JJF 1100-2016 平面等厚干涉仪校准规范-(高清原版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 1 0 02 0 1 6平面等厚干涉仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rF l a tE q u a lT h i c k n e s s I n t e r f e r o m e t e r s 2 0 1 6-1 1-3 0发布2 0 1 7-0 5-3 0实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布市场监管总局市场监管总局平面等厚干涉仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rF l a tE q u a lT h i c k n e s s I n t e r f e r o m e t e r sJ J F1 1 0 02 0 1 6代替J J F1 1 0 02 0 0 3 归 口 单 位:全国几何量工程参量计量技术委员会 主要起草单位:中国测试技术研究院中国计量科学研究院 参加起草单位:中国科学院光电技术研究所中测测试科技有限公司 本规范委托全国几何量工程参量计量技术委员会负责解释J J F1 1 0 02 0 1 6市场监管总局市场监管总局本规范主要起草人:冉 庆(中国测试技术研究院)张 恒(中国计量科学研究院)赵小萍(中国测试技术研究院)康岩辉(中国计量科学研究院)参加起草人:吴时彬(中国科学院光电技术研究所)徐德宇(中国测试技术研究院)卿光亚(中测测试科技有限公司)J J F1 1 0 02 0 1 6市场监管总局市场监管总局目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 概述(1)4 计量特性(3)4.1 干涉条纹间距测量的重复性(3)4.2 测微目镜的示值误差(3)4.3 物镜系统引起的干涉条纹弯曲量(3)4.4 仪器的示值误差(3)5 校准条件(3)5.1 环境条件(3)5.2 校准项目和测量标准及其他设备(3)6 校准方法(4)6.1 干涉条纹间距测量的重复性(4)6.2 测微目镜的示值误差(4)6.3 物镜系统引起的干涉条纹弯曲量(4)6.4 仪器的示值误差(5)7 校准结果的表达(5)8 复校时间间隔(5)附录A 平面等厚干涉条纹测量方法的图解与简介(6)附录B 平面等厚干涉仪示值误差校准不确定度评定示例(7)附录C 校准证书内页信息及格式(1 0)J J F1 1 0 02 0 1 6市场监管总局市场监管总局引 言J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则、J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义和J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示共同构成支撑本校准规范修订工作的基础性系列规范。与J J F1 1 0 02 0 0 3 平面等厚干涉仪校准规范相比,本规范除编辑性修改外,主要技术变化如下:本规范取消了按仪器示值误差对平面等厚干涉仪分级;本规范取消了“不带标准平面平晶平面等厚干涉仪的示值误差可以不测量”这条规定;本规范增加了附录A:平面等厚干涉条纹测量方法的图解与简介;本规范中平面等厚干涉仪示值误差的测量推荐由二块1 5 0mm一等标准平面平晶按其两测量截面一一对应测量方法得到,并保留原规范用三块二等平面平晶互检方法;本规范取消复校时间间隔中“建议一般不超过1年”条款,校准时间间隔由用户根据自身企业情况确定。本规范的历次版本发布情况:J J F1 1 0 02 0 0 3 平面等厚干涉仪校准规范;J J G3 3 61 9 8 3 平面等厚干涉仪。J J F1 1 0 02 0 1 6市场监管总局市场监管总局平面等厚干涉仪校准规范1 范围本规范适用于平面等厚干涉仪的校准。2 引用文件本规范引用下列文件:J J G2 82 0 0 0 平晶J B/T7 4 0 11 9 9 4 平面平晶凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用本规范。3 概述平面等厚干涉仪(以下简称仪器)是采用等厚光波干涉原理,用于物体表面平面度测量(或检测)的光学仪器。按仪器结构分为不带标准平面平晶和带标准平面平晶的两种平面等厚干涉仪。仪器外形结构与光学原理分别见图1、图2、图3和图4。图1 不带标准平面平晶干涉仪的外形结构图1J J F1 1 0 02 0 1 6市场监管总局市场监管总局图2 不带标准平面平晶干涉仪的光学原理图1反射镜;2光阑;3钠光灯;4反射镜;5准直物镜;6被检平面平晶;7纸垫;8标准平面平晶;9调节螺钉;1 0工作台;1 1半透半反镜;1 2物镜;1 3光阑;1 4测微目镜图3 带标准平面平晶干涉仪的外形结构图2J J F1 1 0 02 0 1 6市场监管总局市场监管总局图4 带标准平面平晶干涉仪的光学原理图1激光管;2反射镜;3聚光镜;4光阑;5半透半反镜;6反射镜;7转向镜组;8光阑;9物镜;1 0分划板;1 1目镜组;1 2准直物镜;1 3标准平面平晶;1 4被检平面平晶;1 5工作台4 计量特性4.1 干涉条纹间距测量的重复性干涉条纹间距测量的重复性一般不超过0.0 2 0mm。4.2 测微目镜的示值误差在任意1mm内最大允许误差:0.0 0 5 mm,在全程8 mm内最大允许误差:0.0 1 0mm。4.3 物镜系统引起的干涉条纹弯曲量在视场直径方向两侧1mm内干涉条纹弯曲量最大允许误差:0.0 1 0mm,其余部分最大允许误差:0.0 2 0mm。4.4 仪器的示值误差仪器示值最大允许误差:0.0 2 0m。注:以上指标不是用于合格性判别,仅供参考。5 校准条件5.1 环境条件5.1.1 校准室内温度为(2 05),温度变化每小时不超过0.2,连续工作1 0h温度变化应不超过1.0;湿度不超过6 5%RH。5.1.2 校准前被校仪器及所用标准器在校准室内温度平衡的时间不少于4h。5.1.3 校准室内无影响测量的振动和噪音,无影响测量的气流扰动,放置被校仪器的工作台稳固、可靠。5.2 校准项目和测量标准及其他设备3J J F1 1 0 02 0 1 6市场监管总局市场监管总局校准项目和测量标准及其他设备计量技术指标见表1。表1 校准项目和测量标准及其他设备计量技术指标序号校准项目测量标准及其他设备计量技术指标1干涉条纹间距测量的重复性一等或二等1 5 0mm标准平面平晶2测微目镜的示值误差范围万能工具显微镜MP E:1 0-5L+1m3物镜系统引起的干涉条纹弯曲量1 7 5mm刀口形直尺MP E:1m4仪器示值误差一等或二等1 5 0mm标准平面平晶6 校准方法首先检查仪器外观和功能,确定没有影响校准结果的因素后再进行校准工作。6.1 干涉条纹间距测量的重复性将两块标准平面平晶置于仪器工作台上,通过调整两块标准平面平晶工作面之间纸垫,在测微目镜视场中形成(35)条干涉条纹。用测微目镜内十字线的垂直线段与视场中某一干涉条纹中央对准,在鼓轮上读出数据a1,再转动鼓轮移动垂直线段到相邻一条干涉条纹中央并对准,读出数据a2,用|a2-a1|得到干涉条纹的间距。在上述二条干涉条纹重复以上步骤9次,共得到1 0个干涉条纹间距测得值。若某一干涉条纹的间距测得值与其平均值之差超过2倍标准偏差,需要重新进行上述测量。按公式(1)计算标准偏差s:s=ni=1(xi-xi)2/91/2(1)式中:xi 干涉条纹间距测得值,mm;xi 干涉条纹间距测得值的平均值mm。以标准偏差作为测得值。6.2 测微目镜的示值误差将测微目镜从仪器上取下,并旋去它的目镜头,然后安装在万能工具显微镜的工作台上。调整工作台使测微目镜的十字线交点的运动方向与万能工具显微镜纵向(或横向)行程移动方向平行并固紧。转动测微鼓轮对准零位,移动万能工具显微镜纵向(或横向)滑板,使万能工具显微镜测角目镜的米字线交点对准测微目镜的十字交点,从万能工具显微镜的纵向(或横向)读数显微镜中读数。然后依次转动测微鼓轮1,2,3,3.5,3.7 5,4,4.2 5,4.5,5,6,7,8周,并依次从万能工具显微镜的读数显微镜中读数,每次读数减去第一点读数即为该点的实际值,测微鼓轮上的标称值与实际值之差即为该点的示值误差。测量在正、反行程上进行,全程内或任意一周内的示值误差以该范围内各点在正、反行程上的最大正误差和最大负误差的绝对值之和来确定。6.3 物镜系统引起的干涉条纹弯曲量将刀口形直尺置于仪器工作台上,使刀口形直尺的刀口清晰地在视场内成像。然后在测微目镜视场中相互垂直位置测量刀口的弯曲量,以最大测量值作为干涉条纹弯曲量4J J F1 1 0 02 0 1 6市场监管总局市场监管总局的测得值。6.4 仪器的示值误差仪器的示值误差F用平面度偏差来表示,按公式(2)计算:F=(b/2a)-(D1/D2)F0(2)式中:所用钠光灯或激光光源波长,m;a 干涉条纹间距,格值;b 干涉条纹弯曲量,格值;F0或(F0 1+F0 2)两块标准平面平晶平面度之和,m;D1、D2 分别为两块标准平面平晶的直径,mm。6.4.1 仪器示值误差用二块一等标准平面平晶按其两测量截面一一对应分别进行测量,并减去标准平面平晶对应测量截面的实际值作为测量值,再重复上述步骤并以两次测量值的平均值为仪器示值误差的测得值。6.4.2 平面等厚干涉仪也可用三块二等标准平面平晶按互检法测量,得到三个测量值,分别去除相应标准器平面度的影响,再取其平均值作为测量值。6.4.3 用其他方法测量仪器的示值误差时,应参照附录B“仪器示值误差校准不确定度评定示例”的评定方法进行重新评定。7 校准结果的表达经校准后的仪器出具校准证书。校准证书内容及内页格式见附录C。8 复校时间间隔由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的,因此,送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。5J J F1 1 0 02 0 1 6市场监管总局市场监管总局附录A平面等厚干涉条纹测量方法的图解与简介A.1 通过调整两块平面平晶工作面之间的纸垫在测微目镜视场中形成(35)条干涉条纹,见(图A.1)。用公式(A.1)计算出综合平面度误差F,其包含两块标准平面平晶工作面平面度F0 1、F0 2与仪器的示值误差F之和,即F=F0 1+F0 2+F。F=(b/a)(/2)(A.1)A.1.1 如F0 1是第一块标准平面平晶平面度,F2是第二块被测平面平晶平面度,被测平面平晶工作面的平面度:F2=F-F0 1-F(测量一般平面平晶时,F可忽略)。A.1.2 如两块都是标准平面平晶,被测仪器的示值误差:F=F-F0 1-F0 2。图A.1A.2 平面平晶工作面为凸形时,平面度取正号;工作面为凹形时,平面度取负号。判别平面平晶工作面形状的办法如下:在图A.2a点或b点适力加压,如果条纹变密,加压处是“接触点”;如果条纹变宽,则加压另一端是“接触点”。当条纹的曲率中心与“接触点”同侧时,则是凸面,测得值取正号;当条纹的曲率中心与“接触点”异侧时,则是凹面,测得值取负号。图A.26J J F1 1 0 02 0 1 6市场监管总局市场监管总局附录B平面等厚干涉仪示值误差校准不确定度评定示例B.1 测量方法在仪器箱内工作台上安装一块直径为1 5 0mm一等标准平面平晶,并使标准平面平晶工作面向上,然后将另一块1 5 0mm一等标准平面平晶工作面向下放置其上。同时在两块标准平面平晶工作面之间均匀放入三片尖角薄纸垫(以最薄的电容纸为佳),以便调整干涉条纹粗细。开启仪器电源预热1 0m i n,使钠光灯发光稳定。在仪器目镜视场中可清晰看到等厚干涉条纹,通过调整纸垫使目镜视场中形成(35)条干涉条纹。用测微目镜测出干涉条纹间距a值和干涉条纹弯曲量b值,b值除以a值乘以钠光灯的半波长,再减去两块标准平面平晶平面度之和,即为仪器的示值误差F。B.2 测量模型以两块1 5 0mm一等标准平面平晶测量仪器的示值误差。设两块标准平面平晶平面度之和为F0(即第一块标准平面平晶平面度F0 1与第二块标准平面平晶平面度F0 2之和),则仪器示值误差F:F=(b/2a)-(D1/D2)F0(B.1)式中:钠光灯波长,为0.5 8 93m;a 干涉条纹间距,格值;b 干涉条纹弯曲量,格值;F0或(F0 1+F0 2)两块标准平面平晶平面度之和,m;D1、D2 分别为两块标准平面平晶的直径,mm。B.3 不确定度来源和传播公式B.3.1 不确定度来源不确定度来源主要为干涉条纹间距a值的测量不确定度u(a)、干涉条纹弯曲量b值的测量确定度u(b)、标准平面平晶测量不确定度u(F0)和标准平面平晶直径方向的平面度差值估算的u(F0)组成,各不确定度均不相关。B.3.2 传播公式u2c(y)=f/xi2u2(xi)(B.2)u2c=u2(F)=c2(a)u2(a)+c2(b)u2(b)+c2(F0)u2(F0)+c2(F0)u2(F0)c(a)=-(b/a2)(/2)c(b)=(1/a)(/2)c(F0)=-(D1/D2)=-1c(F0)=1通常a=1 0 0格,b=1 0格,c(F0)=-1。其中:c(a)=-(b/a2)(/2)=-0.0 0 02 9 5m/格c(b)=(1/a)(/2)=0.0 0 29 5m/格7J J F1 1 0 02 0 1 6市场监管总局市场监管总局B.4 输入量的标准不确定度评定B.4.1 干涉条纹间距a值的测量不确定度u(a)干涉条纹a值的测量误差不超过1格,该值以等概率落在半宽0.5格内,则:u(a)=(0.5格/3)=0.2 9格估计其相对不确定度为1/6,则:1=(1/2)(1/6)-2=1 8B.4.2 干涉条纹弯曲量b值的测量确定度u(b)干涉条纹弯曲量b值的不确定度u(b)主要由测微目镜的示值误差和测量重复性组成,两项综合影响估计最大不超过0.5格。该值以等概率落在半宽0.5格区间内,估计u(b)的相对不确定度为1/4,则:u(b)=(0.5格/3)=0.2 9格2=(1/2)(1/4)-2=8B.4.3 标准平面平晶不确定度u(F0)以1 5 0mm一等标准平面平晶不确定度最大值为0.0 1 0m,则:u(F0)=0.0 1 0m/3=0.0 0 33m3=B.4.4 标准平面平晶各直径方向平面度的差异不确定度u(F0)使用1 5 0mm标准平面平晶的平面度各直径方向差值,以实际2/3直径测量点的平面度计算,最大值为0.0 0 3m。该分量为均匀分布,c(F0)=1,则:u(F0)=(0.0 0 3m/3)(1 0 0/1 5 0)2=0.0 0 07 7m该分量有较高置信概率。估计u(F0)的相对不确定度为1/1 0,则:4=(1/2)(1/1 0)-2=5 0B.4.5 标准不确定度见表B.1(1 5 0mm时)。表B.1 标准不确定度表(1 5 0mm时)不确定度来源输入量标准不确定度u(xi)符号数值ci=fxi输入量标准不确定度分量|ci|u(xi)自由度条纹间距的测量不确定度u(a)0.2 9格-0.0 0 02 9 5m/格0.0 0 00 8 6m1 8条纹弯曲量测量不确定度u(b)0.2 9格0.0 0 29 5m/格0.0 0 08 6m8标准平面平晶不确定度u(F0)0.0 0 33m-10.0 0 33m标准平面平晶各直径方向的平面度差值不确定度u(F0)0.0 0 07 7m10.0 0 07 7m5 0uc=0.0 0 35m8J J F1 1 0 02 0 1 6市场监管总局市场监管总局B.5 合成标准不确定度(1 5 0mm时)u2c=u2(F)=c2(a)u2(a)+c2(b)u2(b)+c2(F0)u2(F0)+c2(F0)u2(F0)=(0.0 0 02 9 50.2 9)2+(0.0 0 29 50.2 9)2+(10.0 0 33)2+(10.0 0 07 7)2=1.2 21 0-5m2 uc0.0 0 35mB.6 有效自由度(1 5 0mm时)e f f=(0.0 0 35)4/(0.0 0 02 9 50.2 9)4/1 8+(0.0 0 29 50.2 9)4/8+(10.0 0 33)4/+(10.0 0 07 7)4/5 0查表得:t9 5()=1.9 6B.7 扩展不确定度(1 5 0mm时)U9 5=k9 5uc=t9 5()uc=1.9 60.0 0 35m0.0 0 7mJ J F1 1 0 02 0 1 6市场监管总局市场监管总局J J F1 1 0 02 0 1 6附录C校准证书内页信息及格式C.1 校准证书至少包括以下信息:a)标题“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校对象有效的声明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。C.2 推荐的校准证书内页信息及格式见表C.1。表C.1 校准证书内页信息及格式校准环境条件温 度:相对湿度:%地 点:其 他:序号校准项目测量值/m校准不确定度/m1仪器的示值误差 校准员:核验员:市场监管总局市场监管总局