Методика поверки «ГСИ. Профилометр стилусный контактный AlphaStep D-120» (МП 038.М44-16)

AibHUiif rf_o

___ Н.П. Муравская «05» октября 2016 г.

УТВЕРЖДАЮ

Заместитель директора

ФГУП «ВНИИОФИ»

Государственная система обеспечения единства измерений

Методика поверки

МП 038.М44-16

лавный метролог

УП «ВНИИОФИ»

____ С.Н. Негода «05» октября 2016 г.

Москва 2016 г.

• 1.1 Настоящая методика поверки распространяется на профилометр стилусный контактный AlphaStep D-120 (далее по тексту - профилометр), предназначенный для измерений линейных размеров, шероховатости и волнистости поверхности, а так же неразрушающих исследований топографии поверхности с высоким разрешением и устанавливает порядок, методы и средства проведения его первичной и периодической поверок.

• 1.2 Интервал между поверками - 1 год.

• 2.1 При проведении первичной и периодической поверок выполняются операции, указанные в таблице 1.

Таблица 1

• 2.2 При получении отрицательных результатов при проведении любой операции поверка прекращается.

• 2.3 Поверку средств измерений осуществляют аккредитованные в установленном порядке в области обеспечения единства измерений юридические лица и индивидуальные предприниматели.

• 3.1 При проведении первичной и периодической поверок должны быть использованы средства, указанные в таблице 2.

Таблица 2

• 3.2 Средства поверки, указанные в таблице 2, должны быть поверены и аттестованы в установленном порядке. Допускается также применение других средств, не приведенных в таблице 2, но обеспечивающих определение (контроль) метрологических характеристик поверяемого прибора с требуемой точностью.

• 4.1 К работе с профилометром допускаются лица, прошедшие обучение по требуемому виду измерений, изучившие настоящую методику поверки и Руководство по эксплуатации профилометра и средств поверки, имеющие квалификационную группу не ниже III в соответствии с правилами по охране труда при эксплуатации электроустановок, указанных в приложении к приказу Министерства труда и социальной защиты РФ от 24.07.13 № 328Н.

• 5.1   Профилометр должен устанавливаться в закрытых взрыво- и пожаробезопасных лабораторных помещениях, оборудованных вытяжной вентиляцией и удовлетворяющих требованиям санитарных норм и правил. При проведении поверки следует соблюдать требования, установленные ГОСТ Р 12.1.031-2010, ГОСТ 12.1.040-83, правилами по охране труда при эксплуатации электроустановок, указанных в приложении к приказу Министерства труда и социальной защиты РФ от 24.07.13 № 328Н. Оборудование, применяемое при проведении поверки, должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.003-91. Воздух рабочей зоны должен соответствовать ГОСТ 12.1.005-88 при температуре помещения, соответствующей условиям испытаний для легких физических работ.

• 5.2 Система электрического питания профилометра должна быть защищена от колебаний и пиков сетевого напряжения, искровые генераторы не должны устанавливаться вблизи приборов. Чтобы избежать физических повреждений и/или ущерба имуществу, шнуры питания профилометра оборудованы плавким предохранителем. Подключайте штепсель этого шнура только к заземленной электрической розетке.

• 5.3 При проведении поверки должны соблюдаться требования, указанные в «Правилах техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей», утвержденных Госэнергонадзором, а также требования руководства по эксплуатации профилометра.

• 5.4 Помещение, в котором проводится поверка, должно соответствовать требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004-91 и иметь средства пожаротушения по ГОСТ 12.4.009-83.

• 6.1 При проведении поверки влияющие факторы окружающей среды должны

  быть в следующих пределах:

  • - температура окружающего воздуха, °C                     20 ± 5;

  • - относительная влажность, %                              65 ± 15;

  • - атмосферное давление, кПа                               100 ±4;

  • - напряжение питающей сети, В                           220 ± 22;

  • - частота питающей сети, Гц                                 50,0 ± 0,5.

• 6.2 Профилометр не должен подвергаться прямому воздействию солнечных лучей.

• 6.3 В помещении не допускаются посторонние источники излучения, мощные переменные электрические и магнитные поля.

• 6.4 Рядом с профилометром не должно быть источников тепла, таких как газовая горелка, электронагреватель, печь и т.п. Допускаемый перепад температуры в течение суток - не более 2 °C.

• 7.1 Перед началом работы с профилометром внимательно изучите руководство по эксплуатации профилометра, а также ознакомьтесь с правилами подключения прибора.

• 7.2 Все меры, используемые при проведении поверки, выдерживают в условиях, согласно п.6.1, не менее 2 ч. Извлечь поочередно все меры из футляров и осмотреть их для выявления внешних повреждений (царапин, сколов и других дефектов) и загрязнений. При необходимости поверхность меры очищают от частиц пыли струей очищенного и осушенного воздуха.

• 7.3 Подключить профилометр к персональному компьютеру согласно схеме, указанной на рисунке 1,

  

  Рисунок 1 - Схема подключения профилометра к персональному компьютеру: 1 - профилометр; 2 - USB кабель; 3 - системный блок; 4 - монитор

  

• 7.4 Перед началом работы протереть рабочий стол влажной бязевой салфеткой, протереть пинцет спиртом.

• 7.5 Включите профилометр в сеть.

• 8 Проведение поверки

• 8.1.1 При проведении внешнего осмотра должно быть установлено:

• - соответствие комплекта поставки профилометра данным, приведенным в описании типа;

• - отсутствие механических повреждений всех составных частей профилометра;

• - отсутствие механических повреждений соединительных кабелей и сетевых разъемов;

• - наличие маркировки на корпусе прибора. Место нанесения маркировки показано на рисунке 2.

• 8.1.2 Профилометр считается прошедшим операцию поверки, если корпус, внешние элементы, органы управления не повреждены, отсутствуют механические повреждения и ослабления элементов конструкции, маркировка и комплектность соответствуют требованиям, указанным в описании типа профилометра.

  

  Model: D-120 Stylus Profilometer

  Made in the USA by:

  KL/^fencor

  1 Technology Drive Milpitas. C'A 95035

  Рисунок 2 - Место нанесения маркировки

  »ЖЛС

  Sfl-Wiltz.

  MAX s_________/

  ReplK* Mib 5Л, JWV F»w oflh

  Build Year

• 8.2.1 В соответствии с требованиями руководства по эксплуатации профилометра привести профилометр в рабочее состояние, а именно: включить питание и запустить персональный компьютер.

• 8.2.2 Запустить программу AlphaStep Development Series с ярлыка на рабочем столе, показанном на рисунке 3. Запустится процедура опробования систем профилометра (проверка осуществляется с помощью ПО профилометра). При наличии неисправности хотя бы в одном из компонентов системы, модуль запуска программного обеспечения выдаст ошибку.

  

  AiphaStep . 0-12'?

Рисунок 3 - Ярлык запуска программы AlphaStep Development Series

• 8.2.3 При появлении подсказки ’Home All Stages' (Привести предметный столик и измерительную головку в исходное положение) нажмите кнопку Yes (Да).

• 8.2.4 После того как предметный столик и измерительная головка прибора окажутся в исходном положении, на экране появится диалоговое окно. Для продолжения работы нажмите клавишу Enter.

• 8.2.5 Профилометр считается прошедшим операцию поверки, если все этапы настройки пройдены без сообщений об ошибках.

• 8.3.1  Проверяют соответствие идентификационных данных программного обеспечения сведениям, приведенным в описании типа на профилометр.

• 8.3.2 Для просмотра идентификационных данных программного обеспечения профилометров необходимо в ПО AlphaStep Development Series открыть раскрывающееся меню Help --> about. Окно подтверждения показано на рисунке 4.

• 8.3.3 Профилометр признается прошедшим операцию поверки, если идентификационные данные программного обеспечения соответствуют значениям, приведенным в таблице 3.

  

  Version 2.1.0.4

  AlphaStep D-120 Stylus Profiler

  <* I

  Al Rights Reserved KLA-Tencnr

  (№nware Revision: 3.0} log Levd 1

  

Таблица 3

Рисунок 4 - Подтверждение ПО

• 8.4 Определение метрологических характеристик

• 8.4.1 Определение диапазона измерений и относительной погрешности измерений линейных размеров (ось Z)

• 8.4.1.1.1    Поднять защитную крышку предметного столика. Пинцетом извлечь меру TGZ1 из межоперационной тары и положить на предметный столик профилометра исследуемой поверхностью вверх. Закрыть крышку предметного столика.

• 8.4.1.1.2 Используя кнопки в соответствии с рисунком 5 переместить предметный столик так, чтобы образец попал в объектив видеокамеры. Все действия контролировать визуально.

  

  Рисунок 5 - Кнопки управления предметным столиком

• 8.4.1.1.3 Опустить стилус с помощью органов управления измерительной головкой в соответствии с рисунком 6. Положение стилуса должно быть такое, чтобы в окне видеоизображения были одновременно видны и стилус, и образец, как показано на рисунке 7. При этом стилус не должен касаться поверхности образца. Все действия контролировать по видеоизображению.

  

  Рисунок 6 - Кнопка управления стилусом

  

  Рисунок 7 - Изображение стилуса и образца в окне программы

  • 8.4.1.1.4

  столика.

  • 8.4.1.1.5

  При необходимости, скорректировать положение предметного

  Задать параметры сканирования в соответствии с рисунком 8.

  

  Рисунок 8 - Окно задания параметров сканирования

  8.4.1.2 Сканирование образца

  8.4.1.2.1 на рисунке 9.

  Подвести стилус к поверхности образца кнопкой Engage, показанной

  

  Рисунок 9 - Кнопка подвода

• 8.4.1.2.2    Запустить сканирование кнопкой Scan, показанной на рисунке 10.

Scan

Рисунок 10 - Кнопка запуска сканирования

• 8.4.1.2.3    В процессе проведения измерений обеспечить отсутствие внешних раздражающих факторов (вибрации, открытия крышки профилометра, других механических воздействий) и отслеживать профиль по окну Real Time Display. Окно показано на рисунке 11.

  

  Рисунок 11 - Окно отслеживания сканируемого профиля

• 8.4.1.3.2 Провести выравнивание профиля. Вначале выбрать положение курсоров, которое определит линию, по которой будет проводиться выравнивание, как показано на рисунке 12.

  **о*и«<            Tet IW: №«fcU ТеЯОМГ. W-ФЬЛИб Number of 4«U Mints: Т.М«

  R
  				J J
  IHi	ft	ft	KI
  1 '
  III				II

  				M
  J ..	. A
  1 f I	T		f\	П
  			1	II II
  					1

0Л     5Л LOJ             2М ВЛ ЗМ 35Л     40.В    45.0 5Ы

м*ОМ

Рисунок 12 - Выравнивание профиля меры TGZ1. Профиль после выравнивания

• 8.4.1.3.3 Далее выбрать метод выравнивания Cursor Location в соответствии с рисунком 13. Нажать кнопку Level Data.

Level Method------------------

(• Cursor Locations

C Least Squares Fit C Auto Level -Fixed

C Auto Level - Step

■ ' • ■ .

—

I Al data fifes in active window

Рисунок 13 - Параметры выравнивания изображения

8.4.1.4.1 Настроить единицы измерений профиля. Для этого необходимо во вкладке Settings открыть окно Units, показанной на рисунке 14, и выбрать там соответствующие метрические единицы измерения согласно рисунку 15.

J] AlphaStep Development Series

Рисунок 14 - Вкладка Units

Рисунок 15 - Настройка единиц измерения

• 8.4.1.4.2   Перетащите курсор R (опорный) в самую нижнюю точку на профиле, как показано на рисунке 16. Положение курсора определяется жирной центральной линией, которая пересекает профиль. В режиме усреднения характеристики профиля измеряются относительно центральной линии, а не краев курсоров. Ширину линии курсоров установить 0,6.

• 8.4.1.4.3   Перетащите курсор М (измерительный) с помощью мыши в самую верхнюю точку на профиле, как показано на рисунке 16.

  

Рисунок 16 - Выставление курсоров

• 8.4.1.4.4 В окне данных в соответствии с рисунком 17 отображаются текущие расстояния между курсорами R и М по осям Z и X. Значения, показанные на панели управления курсорами (только для пары основных, красных, курсоров), используются для определения высоты профиля и расстояния между точками по горизонтали.

  

Рисунок 17 - Окно данных

• 8.4.1.4.5 При перемещении курсоров их координаты в группе Cursors, показанной на рисунке 17, расположенной вверху справа от графика профиля, постоянно обновляются. Там отображаются следующие значения:

• •   X: положение курсора по оси сканирования;

• •   Z: высота профиля в точке пересечения курсора с профилем;

• •   W: ширина курсора (заштрихованной области);

• •   Delta Width: расстояние между курсорами по горизонтали (X) (в режиме усреднения - расстояние между центральными линиями курсоров);

• Delta Height: расстояние по вертикали (Z) между точками пересечения курсоров R и М с профилем (в режиме усреднения - расстояние по вертикали между средними значениями высоты, полученными в результате усреднения по ширине курсоров).

• 8.4.1.4.6    На вкладке Calculations, показанной на рисунке 18, пользователь выбирает физические параметры, которые будут рассчитываться на вкладке Data Analysis (Анализ данных). Для расчета требуемых параметров во время анализа данных необходимо открыть меню Edit (Редактирование). В нем пользователь может выбрать параметры, которые будут рассчитываться во время анализа данных.

• 8.4.1.4.7 Во вкладке Calculations необходимо выбрать параметр «Z (М) - Z (F)». Этот параметр измеряет перепад высот между измерительным и опорным курсором. Используется для измерений высоты ступеньки. Повторить измерения периода меры 5 раз. Записать полученные результаты в протокол.

  

Рисунок 18 - Вкладка Calculations

• 8.4.1.4.8    Сохранить полученный профиль в окне Alpha Step Data через File —* Save Data File As —» Название файла.

• 8.4.1.4.9    Отвести стилус от образца с помощью органов управления измерительной головкой.

• 8.4.1.4.10  Передвинуть предметный столик на 100 мкм, повторить пункты

• 8.4.1.1.3 — 8.4.1.4.8. Измерить высоту меры 5 раз. Повторить процедуру 2 раза. Записать полученные результаты в протокол.

• 8.4.1.4.11   Вытащить меру.

• 8.4.1.4.12   Выдвинуть предметный столик.

• 8.4.1.4.13  Поднять крышку предметного столика. Пинцетом извлечь образец из профилометра и положить в межоперационную тару. Закрыть крышку предметного столика.

• 8.4.1.4.14  Установить меру TGZ2 в соответствии с пунктом 8.4.1.1. Выполнить пункты 8.4.1.2.1 — 8.4.1.4.3. Опорный курсор R установить в нижнюю точку, а измерительный курсор М в верхнюю. Выполнить пункты 8.4.1.4.8 - 8.4.1.4.14.

• 8.4.1.4.15  Установить на предметный столик кремниевую подложку. На подложку установить меру SHS-1,8QC. Выполнить подвод стилуса к мере, как показано на рисунке 19. Задать параметры сканирования, указанные на рисунке 20.

  

Рисунок 19 - Подвод стилуса к мере SHS-1,8QC

1 - Мера КМД 0,5; 2 - кремниевая подложка

Рисунок 20 - Параметры сканирования для меры SHS-1,8QC

• 8.4.1.4.16 Установить нулевой уровень. Для этого во вкладке Stepping нажать кнопку Define Origin, показанную на рисунке 21. Проконтролировать установку нуля в окне Monitor.

  

Рисунок 21 - Установка нулевого уровня

• 8.4.1.4.17 Провести сканирование ступеньки меры и выровнять полученное изображение. Ширину линии курсора установить 10. Полученный профиль показан на рисунке 22. Повторить измерения 15 раз. Записать полученные результаты в протокол.

• 8.4.1.4.18  Рассчитать относительную погрешность измерений линейных размеров (ось Z) по формулам 1-8 для каждой меры.

  

  Рисунок 22 - Измерение высоты меры SHS-1,8QC

• 8.4.1.4.19   Рассчитать среднее арифметическое значение по формуле 1:

  

(1)

где Х₁ - измеренное значение величины; п - число измерений, п = 15.

• 8.4.1.4.20 Рассчитать случайную составляющую погрешности 5(20, по формуле 2:

  S(X ) =

  

  (X - х }’

  (п - 1)

(2)

где X_t - измеренное значение величины;

X — среднее арифметическое из ряда наблюдений;

п - число измерений, n = 15.

• 8.4.1.4.21 Рассчитать неисключенную систематическую составляющую

погрешности (НСП) по формуле 3:

8.4.1.4.25 Рассчитать абсолютную погрешность измерений линейных размеров (ось Z) по формуле 7:

• 8.4.1.4.26 Относительную погрешность измерений линейных размеров (ось Z) рассчитать по формуле 8:

Д._/о=—---------100%             (8)

Действительное значение меры

• 8.4.1.4.27    За величину относительной погрешности измерений линейных размеров (ось Z) принять максимальное значение относительной погрешности измерений для всех мер.

• 8.4.1.4.28 Профилометр считается прошедшим операцию поверки, если диапазон измерений линейных размеров (ось Z) и значение относительной погрешности измерений линейных размеров (ось Z) не превышают значений, указанных в таблице 4.

Таблица 4

• 8.4.2.1 Установить меру профильную ПРО-10 с параметром Ra = 0,005 мкм на стол профилометра в соответствии с пунктами 8.4.1.1.1 - 8.4.1.1.4,

• 8.4.2.2 Установить параметры сканирования, как указано на рисунке 23. Настроить параметры во вкладке Calculations (п. 8.4.1.4.7- 8.4.1.4.8). Во вкладке выбрать значение «Ra (raw)» (Средняя шероховатость). Этот параметр рассчитывает арифметическое среднее абсолютных значений отклонений высот профиля от средней линии, рассчитанное в пределах длины оценки (L). Ra = (|ZI| + |Z2j + |Z3| ....|ZN|)/N. Провести сканирование меры в соответствии с п.8,4.1.2-8.4.1.3.3.

Scan Parameters

Rea! Time Display Cursor ConfroTj^ Scan Parameters Stepping (Teach) Data Analysis Results - MiJbpte Window |

Рисунок 23 - Настройки измерения параметров шероховатости

• 8.4.2.3 На полученном изображении выделить курсорами участок, соответствующий базовой длине измерения, равной 80 нм. Для этого участка применить фильтры верхних и нижних частот. Требуемые настройки показаны на рисунке 24.

  

Рисунок 24 - Применение фильтров

Красным показан фильтр верхних частот, зеленым фильтр нижних частот

• 8.4.2.4 Значение шероховатости Ra отображается во вкладке Data Analysis Results, как показано на рисунке 25.

  

Рисунок 25 - Полученные значения

измерительной головкой.

8.4.2.7 Передвинуть предметный столик, повторить пункты 8.4.2.6 - 8.4.2.7 Измерить шероховатость меры 5 раз. Повторить процедуру 2 раза. Записать полученные результаты в протокол.

• 8.4.2.8   Вытащить меру.

• 8.4.2.9   Выдвинуть предметный столик.

• 8.4.2.10    Поднять крышку предметного столика. Пинцетом извлечь образец из профилометра и положить в межоперационную тару. Закрыть крышку предметного столика.

• 8.4.2.11    Установить на стол профилометра меру ПРО-Ю с параметром шероховатости Ra = 0,008 мкм. Повторить измерения в соответствии с пунктами 8.4,2.2 -8.4.2.11. Повторить измерения для меры ПРО-Ю с параметром шероховатости Ra = 0,063 мкм.

• 8.4.2.12  Закрыть окно Alpha Step Development Series.

• 8.4.2.13    Выключить ПК, отвечающий за управление работой профилометра и обсчет результатов.

• 8.4.2.14    Переключить тумблер профилометра в положение “0”.

• 8.4.2.15    Рассчитать среднее значение по формуле (1).

• 8.4.2.16    Абсолютную погрешность измерений шероховатости ARa определяют по формуле 9:

ARa = 0,02 ■ ЛКав.п. + 0,04 - Ra                     (9)

где A RaB.n. - верхний предел шероховатости поддиапазона, равен паспортному значению меры на заданной длине;

Ra- среднее измеренное значение шероховатости, рассчитывается по формуле (1).

• 8.4.2.17 Относительную погрешность измерений шероховатости (параметр Ra) рассчитать по формуле 8. За величину относительной погрешности измерений шероховатости (параметра Ra) принять максимальное значение относительной погрешности измерений для всех мер.

• 8.4.2.18     Профилометр признается прошедшим операцию поверки, если диапазон измерений шероховатости (высотного параметра Ra) и значение относительной погрешности измерений шероховатости не превышают значений, указанных в таблице 5.

Таблица 5

• 9.1 Результаты измерений заносятся в протокол (приложение 1).

• 9.2 Профилометр, прошедший поверку с положительным результатом, признается годным и допускается к применению. На него выдаётся свидетельство о поверке установленной формы с указанием полученных по п.п. 8.4.1 - 8.4.2 фактических значений метрологических характеристик профилометра и наносят знак поверки (место нанесения указано в описании типа) согласно Приказу Министерства промышленности и торговли Российской Федерации №1815 от 02.07.2015г. «Об утверждении Порядка проведения поверки средств измерений, требования к знаку поверки и содержанию свидетельства о поверке», и профилометры допускают к эксплуатации.

• 9.3 Профилометр, прошедший поверку с отрицательным результатом, признается непригодным, не допускается к применению и на него выдается извещение о непригодности с указанием причин. Свидетельство о предыдущей поверке и знак поверки аннулируют и выписывают «Извещение о непригодности» с указанием причин в соответствии с

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 к Методике поверки МП 038.М44-16 «Профилометр стилусный контактный AlphaStep D-120»

ПРОТОКОЛ

первичной / периодической поверки от «_______»____________201__года

Средство измерений: Профилометр стилусный контактный AlphaStep D-120

(Наименование СИ, тип (если в состав СИ входит несколько автономных блоков

то приводят их перечень (наименования) и типы с разделением знаком «косая дробь» /)

Зав. №_________№/№

Заводские номера блоков

Принадлежащее

Наименование юридического лица. ИНН

Поверено в соответствии с методикой поверки «ГСИ. Профилометр стилусный______

контактный AlphaStep D-120 Методика поверки МП 038.М44-16 », утвержденной________

ФГУП «ВНИИОФИ» 05.10.2016г.

Наименование документа на поверку, кем утвержден (согласован), дата

С применением эталонов ______________________________________________

(наименование, заводской помер, разряд, класс точности или погрешность)

При следующих значениях влияющих факторов:

(приводят перечень и значения влияющих факторов, нормированных в методике поверки)

• - температура окружающего воздуха                            (20 ± 3) °C;

• - относительная влажность                                    65± 15 %;

• - атмосферное давление                                         (100 ± 4) кПа;

  Рекомендации

Получены результаты поверки метрологических характеристик:

'       Средство измерений признать пригодным (или непригодным) для применения

Исполнители:

подписи, ФИО, должность

20