ISO 25178-700：面形貌测量仪器的校准、调整和验证

1. 面形貌仪器的校准框架

ISO 25178-700:2022 规定了适用于所有面形貌测量仪器的通用校准、调整和验证程序。该标准弥合了 ISO 25178-600 中定义的计量特性与实际使用可追溯到米的标准物质进行校准的程序之间的差距。在GPS概念中，工件的设计值和公差与测量结果及其相关不确定度进行比较，因此仪器校准对于可靠的产品几何技术规范和验证至关重要。默认程序确保通过国家计量院或合格实验室实现到米的可追溯性。

该标准定义了三种不同的活动。校准使用可追溯到米的标准物质确定计量特性值。调整是修改仪器使其特性符合规范。验证是确认满足规定要求，可选择在调整后进行。这三项活动构成了表面形貌测量的综合质量保证框架。计量特性的校准使得能够验证仪器规格，并比较可能使用不同测量原理的不同制造商的系统。测量不确定度的完整评估可能包括仪器校准以外的其他因素，如操作者变异性、变化的环境影响以及样品上的热应力和机械应力。

2. 详细校准程序

测量噪声的默认方法是减法法：在相同条件下测量同一位置两次，减去两个形貌图，计算差值形貌图的均方根高度Sq除以2的平方根。这种方法通过抵消实际表面形貌来隔离随机噪声分量。对于稳定的噪声估计，建议至少三次重复测量，平均法可提供改进的统计置信度。该标准仔细区分了仪器噪声（理想条件下的最小噪声）和测量噪声（实际工作条件下的噪声，包括环境贡献）。用于噪声估计的标准物质是光滑平面，如光学平晶，其本身无需为此目的进行校准。

平面度偏差校准使用光学平晶（AFL型）作为参考表面。去除最小二乘平面后评估在光学平晶上测量的形貌，以Sz参数（峰谷值）作为评定指标。通过在光学平晶上的多个横向位置测量并取平均来改进估计，这有助于区分仪器平面度与光学平晶本身的缺陷。对于z轴放大，推荐使用具有校准沟槽深度的PGR型标准物质。这些是具有认证深度值的矩形或梯形沟槽轮廓，可追溯到国家标准。在仪器整个范围内的多个z位置进行测量，可以同时校准放大系数和线性偏差，提供z轴计量性能的综合评估。

3. 高级特性与实际考量

形貌空间分辨率（WR）由于其多维性质而缺乏单一的默认校准方法。该标准推荐了几种互补方法。ITF（仪器传递函数）测量使用啁啾或星形沟槽标准物质（ASG型）来表征仪器响应作为空间频率的函数。横向周期极限（DLIM）从ITF曲线的50%传输点确定，代表仪器能够忠实再现的最小空间周期。对于光学仪器，该标准允许在适当时使用瑞利、斯派罗或阿贝分辨率准则作为横向分辨率参数。

形貌保真度（TFI）作为综合特性，捕获在其他六个特性被校准后所有剩余的测量误差。它包括斜率相关效应、边缘响应特性和其他单独特性未捕获的材料特性影响。小尺度保真度极限（TFIL）量化了可以在规定偏差下测量的最小横向特征，通常为10%。仪器z轴相对于x-y参考表面的垂直度也被涉及，因为它影响垂直特征的准确测量。对于实际校准策略，工程师应首先表征测量噪声，然后使用光学平晶校准平面度偏差，用认证的台阶高度标准确定z轴放大和线性度，使用交叉网格校准x-y映射，最后针对特定应用评估形貌保真度。所有测量条件包括温度、湿度、扫描速度和滤波器设置都应记录。

4. 常见问题