区域表面结构测量仪器尺度标定方法研究

With the development of precision engineering, surface texture and its characteristics are turning into the dominant factors whether the product can achieve the design feature successfully. So the measurement and characterization of surface texture are becoming more and more important. The areal surface texture can reflect fully the 3D information of surface. The existing areal surface texture measurement instruments are based on different measurement principles which cause the same measured object with different or even obviously different measurement results, thus the comparison needs of science research and engineering practice are not satisfied. For the scale calibration of areal surface texture measurement instruments with different measurement principles and the function comparison between these instruments, this project intends to study the scale calibration methods of areal surface texture measurement instruments based on material measure sets. This method is based on a group of material measure sets with specially appointed structures to calibrate the multiple comprehensive indices of areal surface texture measurement instruments with different measurement principles, and then the comparison needs can be realized and satisfied. The study of this project is appropriate for the areal surface texture measurement instruments of these surface of micro-sensors,micro-electromechanical systems(MEMS), nano-electromechanical systems(NEMS),optical devices, precision and ultra-precision machine parts. Then it has a wide range of application prospects in precision and ultra-precision machining, semiconductor lithography and nano-engineering field.

随着精密工程的发展，表面结构及其特性已成为能否成功实现产品设计功能的主导因素，因而表面结构测量与表征越来越重要。区域表面结构能够更全面地反映表面的三维信息，但现有区域表面结构测量仪器基于不同的测量原理，导致测量对象相同而测量结果存在一定甚至明显的差异，难以满足科学研究和工程实践中的比对要求。为了实现不同测量原理的区域表面结构测量仪器尺度的标定，以及仪器之间性能的比对，本项目拟研究基于实物量具组件的区域表面结构测量仪器尺度标定方法。该方法基于一组具有特定结构的实物量具组件，对不同测量原理的区域表面结构测量仪器的多项综合指标进行标定，从而实现和满足比对要求。本项目的研究适用于微传感器、微机电系统（MEMS）、纳米电机系统（NEMS）、光学器件和精密、超精密机械零件等表面的区域表面结构测量仪器，在精密及超精密加工、半导体光刻和纳米工程等领域中，具有广泛的应用前景。

表面几何形状和结构显著影响着很多学科领域，如纯科学与应用科学、工程与生物工程等。产品的适用性由产品的表面化学、摩擦学、压力状态和几何结构共同确定，表面结构特征直接与产品功能相关。微纳米尺度的传感器、微机电系统（MEMS）、纳米电机系统（NEMS）、光学器件和结构表面等制造项目的出现，充分证明了表面结构在产品中所起的主导作用，这些产品非常依赖于超精密表面结构，因此表面结构的测量与评定变得越来越重要。. 针对区域表面结构的构造特性、区域表面结构测量仪器的适用范围和应用局限性以及相应的标定方法、区域表面结构测量仪器尺度标定实物量具组件、实物量具组件国际标准样件比对和区域表面结构测量仪器尺度标定等问题，项目提出了基于实物量具组件的区域表面结构测量仪器尺度标定方法，设计了具有特定结构的实物量具组件，对不同测量原理的典型区域表面结构测量仪器的多项综合指标进行标定，从而实现和满足科学研究和工程实践的比对要求。同时，研究成果可与区域表面结构系列国际标准进行比对，从而为该标准在我国的推广提供应用基础。. 在项目的实际研究过程中，以典型零件汽车缸套的表面结构、汽车用薄钢板为研究对象，建立一套分析测试方法，用于指导生产实践。以接触、非接触型两用表面形貌测量仪器为研究对象，建立仪器的分辨率标定测试方法，用于指导仪器标定。以标定实物量具组件的设计与加工工艺为研究对象，建立了标定量具的制作工艺与方法。以标定量具的质量指标为研究对象，建立了准确高效评价台阶面高度值的方法，从而对测量仪器进行有效标定。. 本项目的研究适用于微传感器、微机电系统（MEMS）、纳米电机系统（NEMS）、光学器件和精密、超精密机械零件等表面的区域表面结构测量仪器的标定，在精密及超精密加工、半导体光刻和纳米工程等领域中，具有广泛的应用前景。