ISO 25178-603:2013
(Main)Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — Part 603: Nominal characteristics of non-contact (phase-shifting interferometric microscopy) instruments
Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — Part 603: Nominal characteristics of non-contact (phase-shifting interferometric microscopy) instruments
ISO 25178-603:2013 describes the metrological characteristics of phase-shifting interferometric (PSI) profile and areal surface texture measuring microscopes.
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Surfacique — Partie 603: Caractéristiques nominales des instruments sans contact (microscopes interférométriques à glissement de franges)
L'ISO 25178-603:2013 décrit les caractéristiques métrologiques des microscopes de mesure de profil et d'état de surface surfacique par interférométrie à glissement de franges (PSI).
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 25178-603
First edition
2013-10-01
Geometrical product specifications
(GPS) — Surface texture: Areal —
Part 603:
Nominal characteristics of non-contact
(phase-shifting interferometric
microscopy) instruments
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface:
Surfacique —
Partie 603: Caractéristiques nominales des instruments sans contact
(microscopes interférométriques à glissement de franges)
Reference number
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ISO 2013
© ISO 2013
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Terms and definitions . 1
2.1 Terms and definitions related to all areal surface texture measurement methods . 1
2.2 Terms and definitions related to x- and y-scanning systems . 8
2.3 Terms and definitions related to optical systems .10
2.4 Terms and definitions related to optical properties of the workpiece .12
2.5 Terms and definitions specific to phase-shifting interferometric microscopy .12
3 Descriptions of the influence quantities .13
3.1 General .13
3.2 Influence quantities .14
Annex A (informative) Components of a phase-shifting interferometric (PSI) microscope .16
Annex B (informative) Phase-shifting interferometric (PSI) microscope — Theory of operation .17
Annex C (informative) Errors and corrections for phase-shifting interferometric
(PSI) microscopes .22
Annex D (informative) Relation to the GPS matrix model .25
Bibliography .27
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2. www.iso.org/directives
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received. www.iso.org/patents
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical Barriers
to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 213, Dimensional and geometrical product
specifications and verification.
ISO 25178 consists of the following parts, under the general title Geometrical product specification (GPS)
— Surface texture: Areal:
— Part 1: Areal surface texture drawing indication
— Part 2: Terms, definitions and surface texture parameters
— Part 3: Specification operators
— Part 6: Classification of methods for measuring surface texture
— Part 70: Material measures
— Part 71: Software measurement standards
— Part 601: Nominal characteristics of contact (stylus) instruments
— Part 602: Nominal characteristics of non-contact (confocal chromatic probe) instruments
— Part 603: Nominal characteristics of non-contact (phase-shifting interferometric microscopy) instruments
— Part 604: Nominal characteristics of non-contact (coherence scanning interferometric microscopy)
instruments
— Part 605: Nominal characteristics of non-contact (point autofocus probe) instruments
— Part 606: Nominal characteristics of non-contact (focus variation microscopy) instruments
— Part 701: Calibration and measurement standards for contact (stylus) instruments
— Part 702 Calibration of non-contact (confocal chromatic probe) instruments
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— Part 703: Calibration and measurement standards for non-contact (interferometric) instruments
The following part is under preparation: Part 72: XML file format x3p
Introduction
This part of ISO 25178 is a Geometrical Product Specification standard and is to be regarded as a
general GPS standard (see ISO/TR 14638). It influences the chain link 5 of the chain of standards on
areal surface texture.
This part of ISO 25178 describes the metrological characteristics of phase-shifting interferometric (PSI)
profile and areal surface texture measuring microscopes, designed for the measurement of surface
topography maps. For more detailed information on the phase-shifting interferometry technique, see
Annex A and Annex B.
The ISO/GPS Masterplan given in ISO /TR 14638 gives an overview of the ISO/GPS system of which this
document is a part. The fundamental rules of ISO/GPS given in ISO 8015 apply to this document and
the default decision rules given in ISO 14253-1 apply to specifications made in accordance with this
document, unless otherwise indicated.
NOTE Portions of this document, particularly the informative clauses, may describe patented systems and
methods. This information is provided only to assist users in understanding the operating principles of phase-
shifting interferometry. This document is not intended to establish priority for any intellectual property, nor
does it imply a license to any proprietary technologies that may be described herein.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 25178-603:2013(E)
Geometrical product specifications (GPS) — Surface
texture: Areal —
Part 603:
Nominal characteristics of non-contact (phase-shifting
interferometric microscopy) instruments
1 Scope
This part of ISO 25178 describes the metrological characteristics of phase-shifting interferometric (PSI)
profile and areal surface texture measuring microscopes.
2 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
2.1 Terms and definitions related to all areal surface texture measurement methods
2.1.1
areal reference
component of the instrument that generates a reference surface with respect to which the surface
topography is measured
2.1.2
coordinate system of the instrument
right hand orthonormal system of axes (x, y, z) where
— (x, y) is the plane established by the areal reference of the instrument (note that there are optical
instruments that do not possess a physical areal guide);
— z-axis is mounted parallel to the optical axis and is perpendicular to the (x, y) plane for an optical
instrument; the z-axis is in the plane of the stylus trajectory and is perpendicular to the (x, y) plane for
a stylus instrument
Note 1 to entry: Normally, the x-axis is the tracing axis and the y-axis is the stepping axis. (This note is valid for
instruments that scan in the horizontal plane.)
Note 2 to entry: See also “specification coordinate system” [ISO 25178-2:2012, 3.1.2] and “measurement coordinate
system” [ISO 25178-6:2010, 3.1.1].
SEE: Figure 1.
Key
1 coordinate system of the instrument
2 measurement loop
Figure 1 — Coordinate system and measurement loop of the instrument
2.1.3
measurement loop
closed chain which comprises all components connecting the workpiece and the probe, e.g. the means of
positioning, the work holding fixture, the measuring stand, the drive unit, the probing system
Note 1 to entry: The measurement loop will be subjected to external and internal disturbances that influence the
measurement uncertainty.
SEE: Figure 1.
2.1.4
real surface of a workpiece
set of features which physically exist and separate the entire workpiece from the surrounding medium
Note 1 to entry: The real surface is a mathematical representation of the surface that is independent of the
measurement process.
Note 2 to entry: See also “mechanical surface” [ISO 25178-2:2012, 3.1.1.1 or ISO 14406:2010, 3.1.1] and
“electromagnetic surface” [ISO 25178-2:2012, 3.1.1.2 or ISO 14406:2010, 3.1.2].
Note 3 to entry: The electromagnetic surface considered for one type of optical instrument may be different from
the electromagnetic surface for other types of optical instruments.
2.1.5
surface probe
device that converts the surface height into a signal during measurement
Note 1 to entry: In earlier standards, this was termed “transducer”.
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2.1.6
measuring volume
range of the instrument stated in terms of the limits on all three coordinates measured by the instrument
Note 1 to entry: For areal surface texture measuring instruments, the measuring volume is defined by the
measuring range of the x- and y- drive units, and the measuring range of the z-probing system.
[SOURCE: ISO 25178-601:2010, 3.4.1]
2.1.7
response curve
F , F , F
x y z
graphical representation of the function that describes the relation between the actual quantity and the
measured quantity
Note 1 to entry: An actual quantity in x (respectively y or z) corresponds to a measured quantity x
M
(respectively y or z ).
M M
Note 2 to entry: The response curve can be used for adjustments and error corrections.
SEE: Figure 2
Key
1 response curve 3 measured quantities
2 assessment of the linearity deviation by polynomial 4 input quantities
approximation
Figure 2 — Example of a nonlinear response curve
[ISO 25178-601:2010, 3.4.2]
2.1.8
amplification coefficient
α , α , α
x y z
slope of the linear regression curve obtained from the response curve (2.1.7)
Note 1 to entry: There will be amplification coefficients applicable to the x, y and z quantities.
Note 2 to entry: The ideal response is a straight line with a slope equal to 1 which means that the values of the
measurand are equal to the values of the input quantities.
[1]
Note 3 to entry: See also “sensitivity of a measuring system” (ISO/IEC Guide 99:2007, 4.12) .
SEE: Figure 3
Key
1 measured quantities 4 linearization of the response curve of Figure 2
2 input quantities 5 line from which the amplification coefficient α is
derived
3 ideal response curve 6 local residual correction error before adjustment
Figure 3 — Example of the linearization of a response curve
[ISO 25178-601:2010, 3.4.3, modified — Note 3 to entry has been added.]
2.1.9
instrument noise
N
I
internal noise added to the output signal caused by the instrument if ideally placed in a noise-free environment
Note 1 to entry: Internal noise can be due to electronic noise, as e.g. amplifiers, or to optical noise, as e.g. stray light.
Note 2 to entry: This noise typically has high frequencies and it limits the ability of the instrument to detect small
scale spatial wavelengths of the surface texture.
Note 3 to entry: The S-filter according ISO 25178-3 may reduce this noise.
Note 4 to entry: For some instruments, i
...
NORME ISO
INTERNATIONALE25178-603
Première édition
2013-10-01
Spécification géométrique des produits
(GPS) — État de surface: Surfacique —
Partie 603:
Caractéristiques nominales
des instruments sans contact
(microscopes interférométriques à
glissement de franges)
Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal —
Part 603: Nominal characteristics of non-contact (phase-shifting
interferometric microscopy) instruments
Numéro de référence
©
ISO 2013
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l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .vi
1 Domaine d’application .1
2 Termes et définitions .1
2.1 Termes et définitions liés à toutes les méthodes de mesure de l’état de
surface surfacique . 1
2.2 Termes et définitions liés aux systèmes de balayage x et y . 8
2.3 Termes et définitions liés aux systèmes optiques .10
2.4 Termes et définitions liés aux propriétés optiques de la pièce .12
2.5 Termes et définitions spécifiques à la microscopie interférométrique à glissement
de franges .12
3 Descriptions des grandeurs d’influence .13
3.1 Généralités .13
3.2 Grandeurs d’influence.14
Annexe A (informative) Composants d’un microscope interférométrique à glissement de
franges (PSI) .16
Annexe B (informative) Principe de fonctionnement d’un microscope interférométrique à
glissement de franges (PSI) .17
Annexe C (informative) Erreurs et corrections des microscopes interférométriques à glissement
de franges (PSI) .22
Annexe D (informative) Relation avec la matrice GPS .25
Bibliographie .27
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/CEI, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/CEI, Partie 2, www.iso.
org/directives.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration
du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou sur la liste ISO des déclarations de brevets reçues,
www.iso.org/patents.
Les éventuelles appellations commerciales utilisées dans le présent document sont données pour
information à l’intention des utilisateurs et ne constituent pas une approbation ou une recommandation.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 213, Spécifications et vérification
dimensionnelles et géométriques des produits.
L’ISO 25178 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Spécification géométrique
des produits (GPS) — État de surface: Surfacique:
— Partie 1: Indication des états de surface
— Partie 2: Termes, définitions et paramètres d’états de surface
— Partie 3: Opérateurs de spécification
— Partie 6: Classification des méthodes de mesurage de l’état de surface
— Partie 70: Mesures matérialisées
— Partie 71: Étalons logiciels
— Partie 601: Caractéristiques nominales des instruments à contact (à palpeur)
— Partie 602: Caractéristiques nominales des instruments sans contact (à capteur confocal chromatique)
— Partie 603: Caractéristiques nominales des instruments sans contact (microscopes interférométriques
à glissement de franges)
— Partie 604: Caractéristiques nominales des instruments sans contact (à interférométrie par
balayage à cohérence)
— Partie 605: Caractéristiques nominales des instruments sans contact (à capteur autofocus à point)
— Partie 606: Caractéristiques nominales des instruments sans contact (à variation focale)
— Partie 701: Étalonnage et étalons de mesure pour les instruments à contact (à palpeur)
— Partie 702: Étalonnage et étalons de mesure pour les instruments sans contact (à capteur confocal
chromatique)
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— Partie 703: Étalonnage et étalons de mesures pour les instruments sans contact (microscopes
interférométriques à glissement de franges)
La partie suivante est en cours d’élaboration: Partie 72: Format de fichier XML x3p.
Introduction
La présente partie de l’ISO 25178 est une norme traitant de la spécification géométrique des produits et
doit être considérée comme une norme GPS générale (voir l’ISO/TR 14638). Elle influence le maillon 5 de
la chaîne de normes concernant l’état de surface surfacique.
La présente partie de l’ISO 25178 décrit les caractéristiques métrologiques des microscopes de mesure
de profil et d’état de surface surfacique par interférométrie à glissement de franges (PSI), conçus pour la
mesure des cartes topographiques des surfaces. Pour plus d’informations sur la technique par balayage
à cohérence, voir les Annexes A et B.
Le schéma directeur ISO/GPS de l’ISO/TR 14638 donne une vue d’ensemble du système ISO/GPS, dont le
présent document fait partie. Les principes fondamentaux du système ISO/GPS, donnés dans l’ISO 8015,
s’appliquent au présent document et les règles de décision par défaut, données dans l’ISO 14253-1,
s’appliquent aux spécifications faites conformément au présent document, sauf indication contraire.
NOTE Certaines parties du présent document, en particulier les articles informatifs, peuvent décrire des
systèmes et des méthodes brevetés. Ces informations ne sont fournies que dans le but d’aider les utilisateurs à
comprendre les principes de fonctionnement de l’interférométrie à glissement de franges. Le présent document
n’est ni destiné à privilégier un quelconque droit de propriété intellectuelle, ni ne concède de licence d’utilisation
de techniques brevetées susceptibles pouvant y être décrites.
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NORME INTERNATIONALE ISO 25178-603:2013(F)
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de
surface: Surfacique —
Partie 603:
Caractéristiques nominales des instruments sans contact
(microscopes interférométriques à glissement de franges)
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 25178 décrit les caractéristiques métrologiques des microscopes de mesure
de profil et d’état de surface surfacique par interférométrie à glissement de franges (PSI).
2 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
2.1 Termes et définitions liés à toutes les méthodes de mesure de l’état de surface sur-
facique
2.1.1
référence surfacique
composant de l’instrument générant la surface de référence par rapport à laquelle la topographie de
surface est mesurée
2.1.2
système de coordonnées de l’instrument
système d’axes (x, y, z) orthonormé de sens direct défini ainsi:
— (x, y) est le plan constitué par la référence surfacique de l’instrument (il est à noter qu’il y a des
instruments optiques qui ne possèdent pas de guide surfacique physique).
— l’axe z est monté en parallèle de l’axe optique et est perpendiculaire au plan (x, y) pour un instrument
optique; l’axe z est dans le plan de la trajectoire du stylet et perpendiculaire au plan (x, y) pour un
instrument à stylet.
Note 1 à l’article: Normalement, l’axe x est l’axe d’avance et l’axe y celui de déplacement entre chaque profil. (La
présente note est valable pour les instruments à balayage dans le plan horizontal.)
Note 2 à l’article: Voir aussi système de coordonnées des spécifications [ISO 25178-2:2012, 3.1.2] et système de
coordonnées du mesurage [ISO 25178-6:2010, 3.1.1].
VOIR: Figure 1.
Légende
1 système de coordonnées de l’instrument
2 boucle de mesure
Figure 1 — Système de coordonnées et boucle de mesure de l’instrument
2.1.3
boucle de mesure
chaîne fermée comprenant tous les composants connectant la pièce et le palpeur, par exemple le matériel
de positionnement, le dispositif de serrage de la pièce, la table de mesure, les unités d’avance et de
déplacement, le système de palpage
Note 1 à l’article: La boucle de mesure est soumise à des perturbations extérieures et intérieures qui influencent
l’incertitude de mesure.
VOIR: Figure 1.
2.1.4
surface réelle d’une pièce
ensemble des éléments qui existent physiquement et séparent la totalité de la pièce de son environnement
Note 1 à l’article: La surface réelle est une représentation mathématique de la surface qui est indépendante du
processus de mesurage.
Note 2 à l’article: Voir aussi surface mécanique [ISO 25178-2:2012, 3.1.1.1 ou ISO 14406:2010, 3.1.1] et surface
électromagnétique [ISO 25178-2:2012, 3.1.1.2 ou ISO 14406:2010, 3.1.2].
Note 3 à l’article: La surface réelle électromagnétique considérée pour un type d’instrument optique peut être
différente de la surface réelle électromagnétique pour d’autres types d’instruments optiques.
2.1.5
palpeur de surface
dispositif convertissant la hauteur de surface en un signal pendant le mesurage
Note 1 à l’article: Dans les normes antérieures, était appelé transducteur.
2 © ISO 2013 – Tous droits réservés
2.1.6
volume de mesure
étendue de l’instrument définie par les limites simultanées de toutes les coordonnées spatiales mesurées
par l’instrument
Note 1 à l’article: Pour les instruments mesurant l’état de surface surfacique, le volume de mesure est défini par
l’étendue de mesure de l’unité d’avance et de l’unité à déplacement transversal, et par l’étendue de mesure du
système de palpage.
[SOURCE: ISO 25178-601:2010, 3.4.1]
2.1.7
courbe de réponse
F , F , F
x y z
représentation graphique de la fonction décrivant la relation entre la grandeur réelle et la grandeur mesurée
Note 1 à l’article: Note 1 à l’article: Une grandeur réelle en x (respectivement y ou z) correspond à une grandeur
mesurée x (respectivement y ou z ).
M M M
Note 2 à l’article: La courbe de réponse peut être utilisée pour l’ajustage d’un système de mesure et la
correction des erreurs.
VOIR: Figure 2.
Légende
1 courbe de réponse
2 évaluation de l’écart de linéarité par approximation polynomiale
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.