，具体取决于表面类型、期望的表面形貌重复性和软件能力 注3：表3汇总了部分符合上述定义的相关术语。

表3CSI的常规术语汇总

GB／T 38810-2020 液化天然气用不锈钢无缝钢管光程opticalpathlength 光束行进的物理距离乘以透射介质的折射率。 注：双光束干涉仪中的光程差是参考光路和测量光路之间光程长度的差值 相干扫描干涉信号coherence scanninginterferometrysignal CSI信号CSIsignal 根据扫描位置记录的单像点或单一相机像素的强度数据。 注：见图3和A.1.

图3典型的CSI信号

干涉条纹interferencefringes CSI信号中的快速调制部分，与干涉效应有关，由CSI扫描期间光程变化产生。 见图3。 注1：干涉条纹近似为关于扫描位置的正弦曲线。 注2：干涉条纹峰值之间的距离对应约为光源(3.3.1)有效平均波长的一半的扫描位置差。 3.5.5 干涉相位interferencephase 用于近似干涉条纹波形的正弦函数的幅角。 注：一个完整的条纹变化或周期对应于2π的相位变化。 3.5.6 幅度调制amplitudemodulation 峰谷值或等效的CSI信号测量值。 见图3。 注1：幅度调制主要取决于光源的辐射亮度、相机灵敏度以及物体表面与参考镜的反射率。 注2：幅度调制通常也称为“信号强度”。 3.5.7 调制包络modulationenvelope 随扫描位置变化的CSI信号的幅度调制的总体变化。 注1：调制包络(图3)并没有一个严格的定义。其量化的形状与计算方法密切相关。 注2：调制包络与条纹定位的概念密切相关，而条纹定位是CSI信号的基本特征。 注3：调制包络是由有限的光学相干性导致的，来源于宽带光源（白光)、空间扩展光源或两者的结合。 3.5.8 分析模式analysismode 信号处理选项signalprocessingoption 用来确定软件是单独使用调制包络或是结合包络和干涉条纹相位来测量表面高度处理选择耳 10

CSI仪器提供用于表面形状和结构参数解算的横向（x，y)和高度（z)方向测量值

表4给出了CSI仪器的影响量，也给出了受对应影响量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，且当被测特征高度远小于入。时，CSI系统的横向周期限DLM（3.1.17） 至少是瑞利准则（3.3.7)的两倍。

目于扫描干涉测量的影响

GB／T 38774-2020标准下载表4相干扫描干涉测量的影响量（续）