接觸（觸針）式表面輪廓測(cè)量?jī)x廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、精密制造等領(lǐng)域，用于測(cè)量零件的輪廓尺寸、曲率半徑、直線度等參數(shù)。本文旨在比較《JJF（閩）1043—2011〈接觸（觸針）式表面輪廓測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)規(guī)范〉》《JJF（冀）3012—2021〈觸針式表面輪廓測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)規(guī)范〉》這兩種校準(zhǔn)方法的差異，Flexfilm臺(tái)階儀可以驗(yàn)證其有效性，為儀器校準(zhǔn)提供技術(shù)參考。

輪廓儀的基本原理及觸針與待測(cè)表面的相互作用關(guān)系

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校準(zhǔn)方法差異

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共同校準(zhǔn)參數(shù)兩種方法均校準(zhǔn)輪廓儀的固有參數(shù)：靜態(tài)測(cè)量力、垂直分量（Z軸）示值誤差及水平分量（X軸）示值誤差。這些參數(shù)是儀器信號(hào)處理的基礎(chǔ)，直接影響后續(xù)計(jì)算的準(zhǔn)確性。差異化校準(zhǔn)項(xiàng)目 JJF（閩）1043—2011：在固有參數(shù)基礎(chǔ)上，額外校準(zhǔn)軟件系統(tǒng)的直線度、弧度、角度等參數(shù)，系統(tǒng)反映儀器特性。 JJF（冀）3012—2021：采用量塊和平晶作為標(biāo)準(zhǔn)，利用其研合性校準(zhǔn)軟件系統(tǒng)的階梯參數(shù)，簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)操作流程。由于輪廓儀軟件系統(tǒng)的直線度、弧度、角度、階梯等參數(shù)都是依據(jù)Z軸分量和X軸分量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析計(jì)算而來(lái)。因此，只要確保Z軸和X軸分量的示值準(zhǔn)確，則輪廓儀其他參數(shù)示值也就準(zhǔn)確。

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標(biāo)準(zhǔn)器具選擇

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• 靜態(tài)力測(cè)量：均使用分辨率0.01 g的電子天平。
• Z軸校準(zhǔn)：JJF（閩）1043—2011用4等量塊，JJF（冀）3012—2021用3等量塊+2級(jí)平晶。
• X軸校準(zhǔn)：均采用激光干涉儀。
• 其他參數(shù)：JJF（閩）1043—2011用標(biāo)準(zhǔn)球/半球校準(zhǔn)半徑，JJF（冀）3012—2021用3等量塊和平晶校準(zhǔn)臺(tái)階高度。

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校準(zhǔn)方法分析

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Z軸示值誤差校準(zhǔn)：

• JJF（閩）1043—2011：將量塊依次研合于平晶，從大到小測(cè)量各點(diǎn)誤差，取最大值。
• JJF（冀）3012—2021：調(diào)整測(cè)針接觸平晶后放置量塊，重復(fù)抬放測(cè)針取平均值，計(jì)算誤差。

兩種方法均以平晶為基準(zhǔn)，確保Z軸精度符合要求。

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試驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)論

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對(duì)同一臺(tái)輪廓儀進(jìn)行校準(zhǔn)試驗(yàn)，結(jié)果顯示兩種方法的Z軸示值誤差均在允許范圍內(nèi)（最大誤差±1.3μm）。這表明： 兩種方法均能有效保證輪廓儀的測(cè)量準(zhǔn)確性； JJF（閩）1043—2011規(guī)范側(cè)重系統(tǒng)性參數(shù)校準(zhǔn)，JJF（冀）3012—2021規(guī)范則更注重便捷性； 只要確保Z軸和X軸分量準(zhǔn)確，其他參數(shù)（如直線度、階梯）的校準(zhǔn)可視為輔助驗(yàn)證。

Flexfilm探針式臺(tái)階儀

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在半導(dǎo)體、光伏、LED、MEMS器件、材料等領(lǐng)域，表面臺(tái)階高度、膜厚的準(zhǔn)確測(cè)量具有十分重要的價(jià)值，尤其是臺(tái)階高度是一個(gè)重要的參數(shù)，對(duì)各種薄膜臺(tái)階參數(shù)的精確、快速測(cè)定和控制，是保證材料質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的重要手段。

• 配備500W像素高分辨率彩色攝像機(jī)
• 亞埃級(jí)分辨率，臺(tái)階高度重復(fù)性1nm
• 360°旋轉(zhuǎn)θ平臺(tái)結(jié)合Z軸升降平臺(tái)
• 超微力恒力傳感器保證無(wú)接觸損傷精準(zhǔn)測(cè)量

Flexfilm臺(tái)階儀的亞埃級(jí)分辨率和1nm重復(fù)性精度可以為驗(yàn)證該校準(zhǔn)項(xiàng)的可靠性提供超精密測(cè)量基準(zhǔn)，尤其適用于半導(dǎo)體/MEMS等微納尺度臺(tái)階的測(cè)量。

原文參考：《接觸（觸針）式表面輪廓測(cè)量?jī)x兩種校準(zhǔn)方法的比較分析》

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