1、黑龙江省地方计量技术规范JJF（黑）022014共焦显微镜(几何参量)校准规范Calibration Specification for Confocal Microscope（Geometry Parameter）2014-08-12 发布 2014-09-01 实施JJF（黑）02-2014黑 龙 江 省 质 量 技 术 监 督 局 发 布JJF（黑）02-2014JJF（黑）02-2014共焦显微镜（几何参量）校准规范Calibration Specification for Confocal Microscope (GeometryParameter) 本规范经黑龙江省质量技术监督局于
2、 2014 年 08 月 11 日批准，并自2014 年 09 月 01 日起施行。归 口 单 位：黑龙江省质量技术监督局主要起草单位：哈尔滨工业大学黑龙江省计量检定测试院本规程由黑龙江省质量技术监督局负责解释JJF（黑）02-2014本规范主要起草人：谭久彬 (哈尔滨工业大学)王伟波 (哈尔滨工业大学)刘 俭 (哈尔滨工业大学)王宇航 (哈尔滨工业大学) 李旭辉 (黑龙江省计量检定测试院)JJF（黑）02-2014目 录引 言 .11 范围 .22 引用文件 .23 术语和定义 .24 概述 .25 计量特性 .36 校准条件 .36.1 环境条件 .37 校准项目和校准方法 .47.1 校
3、准项目 .47.2 X、Y 轴微动测量示值允许误差 .47.3 Z 轴微动测量示值允许误差 .57.4 X、Y 轴微动测量重复性 .67.5 Z 轴微动测量重复性 .67.6 X、Y、Z 轴拼接机构单向定位偏差 .67.7 X、Y 轴拼接机构直线度 .77.8 Z 轴拼接机构直线度 .88 校准结果表达 .99 复校时间间隔 .9附录 A 共焦显微镜（几何参量）Z 轴微动测 量示值允许误差的不确定度评定 .10附录 B 校准证书内容及内页格式 .13JJF（黑）02-2014- 1引 言本规范经查询未见“共焦显微镜（几何参量） ”的国际建议、国际标准或国家标准，本规范的主要性能指标参考黑龙江省
4、地方标准“DB 23/ T15312013 移相差动共焦显微镜技术要求” 。本规范为首次制定文件。JJF（黑）02-2014- 2共焦显微镜（几何参量）校准规范1 范围 本规范适用于基于共焦显微原理进行被测样品三维几何参量测量的共焦显微镜（几何参量）的校准。该类仪器由负责三维测量功能的共焦显微测量模块和负责拼接功能的高精度三维载物台组成，其中共焦显微测量模块 X、Y 和 Z 轴的测量范围均在 100m1000m 之间；高精度三维载物台 X、Y 和 Z 轴的拼接范围均在1mm20mm 之间。2 引用文件本规范引用下列文件JJF 10942002 测量仪器特性评定JJF 10712010 国家计量
5、校准规范编写规则JJF 10012011 通用计量术语及定义JJF 12512010 坐标定位测量系统校准规范JJF1059.1-2012 测量不确定度评定与表示GB/T11336-2004 直线度误差检测GB/T 19067.1-2003 产品几何量技术规范（GPS）表面结构轮廓法测量标准 第 1 部分：实物测量标准GB/T 1958-2004 产品几何量技术规范(GPS)形状和位置公差检测规定凡是注明日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修订单）适用于本规范。3 术语和定义共焦显微镜 confocal microscopy一种利用逐点照明和
6、空间针孔调制来去除样品非焦点平面的散射光的光学成像显微镜。4 概述共焦显微镜（几何参量）通过在光学系统照明端和探测端面处引入针孔，有效抑制了杂散光的影响，获得了独特的轴向层析能力，实现了较高的轴向分辨力，结合水平方向高精度扫描实现了对被测样品的三维形貌测量。其测量过程分为共焦显微测量模块微动扫描测量和高精度三维载物台进行拼接区域移动两个步骤，其中共焦显微测量模块微动扫描测量是核心部分。首先进行微动扫描测量，通过 X、Y、Z 轴的微动机构完成显微物镜焦点在样品表面三维空间的JJF（黑）02-2014- 3扫描过程，得到样品在该三维空间大小范围内的几何参量数据。其中 X、Y 和 Z 轴测量范围均在
7、 100m1000m 之间。其次高精度三维载物台进行拼接区域移动，将第一步中共焦显微测量模块完成测量区域移动，并将邻近区域移入，进行拼接测量，该类高精度三维载物台 X、Y 和 Z 轴的拼接范围均在 1mm20mm 之间。其硬件组成结构包括：共焦显微测量模块微动扫描测量系统、高精度三维载物台拼接测量系统、基座及计算机系统组成。共焦显微镜结构示意图如图 1 所示。高精度三维载物台拼接测量系统基座共焦显微测量模块微观扫描测量系统图 1 共焦显微镜结构示意图5 计量特性计量特性名称及要求见表 1。表 1 计量特性名称及要求序号 计量特性名称 要求1 X、Y 轴微动测量示值允许误差 0.12 Z 轴微动
8、测量示值允许误差 0.04m3 X、Y 轴微动测量重复性 0.05m4 Z 轴微动测量重复性 0.02m5 X、Y、Z 轴拼接机构单向定位偏差 0.2m6 X、Y、Z 轴拼接机构直线度 0.05m/10mm6 校准条件6.1 环境条件6.1.1 实验室温度、湿度和平衡温度时间的要求见表 2。JJF（黑）02-2014- 4表 2 环境条件校准室内温度 ()室 温 变 化 (/h)相 对 湿 度（%）被校准仪器在室内平衡温度的时间(h)202 2 3065 46.1.2 电源电压的波动不应超过额定值的10%，实验室内应避开强交变电磁场或近距离的交变磁场（如电机、电焊机等）的干扰。6.1.3 校准
9、系统应放置于隔振地基上。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目校准项目和标准器见表 3。表 3校准项目和标准器标准器及技术要求序号 校准项目标准器 技术要求1 X、Y 轴微动测量示值允许误差 标准光栅样板 MPE：5nm2 Z 轴微动测量示值允许误差 标准台阶样板 MPE：1nm3 X、 Y 轴微动测量重复性 标准光栅样板 MPE：5nm4 Z 轴微动测量重复性 标准台阶样板 MPE：1nm5 X、Y、 Z 轴拼接机构单向定位偏差 双频激光干涉仪MPE：（0.03+1.5 L）m6 X、 Y 轴拼接机构直线度位移传感器平晶 30双频激光干涉仪MPE：5nm1 级MPE：（0.03+1.5 L）
10、m7 Z 轴拼接机构直线度平晶双频激光干涉仪1 级MPE：（0.03+1.5 L）m7.2 X、Y 轴微动测量示值允许误差7.2.1 X 轴微动测量示值允许误差采用标准光栅样板进行 X 轴微动测量示值允许误差的校准。测量时通常在标准光栅样板上选取大于 10 个周期范围的区域进行校准，同时应兼顾所选取范围不小于采用最大放大倍率显微物镜时其物方视场范围的 1/3。记录标准光栅样板被测区域每JJF（黑）02-2014- 5个周期的测量结果 ，其中 i 表示不同位置光栅周期序号（ i10） 。校准报告记录标iT准光栅的周期为 。s则 X 轴微动测量示值允许误差 应如下计算：（1）snii=1T-7.2
11、.2 Y 轴微动测量示值允许误差Y 轴微动测量示值允许误差校准方法参考 7.2.1 条的方法。7.3 Z 轴微动测量示值允许误差采用标准台阶进行共焦显微镜（几何参量）Z 轴微动测量示值允许误差的校准。如图 2 所示，以标准台阶 A、B、C 三个区域作为测量计算区域，其中 W 代表台阶宽度，h 为台阶高度或者深度，W s 代表 A、C 的计算测量区域宽度，W d 代表边缘宽度，W m 代表 B 段计算测量区域宽度。WsCAWs Wd WdWWmBhh图 2 台阶高度测量原理示意图台阶高度为： （2）nniim=11i1+ChB-式中：h 台阶高度仪器测量值Ai区域 A 中 Z 轴位移测量值Bi区域 A 中 Z 轴位移测量值Ci区域 A 中 Z 轴位移测量值m区域 B 测量点数n区域 A、C 测量点数由上所述可计算 Z 轴微动测量示值允许误差：
