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GB／T 33523.602-2022 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.pdfICS 17.040.20 CCSI04
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
国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会 发布
某水利堤防工程施工组织设计引言 范围· 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）一般原理… 附录C（规范性）概念图 附录D（资料性）与GPS矩阵模型的关系 参老文献…….
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 有计量特性。
图1仪器坐标系和测量回路
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primaryextractedsurface 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 测量误差measurementerror;errorofmeasurement 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 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systematicmeasurementerror;systematicerror of measurement 系统误差systematicerror 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randommeasurementerror；randomerrorofmeasurement 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99：2007，2.19] 3.1.9 测量系统的调整adjustmentofameasuringinstrument 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 useradjustment
操作者能执行的测 量仪器的调整
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 态良好。 3.1.11 修正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。 [来源：ISO/IEC指南99：2007，2.53] 3.1.12 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。
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，并用轮廊的横向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
探测系统proogSystem 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 色差探针chromaticprobe
色差探针chromaticprobe
孔径半角（3.3.4)的正弦乘以周围介质的折射率n（Av=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。 3.3.6 共聚焦色差显微法confocalchromaticmicroscopy 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—2017，3.3.7] 3.3.7 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 轴向色散物镜objectivewithaxialchromaticdispersion 使不同油长透射光沿光触方向产告不同售卡的物锁
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lightsourcepinhole 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。 3.3.11 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 色差景深chromaticdepthoffield 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workingdistance 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 垂直范围verticalrange 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 主的信号。 法、杂数兴信号通党在校准过程中被捕获：以修正测量结果。
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。
空间测量范围measuringvolume 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： 一—X向驱动单元（3.2.3)和Y向驱动单元（3.2.4)的测量范围； 一探测系统（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—2009，3.24，有修改] 3.4.4 响应曲线responsecurve F,F,,F： 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α（ym或zm）。 注2：响应曲线能用于调整和误差修正。
放大倍数amplificationcoefficient
Xαyα 由响应曲线得到的线性回归曲线的斜率
由响应曲线得到的线性回归曲线的斜率
图3非线性响应曲线实例
见图4。 注1：X、Y、Z方向的量均有适用的放大倍数。 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。
图4响应曲线线性化实例
注1：3.4.6的注2和注3也适用于本条。 注2：动态噪声包含静态噪声（3.4.7)。 3.4.9 X方向采样间距samplingintervalinX D 沿X坐标轴两个相邻测量点之间的距离。 3.4.10 Y方向采样间距samplingintervalinY D, 沿Y坐标轴两个相邻测量点之间的距离。 3.4.11 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。 注1：通过在光谱仪曲线上寻找最大峰的位置来估计一个点的高度。虽然光谱仪的横向分辨力相对较小（小像素 数)，但色差探针(3.3.2)的Z坐标轴的数字化步骤被亚像素算法所改进。 注2：可使用多种算法来检测最大峰值的位置，可行的方法见表1。
州河特大桥钢栈桥 钢平台施工方案表1检测算法效率对比
横向分辨力lateralresolution R 两个可检测要素之间的最小距离。 3.4.13 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。 示例1：测量沟槽宽度大于全高度转换的极限宽度的栅格，可以测得正确沟槽深度(见图5和图6)。 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7和图8)，在此情形下，信 号通常受到干扰且可能包含非测点。 注：计量特性包含： 一X方向采样间距和Y方向采样间距； 一2方向量化步距； 一所用滤波器。 以上计量特性在不影响横向分辨力和全高度转换的极限宽度的情况下适用。
图5水平间距大于或等于W栅格
注：栅格的间距和深度测量1
图5中栅格的测量结果
(蒙)12J10 附属建筑水平间距t'小于W的栅