接触式表面轮廓测量仪校准方法比较分析

接触（触针）式表面轮廓测量仪广泛应用于机械加工、精密制造等领域，用于测量零件的轮廓尺寸、曲率半径、直线度等参数。本文旨在比较《JJF（闽）1043—2011〈接触（触针）式表面轮廓测量仪校准规范〉》《JJF（冀）3012—2021〈触针式表面轮廓测量仪校准规范〉》这两种校准方法的差异，Flexfilm台阶仪可以验证其有效性，为仪器校准提供技术参考。

轮廓仪的基本原理及触针与待测表面的相互作用关系

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校准方法差异

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共同校准参数两种方法均校准轮廓仪的固有参数：静态测量力、垂直分量（Z轴）示值误差及水平分量（X轴）示值误差。这些参数是仪器信号处理的基础，直接影响后续计算的准确性。差异化校准项目 JJF（闽）1043—2011：在固有参数基础上，额外校准软件系统的直线度、弧度、角度等参数，系统反映仪器特性。 JJF（冀）3012—2021：采用量块和平晶作为标准，利用其研合性校准软件系统的阶梯参数，简化现场操作流程。由于轮廓仪软件系统的直线度、弧度、角度、阶梯等参数都是依据Z轴分量和X轴分量进行数据分析计算而来。因此，只要确保Z轴和X轴分量的示值准确，则轮廓仪其他参数示值也就准确。

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标准器具选择

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• 静态力测量：均使用分辨率0.01 g的电子天平。
• Z轴校准：JJF（闽）1043—2011用4等量块，JJF（冀）3012—2021用3等量块+2级平晶。
• X轴校准：均采用激光干涉仪。
• 其他参数：JJF（闽）1043—2011用标准球/半球校准半径，JJF（冀）3012—2021用3等量块和平晶校准台阶高度。

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校准方法分析

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Z轴示值误差校准：

• JJF（闽）1043—2011：将量块依次研合于平晶，从大到小测量各点误差，取最大值。
• JJF（冀）3012—2021：调整测针接触平晶后放置量块，重复抬放测针取平均值，计算误差。

两种方法均以平晶为基准，确保Z轴精度符合要求。

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试验验证与结论

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对同一台轮廓仪进行校准试验，结果显示两种方法的Z轴示值误差均在允许范围内（最大误差±1.3μm）。这表明： 两种方法均能有效保证轮廓仪的测量准确性； JJF（闽）1043—2011规范侧重系统性参数校准，JJF（冀）3012—2021规范则更注重便捷性； 只要确保Z轴和X轴分量准确，其他参数（如直线度、阶梯）的校准可视为辅助验证。

Flexfilm探针式台阶仪

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在半导体、光伏、LED、MEMS器件、材料等领域，表面台阶高度、膜厚的准确测量具有十分重要的价值，尤其是台阶高度是一个重要的参数，对各种薄膜台阶参数的精确、快速测定和控制，是保证材料质量、提高生产效率的重要手段。

• 配备500W像素高分辨率彩色摄像机
• 亚埃级分辨率，台阶高度重复性1nm
• 360°旋转θ平台结合Z轴升降平台
• 超微力恒力传感器保证无接触损伤精准测量

Flexfilm台阶仪的亚埃级分辨率和1nm重复性精度可以为验证该校准项的可靠性提供超精密测量基准，尤其适用于半导体/MEMS等微纳尺度台阶的测量。

原文参考：《接触（触针）式表面轮廓测量仪两种校准方法的比较分析》

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