JJF 2382-2026 光谱共焦位移测量仪校准规范

　　中华人民共和国国家计量技术规范

JJF 2382—2026

光谱共焦位移测量仪

校准规范

Calibration Specification for Chromatic

Confocal Linear Instruments

2026‑04‑02 发布 2026‑10‑02 实施

国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布

光谱共焦位移测量仪

校准规范

Calibration Specification for Chromatic Confocal Linear Instruments

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JJF 2382—2026

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归 口 单 位： 全国几何量工程参量计量技术委员会

主要起草单位： 中国计量科学研究院

中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所

新疆维吾尔自治区计量测试研究院

参加起草单位： 河南省计量科学研究院

思显光电技术(上海) 有限公司厦门市计量检定测试院

本规范委托全国几何量工程参量计量技术委员会负责解释

本规范主要起草人：

朱小平(中国计量科学研究院)

李加福(中国计量科学研究院)

赵新丽(中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所)

赵宏亮(新疆维吾尔自治区计量测试研究院)

参加起草人：

黄玉珠(河南省计量科学研究院)

时博洋 [思显光电技术(上海) 有限公司]

郑伟峰(厦门市计量检定测试院)

引 言

JJF 1001—2011 《通用计量术语及定义》、 JJF 1071—2010 《国家计量校准规范编写规则》 和 JJF 1059. 1—2012 《测量不确定度评定与表示》 共同构成支撑本规范制定工作的基础性系列规范 。

本规范为首次发布 。

光谱共焦位移测量仪

校准规范

1 范围

本校准规范适用于量程为 0. 1 mm 至 60 mm 的光谱共焦位移测量仪的校准 。

2 引用文件

本规范引用下列文件：

JJF 1663 激光测微仪校准规范

GB/T 33523. 602 产 品 几 何 技 术 规 范 (GPS) 表 面 结 构 区 域 法 第 602 部 分 ：非接触(共聚焦色差探针) 式仪器的标称特性

凡是注日期的引用文件 ， 仅注日期的版本适用于本规范 ; 凡是不注日期的引用文件 ，其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本规范 。

3 概述

光谱共焦位移测量仪(以下简称测量仪) 是一种通过光学色散原理建立距离与波长的对应关系 ， 利用光谱仪解码光谱信息 ，从而获得位置信息的装置 ， 通常由光谱共焦传感器 、光谱仪及控制器 、数据处理电脑组成 。测量仪主要用于位移的测量 ， 在微电子 、半导体 、液晶平板等领域具有广泛的应用 。测量仪工作原理见图 1 ， 测量仪主要组成见图 2。

图 1 测量仪工作原理图

1—白光光源 ; 2—光阑 ; 3—分光镜 ;4—色散透镜;

5—被测物体 ; 6—光谱仪 ; 7—处理显示单元;

λmin—测量仪量程下限对应的光波长 ;λi—当前测量位置

对应的光波长 ;λmax—测量仪量程上限对应的光波长

图 2 测量仪组成示意图

4 计量特性

4. 1 测量重复性

4. 2 漂移

4. 3 示值误差

5 校准条件

5. 1 环境条件

a) 温度：(20±2) ℃ , 温度波动不超过 1 ℃/h。

b) 相对湿度： 不超过 75% 。

c) 周围无影响测量的振动 、光噪声 、气流扰动等干扰源 。

5. 2 测量标准及其他设备

测量仪校准用标准器及设备见表 1 。允许采用满足测量不确定度要求的其他测量标准器 。

表 1 校准项目及校准用标准器

6 校准项目和校准方法

6. 1 校准前准备

6. 1. 1 测量仪与校准用标准器的等温时间不少于 2 h ， 校准前应进行外观检查及开机试运行 ， 包括光纤 、探头 、控制及处理显示单元等功能 ， 按说明书要求开机预热 。在确保没有影响计量特性的因素后方可进行校准 。

6. 1. 2 利用专用夹具 ， 把测量仪安装固定在专用工作台上 。调整测量仪的位置和姿态 ， 使其测量光轴与测长装置(以激光干涉仪为示例) 的测量轴线符合阿贝原则 。安装固定测量仪的配合目标(可选用量块 、光学平面 、测长仪的不锈钢测头 ， 确保有足够的光强信号)， 通过调整位移台及配合目标的轴向位置 ， 使测量仪工作在有效行程内 。安装示意见图 3。

图 3 激光干涉仪作为校准用标准器安装示意图

1—测量仪 ; 2—专用夹具 ; 3—专用工作台 ;4—配合目标 ; 5—位移台 ; 6—测量镜 ; 7—干涉镜 ;8—激光干涉仪

6. 2 测量重复性

使测量仪工作在有效测量行程的中间位置 ， 重复遮挡测量仪传感器测量光 10 次并记 录 测 量 仪 读 数 ， 按 贝 塞 尔 公 式 计 算 实 验 标 准 偏 差 s ， 根 据 公 式 (1) 计 算 测 量 重 复性 r。

式中：

r ——测量重复性;

s ——标准偏差;

YFS——测量仪的标称满量程值 。

6. 3 漂移

移 动 配 合 目 标 使 测 量 仪 工 作 在 测 量 行 程 内 任 一 位 置 ， 保 持 相 对 位 置 固 定 ， 每 隔15 min 记录 1 次读数 ， 连续观测 5 次 ， 5 次读数的最大值与最小值的差值除以测量仪的标称满量程值的百分数作为仪器的漂移值 。

6. 4 示值误差

按 6. 1. 2 中方法进行安装和调整后 ， 在测量仪正反行程范围内分别均匀选取不少于 6 个点进行测量 。 引用误差以正反行程中各测量点测量仪读数 di 和干涉仪读数 Si 的差值与测量仪标称满量程值 YFS 的比值确定 ，按公式(2) 计算 。

式中：

δ i ——第 i个校准点测量仪引用误差;

di ——第 i个校准点测量仪的读数;

Si ——第 i个校准点干涉仪的读数;

YFS——测量仪的标称满量程值 。

取绝对值最大者作为仪器的示值误差 δFS 。也可采用满足测量不确定度要求的其他方法校准(如台阶法)。

7 校准结果的表达

校准后的测量仪 ， 出具校准证书 。校准证书内页格式见附录 B 。

8 复校时间间隔

光谱共焦位移测量仪复校时间间隔由用户根据实际使用情况决定 ， 建议不超过1年 。

附录 A

测量仪示值误差测量结果的不确定度评定示例

(激光干涉仪方法)

A. 1 测量方法

按 6. 4 规定的方法 ， 以激光干涉仪方法对分辨力 0. 01 μm、标称满量程 300 μm 的测量仪的示值误差校准结果不确定度为例进行分析评定 。

A. 2 测量模型

按测量仪的校准方法 ，各点的示值误差按公式(A. 1) 进行计算 。

(A.1)

式中：

δ i ——第 i个校准点测量仪引用误差;

di ——第 i个校准点测量仪的读数;

Si ——第 i个校准点干涉仪的读数;

YFS ——测量仪的标称满量程值(常数)。

A. 3 灵敏系数与合成标准不确定度

A. 3. 1 灵敏系数

令 u1 与 u2 分别表示 di 和 Si 的标准不确定度 ，对应的灵敏系数 ci：

A. 3. 2 合成标准不确定度

分析 u1 和 u2 相关性后 ，u1 和 u2 互不相关 ，则合成标准不确定度 uc 为：

u = u ( δi )= c ⋅ u + c ⋅ u (A.2)

A. 4 标准不确定度评定

A. 4. 1 测量仪读数引入的标准不确定度 u1

A. 4. 1. 1 测量重复性引入的不确定度分量 u11

测量仪的测量重复性引入的不确定度分量 ， 在重复性条件下 ， 可通过 10 次连续重复测量 ，按贝塞尔公式计算其实验标准偏差得到 。

A. 4. 1. 2 仪器分辨力引入的不确定度分量 u12

测量仪的分辨力为 0. 01 μm ， 以矩形分布 、半区间估计 ， 于是所引入的标准不确定度为：

A. 4. 1. 3 温度漂移引入的不确定度分量 u13

通过对测量仪正反行程方向的闭环测量并取平均值后 ，此项误差引入的不确定度分量很小可以忽略 。

A. 4. 1. 4 阿贝误差引入的不确定度分量 u14

测量仪安装时通过精细调整 ，其同轴性不超过 0. 5 mm ，测长装置测量轴角摆小范

围内按使用说明书其典型值为 2 ″ (≈ rad)， 此项误差引入的标准不确定度为：

u14 ≈ ≈ 0. 004 9 μm

比较测量重复性引入的不确定度分量 u11 和分辨力引入的不确定的度分量 u12 ， 两者相差 10倍 ，忽略 u12 ，取测量重复性分量 u11 参与计算 ，则标准不确定度为：

A. 4. 2 激光干涉仪读数引入的标准不确定度 u2

查询激光干涉仪使用说明书 ，其最大允许误差为±(0. 03 μm+0. 5×10-6L)， 以矩形分布估计 ， 于是引入的标准不确定度为：

A. 5 标准不确定度汇总表

标准不确定度汇总表见表 A. 1。

表 A. 1 标准不确定度汇总表

A. 6 合成标准不确定度

经分析 ，u1 和 u2 互不相关 ，则示值误差的合成标准不确定度为：

≈ 0. 000 11 = 0. 011%

A. 7 扩展不确定度

取包含因子 k=2 ，则仪器示值误差的扩展不确定度：

U ( δFS )= 2 ⋅ u c = 2 × 0. 011% = 0. 022%

不同测量范围和分辨力的光谱共焦位移测量仪 ， 示值误差校准结果不确定度评定方法类同 。

附录 B

校准证书内页格式

B . 1 校准证书应包括但不限于以下内容：标题： 校准证书;

实验室名称和地址;

进行校准的地点;

证书或报告编号 、页码及总页数;

送检单位的名称和地址;

被校准仪器名称;

被校准仪器的制造厂 、型号规格及编号;

校准所使用的计量标准名称及有效期;

本规范的名称 、编号和对本规范的任何偏离 、增加或减少的说明;校准时环境温度与湿度情况;

校准项目的校准结果及不确定度;

校准人签名 、核验人签名 、批准人签名;

校准证书签发日期;

复校时间间隔的建议;

未经校准实验室书面批准 ，不得部分或全部复制校准证书的声明 。

B . 2 推荐的校准证书内页格式见表 B . 1。

表 B. 1 校准证书内页格式

证书编号：

附录 C

典型测量仪主要技术参数

对于没有明确技术要求的 ， 可参考表 C . 1 技术参数进行符合性评价 。

表 C. 1 典型光谱共焦位移测量仪主要技术参数表