JJG 661-2004（代替JJG 661-1990） 平面等倾干涉仪检定规程.pdf

中华人民共和国国家计量检定规程 J J G 6 6 1-2 0 0 4平 面 等 倾 干 涉 仪F l a t n e s s I n t e r f e r o me t e r w i t h I s o c l i n i c C i r c l e F r i n g e2 0 0 4一 0 9 一 2 1 发布2 0 0 5 一0 3 一2 1 实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局发布J J G 6 6 1-2 0 0 4飞.。户，.平面等倾干涉仪检定规程 ;J J G 6 6 1-2 0 0 4 V e r i f i c a t i o n R e g u l a t i o n o f F l a t n e s sI n t e r f e r o me t e r w i t h I s o c l i n i c C i r c l e F r i n g e 代 替 J J G 6 6 1-1 9 9 0、.，二，_，_ _.o.，.o.，.o.，.o.o.。护 本规程经 国家质量监督检验检疫总局于 2 0 0 4 年 0 9 月 2 1日批准，并 自2 0 0 5 年 0 3 月 2 1日 施行。归 口 单 位:全国几何量工程参量计量技术委员会起 草 单 位:中国测试技术研究院本规程委托全国几何量工程参量计量技术委员会负责解释J d G 6 6 1-2 0 0 4本规程起草人:冉庆(中国测试技术研究院)陈永康(中国测试技术研究院)张成梯(中国测试技术研究院)曹箭 中国测试技术研究院)J J G 6 6 1-2 0 0 4目录1 范围 (1)2 引用文献 (1)3 概述 (1)4 计量性能要求 。(1)4.1 测微目镜的示值误差极差及回程误差 (1)4.2 工作台移动的直线度 。(2)4.3 工作台移动的示值误差及回程误差 (2)4.4 钢球支架的工作性能 (2)4.5 标准干涉环直径测量的标准偏差 (2)4.6 干涉环小数干涉级测量的重复性 (2)5 通用技术要求 (3)5.1 外观 (3)5.2 各部分相互作用 。(3)6 计量器具控制 。(3)6.1 检定条件.(3)6.2 检定项目 (4)6.3 检定方法 (4)6.4 检 定 结果 的 处 理.(6)附录 A 等倾干涉仪测量平面度测量结果的不确定度评定 (7)附录 B 检定证书和检定结果通知书内页格式 (1 0)J J G 6 6 1-2 0 0 4平面等倾干涉仪检定规程范围本规程适用于平面等倾干涉仪的首次检定、后续检定和使用中的检验。2引用文献J J F 1 0 0 1-1 9 9 8 通用计量术语及定义J J F 1 0 5 9-1 9 9 9 测量不确定度评定与表示J J F 1 0 9 4-2 0 0 2 测量仪器特性评定使用本规程时，应注意使用上述引用文献的现行有效版本。3 概述 平面等倾干涉仪是一种用于平面量值传递的标准计量器具，主要用于检定尺寸较大的平晶、各种尺寸的长平晶和标准平尺等的平面度。仪器工作原理如图 1 所示。图 1 工作原理图1 一平晶;z-球支承;3 一平晶;4-(半)反射镜;5-侧微鼓轮;6 一观察者;7 一目镜组;8 一分划板;9 一成像物镜;1 11-(半)反光镜;1 1 一聚光物镜;1 2 一光阑:1 3 一钠灯4计f性 能要求4.1 测微 目镜的示值误差极差及回程误差 不大于表 1 的规定。J J G 6 6 1-2 0 0 4表 1 测微 目镜 示值 误差极差及 回程误差检定类别首次检定后续检定任意 l m m内的示值误差全程 8 mm内的示值误差回程误差0.0 0 5 mm0.0 1 0.m0.0 0 5 m m4.2 工作台移动的 直线度4.2.1 在水平面内直线度在任意 3 0 0 m m内应不超过 0.0 2 m m;使用中和修理后的允许达到 0.0 4 m m o4.2.2 工作台移动时的扭摆及旋转时的摆动在目镜 内观察，干涉环中心不得有目力可见的偏 移。4.3 工作台移动的示值误差及回程误差 不超过表 2 的规定。表 2工作 台移动的示值误差及 回程误差4.4 钢球支架的工作性能 每个形成平行空气层的支架在放上相应的平晶或长平晶时，在目 镜视场内 应有清晰的千涉环图像。当移动工作台时，从一端至另一端，其干涉环直径变化应不超过 1 个干涉级数。对于平晶支承架，至少应有一个直径方向满足上述要求，在另外两个直径方向允许达到 5 个干涉级数。对于长平晶支架，用转台回转时，其干涉直径变化应不超过 0.5 个干涉级数。4.5 标准干涉环直径测量的标准偏差 仪器应对每种支承间隙的支承架给出标准干涉环直径的值，其三倍标准偏差应不超过O.O l m m o4.6 干涉环小数干涉级测量的重复性 根据干涉直径测量的结果按式(1)求出其干涉级数。I D,1 zO K;=l D)干 N;(1)式中:A K;-i 点的 干涉级数;D,i 点所测干涉环直径飞 2J J G 6 6 1-2 0 0 4D o 标准干涉环直径，当干涉环级数为整数时最里环的直径;N:-i 点被测千涉环的级序，在0级环内为正，在 0 级环外为负。干涉环测量的重复性应小于0.0 2 5个干涉级数。5 通用技术要求5.1 外观5.1.1 仪器工作面不应有划痕、碰伤、斑点、锈蚀。非工作面不应有毛刺、脱漆或镀层脱落等外观缺陷。5.1.2 仪器上应有制造厂名或厂标、出 厂编号及应】标志。5.1.3 后续检定的仪器允许有不影响测量准确度的外观缺陷。5.2 各部分相互作用5.2.1 测微 目 镜的鼓轮转动应平稳，无卡住和擦碰现象，其移动范围应不小于 8 m m o5.2.2 目镜调焦时应平稳可靠，其视场内的干涉环数应不少于 3 个整环(包括透射照明在内)，且应无其他杂乱干涉花样，不得有影响测量的灰尘、污物及霉点等。5.2.3 通过目 镜应容易地看清楚分划板上的十字刻线，当移动分划板时，其十字刻线的清晰程度不得有目力可见的变化，十字刻线不得有明显的弯曲。5.2.45 0 0 mmo5.2.5工作台的纵向运动和回转运动应平稳，无卡住和爬行现象。纵向行程应大于手轮的刻度盘应能平稳地调节，且无卡住和松动现象。6计且器具控 制 包括首次检定、后续检定和使用中检验。6.1 检定条件6.1.1 放置平面等倾干涉仪的仪器室温应为(2 0 t 5)9 C o6.1.2 在检定 4.5,4.6 两项时，室温在 2 4 h 内的变化量应小于 1 c;在 1 h内的变化量应小于0.1 9 C.6.1.3 检定 1 5 0 m m平晶及 2 1 0 m m长平晶时，在室内放置时间应不少于 2 4 h 及 1 0 h，并在检定前将平晶及长平晶放在仪器箱内安装调整后等温 l h o6.1.4 检定用标准器及其他检定设备见表 3 0 表 3检定用标 准器及 其他检定设备检定 用设备测量范 围技术要求百分表(0一 5)m m 0级MP E:0.0 1 2 m m研磨 平尺3 0 0 mm平面度:0 M 0 4 m m平 晶0 1 5 0 或 2 1 0 m m长平晶一级标准玻璃刻尺(0 一 3 0 0)m m或(0 一5 0 0)m m示值误差:0.0 3 m m万能工具显微镜(0 一 2 0 0)m mM P E:(1+L 1 1 田)p m.1.1 G 6 6 1-2 0 0 46.2 检定项 目 平面等倾干涉仪首次检定、后续检定和使用中的检定项 目 列于表4 0 表 4检定项 目序号检定项 目主要检定设备首次检定后续检定使用中检验1外观十十+2各部分相互作用+3测微目镜的示值误差及回程误差工具显微镜十+4工作台移动的直线度研磨 平尺十5工作台移动的示值误差及回程误差标准玻璃刻尺+6钢球支承架的工作性能平晶或长平晶+7标准干涉环直径测量的标准偏差平晶或长平晶+8干涉环小数级测量的重复性平晶或长平晶十+十注:表中“+”表示应检项 目，“一”表示可不检项 目。6.3 检定方法6.3.1 外观 目力观察。6.3.2 各部分相互作用 观察和试验。6.3.3 测微目镜的示值误差及回程误差6.3.3.1 测微目镜的示值误差在万能工具显微镜上进行检定。先将测微 目镜从仪器上取下，旋下目镜头，然后安装在万能工具显微镜的玻璃台上。调整工作台使分划板上十字刻线的运动方向与万能工具显微镜工作台移动方向平行，然后将测微鼓轮对零，再移动万能工具显微镜的工作台，使十字刻线的中心与显微镜的 米字刻线中心重合，并在万能工具显微镜相应的读数机构读出零位读数。然后将测微鼓轮依次在 1,2,3,3.5,3.7 5,4,4.2 5,4.5,5,6,7,8 二 等点上，用米字刻线对准并读数。每个读数减去零位读数即为该点的实际值，测微鼓轮上的测得值与实际值之差即为该点的示值误差。所有各点应在同一行程方向进行检定。全程(8 m m)内或任意 I m m内的示值误差应以该范围内的最大误差与最小误差之差确定。其大小应不超过表 1 的规定。6.3.3.2 测微目镜的回程误差在示值误差检定后仍在万能工具显微镜上检定，只在测微鼓轮的两端和中间 3 个位置检定。在同一点上正、反两面个方向各转动测微鼓轮 5次，取 5 次读数平均值之差即为该点的回程误差。最大回程误差应不超过表 1 的规定。6.3.4 工 作台移动的 直线度 在工作台上放一尺寸 3 0 0 m m的研磨平尺，且与工作台运动方向平行，用磁性表架上的百分表与工作面接触，对好零位，工作台从一端移至另一端，在百分表读出最大示值与最小示值，最大示值与最小示值之差为直线度。在全行程范围内检定。上述检定结J.1 G 6 6 1-2 0 0 4果应不大于4.2 中的要求。工作台移动的扭摆和回转运动的摆动是通过目镜观察干涉环中心的位置变化来确定的，干涉环中心的位置不允许有 目力可见的变化。6.3.5 工作台移动的示值误差及回程误差6.3.5.1 将尺寸等于 5 0 0 m m的钢直尺或 3 0 0 m m的玻璃标尺放在工作台上，取下测微 目镜，接上接长管，调整测微 目 镜的位置，在视场内能清晰看到刻度尺上的刻线;调整刻度尺使其刻线末端连线与工作台运动方向平行;调整工作台位置和测微 目镜分划板，使刻度尺零刻线与目镜分划板上的十字线重合，再将手轮的 l O m m指示盘及 0.1 m m指示盘的零线都与指标线对准，然后每隔 5 0 m m用测微 目镜对准，从手轮上读数，读数值与实际值之差即为该点的示值误差。对于 3 0 0 m m的玻璃标尺在检完 3 0 0 m m后，可在 3 0 0 m m位置上把刻度尺移 3 0 0 m m，并使零刻线与分划板上的十字对准，依次再检2 0 0 m m o6.3.5.2 回程误差是在工作台的中间及距两边各 1 5 0 m m处的三个位置上进行检定。正反两个方向转动手轮，对准同一刻线时手轮上的读数差即为回程误差。6.3.6 钢球支承架的工作性能6.3.6.1 按检定平晶和长平晶的要求放置平晶或长平晶及其支架，分别移动和转动工作台，并观察干级数的变化。干涉环的清晰度不得有 目力可见的变化。6.3.7 标准干涉环直径测量的标准偏差 每一种钢球尺寸的支承架按6.3.6 条安装，在1 0 个不同干涉级数的情况下进行 D o的测量，并以1 0 次测量结果平均值力。作为它的直径。D。值的计算如下:在视场内测量离中心最近相邻两环的直径 D，和 D z，并按式(2)求 刀。值。D o=丫 D i 一 D i i (2)式中:D o 第 i 次 测出的干涉环直径;D 第 i 次测出的内圈干 涉环直径;D 2 第 i 次测出的外圈干涉环直径。D o=艺D o;/1 0式中:D o,1 0 次测量 D。的平均值。1 0次测量平均值 D。的标准偏差，按(4)计算:(3)式中:n 测量次数，此处 n二全(。、1 0万 o)z/n(n 一1)(a)标准偏差的3 倍应不超过 0.0 1 m m，否则应重测。6.3.8 干涉环小数干涉级测量的重复性 在上述安装情况下，对 3 种不同干涉级数进行测量，其干涉级应分别在 0.2 一 0.3,0.5-0.7 及 0.9-1.1 区间内，各重复测量 1 0 次，并按式(1)求出干涉级数。其标准偏差、由式(5)求得。J J G 6 6 1-2 0 0 4 。=丫 客(K i式中:K 第 i 次干涉级的 测量值;天)A n一1)(5)天 1 0 次干涉级的 平均值;n 测量次数，此处 n=1 0.在 3 组中求出的最大:的3 倍即为干涉环千涉级测量的重复性。6.4 检定结果的处理6.4.1 经检定符合本规程要求的平面等倾干涉仪发给检定证书;不符合要求的发给检定结果通知书，并注明不合格项 目。6.4.2 检定周期可根据使用的具体情况确定，一般不超过 2 年。J J G 6 6 1-2 0 0 4附录 A等倾千涉仪测且平面度测t结果的不确定度评定A.1 测量方法 标准平晶和长平晶的平面度是通过 4 件规格相同的平晶在平面等倾干涉仪上以4 面互检法测得。对标准平晶每块平晶应测量相互垂直的 2 个截面，每个截面测量 5 个点。对每个测量点由被测平晶两两组合测量获得 6 组数据。而每组数据都是先测得规定干涉环的直径 D;，通过标准干涉环直径 D o，计算级 K;=(从/Do)，再乘钠光灯半波长计算得 a,=(a/2)o a 为测量点两平晶 分界面至两平晶测量面之间的距离之和。A.2 数学模型 设4 块平晶各测量点分界面至测量面的距离分别为x,y,:，W O 4 块平晶 测量组合获得6个方程:x+y=a,x+z=a 2 x+w=a 3 y+z=a 4 y+w=a5 z+幼 二a 6 解方程得x=2(a,+a 2+a 3)一(a 4+a 5+a 6)/6(其余y,z,w同 样)对每块被测平晶测量面任一截面的直线度(平面度)，只要按上式计算出 5 个测量点 x 值，通过坐标转换就得到该截面各点的直线度。A.3 方差和灵敏系数 由x=2(a,+a 2+a 3)一(a 4+a 5+a 6)/6，可知a,a 2,a 3,a 4,a.,a。的不确定度是相同的，其影响方差分别为 u 2(。)二“，(a,)=u 2(a 2)=u 2(a 3)=u 2(a,)=u 2(a s)=“，(a,)由 方程u:(Y)乙 d f l d x i P u (x)可得u (x)=1 4 u (a)+u (a)+u (a)I+u (a)+u (a)+u 2(a)f/3 6 u(x)=0.6 5 u(a)由平面度测量计算方法分析，平面度的不确定度为各测量点不确定度的2 2 倍，故计算为 U,(X)=0.9 2 u(a)，c(x)二(5/6)1/2 u:=5/6 u 2(a)A.4 计算分量标准不确定度A.4.1 测量点位置引人的不确定度 u,A.4.1.1 纵向手轮示值误差 士 0.1 5 m m，估计其相对不确定度为 2 5%，即 ，!:=(1/2)x A u;(x;)/u,(x)一 2=(1/2)x 2 5/1 0 0 一 2=8A.4.1.2 上、下平晶对准测量点不确定度为 0.1 m m，估计其相对不确定度为5 0%，即 1/,.2=(1/2)x A u,(x,)/u;(x,)一 2=(1/2)x(5 0/1 0 0)一 =2A.4.1.3 纵向手轮回程误差 t 0.1 5 m m，估计其相对不确定度为2 5%，即 v,。二(1/2)x A u;(x;)/u;(x;)一 2=(1/2)x(2 5/1 0 0)一 x=8A.4.1.4 以上三合成:.I J G 6 6 1-2 0 0 4 。=(0.1 5 2+0.1 2+0.1 5 )1/2=0.0 5 5(m m 2)，即。1.0 0=0.2 3 5 m m ，=0.0 5 5 2/(0.1 5 0/8+0.1 /2+0.1 5 /8)二 1 7 。!。可 视为 半 宽 度 为0.2 3 5 m m 的 区 间以 等 概率 分 布，u,=0.2 3 5/3 2=0.1 3 6 m m 测量时空气层纵向平行度调至一个干涉级之内，考虑到平晶平面度影响最大斜率可按每5 0 m m 变化一个干涉级，则。，=(1/5 0)x(l/2)x u,.o u,=(1/5 0)x(0.5 8 9 3/2)x 0.1 3 6=0.0 0 0 8 0 K mA.4.2 工作台横向定位引人的不确定度 u 2 工作台横向直线度为 0.0 4 m m，估计其相对不确定度为 2 5%。分量在半宽为 0.0 4 m m的区间内以等概率分布，即 1/z=(1/2)x A u,(x,)/u(二。)一 2=(1/2)x(2 5/1 0 0)一 2=8 空气层在横向平行度为每 2 0 m m变化一个干涉级，即 u 2=(0.0 4/2 0)/(0.5 8 9 3/2)x 1/3 2=0.0 0 0 3 4 1i mA.4.3 标准干涉环直径 D。引人的不确定度 u 3 实验测量次数 n=1 0，:二 9 时，标准干涉环直径的不确定度d D。大约为0.0 1 m m,则 K=(刀/刀。);=2 D 2 x d D o/D o=2 x x d D o/D o 当D。二 4 m m,d D=O.O l m m,K=1,*=0.0 0 5 个干涉级别。u 3=(o,/3)x(0.5 8 9 3/2)=0.0 0 0 4 9 1i mA.4.4 干涉环数级测量引人的不确定度 u 4 实验测量得，干涉环小数级测量的重复性不大于0.0 2 5 个干涉级别，一般测量次数n 二 1 0，即，=9。则A.4.5 n 4=(0.0 2 5/3)x(0.5 8 9 3/2)=0.0 0 2 5 K m测量目 镜示值误差、回 程误差引 人的不确定度“，测微 目镜 示 值误 差 全 程 为 0.0 1 5 m m，回程 误 差 为 O.0 1 0 m m，两 项 合并 后 为0.0 1 8 m m，估计其相对不确定度为 2 5%.则:，、=(1/2)x 仁 。(二)/。(二 )一 =(1/2)x(2 5/1 0 0)一 2 二 8 测微 目 镜示值误差以灵敏系数。=1 直接传递为干涉环直径误差，该分量在半宽为0.0 1 8 m m的区间内以等概率分布，则 K=(D/D o)2 d K二 2 D 2 x d D/D 孟 二 2 K/2 x d D/D o 当 D o=4 m m,d D o=O.O l m m,=1,6 K=0.0 0 5 个干涉级别。u s=(0.5 8 9 3/2)x(d K/3 2)=0.0 0 1 5 2 1 L mA.4.6 自 重变形支承位置引 入的不确定度 u 6 对圆平晶，因支承位置成等边三角形均匀分布在 0.7 D上，自重变形可忽略不计，即/6 6=O a 8J J G 6 6 1-2 0 0 4 对长平晶，L=2 0 0 m m平晶支承位置变化的不确定度为 L=0.5 m m。自重变形 F=0.1 1 e m，即6=4 A F x A L/L=4 x O.l x(0.5/2 0 0)=0.0 0 1,.,0在半宽为0.0 0 1,m的区间以等概率分布，则 u 6=/3 1/2 二 0.0 0 1/3 2=0.0 0 0 5 8 1 i m 估计其相对不确定度为2 5%，即，。=(I/2)/(2 5/1 0 0)一 =8,A.4.7 环 境温度引人的 不确定度 a,在恒温箱内，一般圆平晶中心与外表的温度差为 0.0 5 C，它引起的变形误差一般不超过0.0 0 5 f L m;对长平晶，因其导热性比圆平晶好，误差可忽略。d T=0.0 5 T，估计其相对不确定度为4 0%，即，7 二(1/2)x(4 0/1 0 0)Z=3 按 均 匀分 布 计 算，u,=d T 1 3 1=0.0 0 5/3/2=0.0 0 2 9 1cm,A.5 合成标准不确定度 u 愁=。+。;+。;+。聋+u 2u 5+u 二+u 2u,=0.0 0 0 8 2+0.0 0 0 3 4 2+0.0 0 0 4 9 2+0.0 0 2 5 2+0.0 0 1 5 2 2+0.0 0 0 5 8 2+0.0 0 2 9 2 u(a)=0.0 0 4 3 1 L m u,=(5/6)1/2。(。)=(5/6)/2 x 0.0 0 4 3.=0.0 0 3 9 3 1 cmA.6 有效 自由度 ，。=0.0 0 4 3 4/(0.0 0 0 8 4/1 7+0.0 0 0 4 9 4/9+0.0 0 0 3 旷/8+0.0 0 2 5 4/9+0.0 0 1 5 2 /8 +0.0 0 0 5 8 4/8+0.0 0 2 9 0/3)、1 2查，。，(1 2)=2.1 8A.7 扩展不确定度 U=1,.,(1 2)x u=2.1 8 x 0.0 0 3 9 3=0.0 0 0 9(1 1 m)A.8 测量结果不确定度报告与表示 平面等倾干涉仪在(2 0 士 0.0 5)条件下测量平面度结果的扩展不确定度为 U 9 5=0.0 0 0 9 1 m k=2 扩展不确定度 U o;与最大允许误差之比不大于 1/3，检定方法可行。J J G 6 6 1-2 0 0 4附录 B检定证书和检定结果通知书内页格式B.1 检定证书内页格式检 定 结 果温度:相对湿度:%序号主要检定项 目检定结果1测微 目 镜的示值误差及回程误差2工作台移动的直线度3工作台移动的示值误差及回程误差4钢球支架的工作性能5标准干涉环直径的标准偏差6干涉环小数级侧量的重复性检定依据:J J G 6 6 1-2 0 0 4 平面等倾干涉仪B.2 检定结果通知书内页格式 具体要求同B.1，并指出不合格项 目。检定结果:应给出量化的值(不要简单给“不合格”三字)。