光学显微镜畸变校准规范.docx

ili,F中华人民共和国工业和信息化部有色金属计量技术规范JJF（有色金属）XXXX-XXXX光学显微镜畸变校准规范Calibrationspecificationforopticalmicroscopedistortion（送审稿）××××-××-×X发布××××-××-×X实施中华人民共和国工业和信息化部发布光学显微镜畸变校准规范Calibrationspecificationforopticalmicroscopedistortion归口单位：中国有色金属工业协会主要起草单位：西安汉唐分析检测有限公司参加起草单位：本规范委托有色金属行业计量技术委员会负责解释本规范主要起草人：参加起草人：目录目录1范围(1)2引用文件(1)3术语(1)4概述(1)5计量特性(2)5.1 显微镜总放大倍数相对误差/7总(2)5.2 显微镜目镜观察图像上的相对畸变9日(2)5.3 显示器(屏)图像上的相对畸变夕屏(2)6校准条件(2)6.1 环境条件(2)6.2 测量标准及其他设备(2)7校准项目和校准方法(2)7.1 校准项目(2)7.2 校准方法(3)8校准结果表达(4)9复校时间间隔(5)附录A线纹尺技术规格(6)附录B畸变测量系统畸变校准(7)附录C校准原始记录参考格式(8)附录D校准证书内页参考格式(10)附录E校准证书内页参考格式(11)引言本规范是以JJF1071-2010国家计量校准规范编写规则、JJF1001-2011通用计量术语及定义和JJFIo59.1-2012测量不确定度评定与表示为基础性系列规范进行编写。本规范为首次发布。光学显微镜畸变校准规范1范围本规范适用于放大倍数不超过2000x的光学显微镜畸变的校准，其它类型显微镜可参照本规范校准。2引用文件本规范引用了下列文件：JJF1914金相显微镜校准规范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术语3.1 畸变畸变是显微镜的横向放大率随视场的增大而变化所引起的一种与失去物像相似的像差。3.2 相对畸变夕显微镜目镜视场中心对称间距实际测量值和理论值的相对偏差。4概述光学显微镜是进行材料微观检测分析的重要设备，由物镜、中间透镜和目镜组成，其总放大倍率一般不超过2（X）0Xo由于透镜材料的特性或折射或反射表面的几何形状的原因,在光学显微镜中观察到的实际像与理想像的存在一定的像差，即光学显微镜的畸变。光学显微镜的畸变分为桶形畸变、枕形畸变和透视畸变，见图1。如果显微镜目镜中观察的图像不存在畸变，则4个弦均为0,见图la）；如果图像存在桶形畸变，则4个公均小于0,见图1b）；如果图像存在枕形畸变，则4个公均大于0,见图1c）；如果图像存在透视畸变，则4个0出现大于0和小于0,见图Id）。a）原始图像b）桶形畸变C）枕形畸变图1光学显微镜畸变5计量特性5.1 显微镜总放大倍数相对误差.总总放大倍数相对误差一般不超过±5%（见JJF1914-2022要求）。5.2 显微镜目镜观察图像上的相对畸变qe显微镜目镜观察图像相对畸变的最大允许误差一般不超过土4%。5.3 显示器（屏）图像上的相对畸变夕屏显示器（屏）图像上相对畸变的最大允许误差一般不超过±4%。6校准条件6.1 环境条件室内温度在（20±5）范围内。6.2 测量标准及其他设备测量过程中使用的标准器及配套设备见表1：表1测量标准及其他设备技术要求序号测量标准技术要求1A型“米字形”线纹尺分度值lmm,C95l.Om2B型“米字形”线纹尺分度值0.01mm,U95WlOm3数字照相机采集图像分辨率不低于900万像素4量块3等5玻璃线纹尺分度值ImrrbMPE：÷0.03mm6放大镜注：1.A型和B型“米字形”线纹尺技术规格见附录A；2.允许使用满足计量特性要求的其他标准器进行校准。7校准项目和校准方法7.1校准项目校准项目分为显微镜总放大倍数相对误差/7总以及相对畸变qo7.2校准方法7.2.1 准备工作首先检查仪器外观、各部分相互作用及视场清晰度。在确定仪器的光源、滤色片、孔径光阑、粗细调焦手轮及附件完好无损，运行正常，确定物镜、目镜等附件无影响测量的霉斑等因素后在进行校准。7.2.2 显微镜总放大倍数误差7.2.2.1 标准值的确定首先使用A型线纹尺和数码相机确定标准值。标准值的确定在校准工作开始前完成，标准值确定后可在一定时间范围内直接使用，不需要在每次校准工作前重新测量确定，但根据使用频次以及实验室自身情况做不定期核查。使用数码相机拍摄正前方250mm处正立的A型线纹尺图像，见附录B。选取A型尺上图像中特定距离，通过软件测量其像数得到标准值。例如，选择5mm,测量5mm对应的像素值5次，取5次测量结果平均值作为5mm长度的标准值以722.2放大倍数误差校准将B型线纹尺放置在显微镜载物台上，数码相机和显微镜目镜对中固定，通过调节载物台使线纹尺和目镜中心、数码相机中心重合，用数码相机采集显微镜目镜中B型线纹尺图像。根据选取的标准值，以及总放大倍率，在拍摄的图像上选取相应的两条清晰的刻线，通过软件测量两刻线之间的像素值5次，取平均值作为测得结果瓦例如A型尺选取5mm像素作为标准值，在总放大倍率为100X时，选取的刻线间距为0.05mm,在总放大倍率误差为0的情况下，图像上呈现的像素值。与。应该相等），显微镜总放大倍数相对误差见公式（1）：h&=×100%（1）式中：3标准值，像素pixel；b一测得值，像素pixelo7.2.3 显微镜目镜观察图像上的相对畸变q目首先应对畸变测量系统（数字照相机）的畸变进行校准，校准方法见附录B。将B型线纹尺放置在载物台上，调整显微镜调焦至目镜图像清晰，将相机装在显微镜目镜上，采集目镜中B型尺图像。通过软件分别测量图像中选择的间距d和。的长度，根据公式（2）计算各方向的显微镜畸变。q=（1）×100%（2）k×d式中:或一不同方向的显微镜畸变，X=（0°、45°、90°、135°）；一系数，W-10,人尽量取最大值；Z的取值方式：例如在总放大倍率为100X时，D、d的选取在同一方向上（共四个方向）见图2,在视场内d选取长度为2mm,视场内能看到的最大距离为Iomm,则上取5。图2。和d同一方向选取D一间距，单位mm；d间距，单位mm。在数字图像上（图1）分别测量、计算0°、45°、90°、135°四个方向的相对畸变私,取4个相对畸变绝对值的平均值q作为显微镜目镜中观察图像的相对畸变,见公式（3）。镣,¾=2-7.2.4 显示器（屏）图像上的相对畸变夕屏将B型线纹尺放置在载物台上，调整显微镜调焦至显示器（屏）图像清晰，用玻璃线纹尺配合放大镜分别测量显示器（屏）上B型尺选择的间距和。测的间距（mm）,根据公式（2）计算畸变。在显示器（屏）上分别测量、计算0°、45°、90°、135°四个方向的相对畸变夕X，取4个相对畸变绝对值的平均值q屏作为显示器（屏）图像上的相对畸变。也可以通过截屏获得显示器上的图像，通过软件测量B型尺选择的间距d和。测的间距（像素）并计算畸变。8校准结果表达校准原始记录参考格式见附录C,校准证书参考格式见附录D。校准结果应在校准证书上反映。校准证书应至少包括以下信息：a）标题：“校准证书”；b）实验室名称和地址；c）进行校准的地点（如与实验室的地址不同）；d）证书的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识；e）客户的名称和地址；D被校对象的描述和明确标识；g）进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的接收日期；h）校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；i）本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；j）校准环境的描述；k）校准结果及测量不确定度的说明；1）对校准规范的偏离的说明；m）校准证书签发人的签名、职务或等效标识以及签发日期；n）校准结果仅对被校对象有效的声明；o）未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。9复校时间间隔建议复校时间间隔为1年。标定器使用频繁时应适当缩短周期，在使用过程中标定器经过修理、更换重要部件的应重新校准。附录A线纹尺技术规格线纹尺技术规格A.lA型“米字形”线纹尺(1)材质：石英玻璃(2)结构：主要由四条共交一点的直线线纹尺组成，对称分布，相邻两条直线线纹尺的夹角为(45土0.01)。，分别称为0。、45。、90。、135。线，见图D.la)(3)技术规格：各线最小分度Imm,各线总长100mm,刻线宽度小于5m,线宽之差不大于1.0m,刻线间间隔校准值的不确定度U95小于等于1.0moA.2B型“米字形”线纹尺(1)材质：石英玻璃(2)结构：主要由四条共交一点的直线线纹尺组成，对称分布，相邻两条直线线纹尺的夹角为(45±0.01)o,分别称为0。、45。、90。、135。线，见图D.lb)(3)技术规格：最小分度0.01mm,其它方向最小分度0.04mm,各线总长1.6mm,刻线宽度小于5m,线宽之差不大于1.0m,刻线间间隔校准值的不确定度U95小于等于1.0mo刻线面和非刻线面的平面度1.5m,刻线面与非刻线面间的平行度W30m0线纹尺四个边相互之间的垂直度±10'。a)A型b)B型图A.1“米字形”线纹尺附录B畸变测量系统畸变校准畸变测量系统畸变校准使用A型尺、3级平板、5等量块用来校准畸变测量系统的畸变。通过量块控制数码相机距A型“米字形”线纹尺250mm,且相机中心和线纹尺中心重合，用数码相机采集相距25Omm且垂直、对中的A型尺图像，见图E.1,通过测量图像上四个方向不同长度所占的像素数来计算畸变测量系统的相对畸变。畸变测量系统的相对畸变应远远小于光学显微镜畸变，允许误差为±0.57%。计算机图B.1数码相机采集A型“米字形”线纹尺结构图附录C校准原始记录参考格式校准原始记录参考格式原始记录编号证书编号送校单位校准依据被校设备信息器具名称出厂编号型号/规格设备编号制造厂家校准地点环境条件%RH测量标准信息名称型号编号测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差证书编号有效期至校准结果总放大倍率;由对误差标准值测量次数12345像素pxi总放大倍率测量次数12345像素pxi夕总/%Uretk=2显微镜目镜观察图像上的相对畸变qi尺型线号OoO045°90°135°A间距mmdD标称值mm校准值mm欹/%/q%B间距mmdD标称值mm校准值mm"/q%U,k=2显示器（屏）图像上的相对畸变q屏线号Oo0°45°90°135°屏幕上图像间距mmdD标称值mm校准值mmqjoo/q%U,k=2附录D校准证书内页参考格式校准证书内页参考格式校准证书编号：××××校准数据/结果总放大倍率相对误差/%Urd,k=2畸变类型显微镜相对畸变/%U,k=2显示器（屏）相对畸变/%U,k=2以下空白附录E校准证书内页参考格式显微镜畸变测量结果不确定度评定示例E.1概述在载物台上放置标准线纹尺，调焦至成像清晰，并调整标准线纹尺位置，利用相机采集图像测量，计算显微镜畸变。E.1.1测量依据根据显微镜不同放大北路，选择A型尺或B型尺，同7.20将线纹尺放置在载物台上，调整显微镜调焦手轮至目镜目标清晰，并使目镜中的分划尺与线纹尺0°刻线平行。E.1.2被测对象金相显微镜，测量其50OX的畸变。E.1.3测量方法及主要设备A型、B型标准线纹尺。E.2测量模型及不确定度来源分析E.2.1测量模型被校显微镜相对畸变的测量模型为：4=(-1)x100%(E.1)k×d式中：左为系数，k=410°。、d为对称间距。E.2.2测量结果不确定度的主要来源分析标定器示值误差测量结果不确定度的主要来源：(1)测量重复性引入的测量不确定度(2)显微镜畸变测量系统引入的标准不确定度4(冷(3)B型“米字形”线纹尺畸变引入的标准不确定度分量U3(d)E.3显微镜畸变测量不确定度的评定E.3.1测量重复性引入的测量不确定度d重复测量引入的标准不确定度属于A类不确定度。在重复性条件下，金相显微镜总放大倍率选择500×,对A型“米字形”线纹尺0。方向仁0.02mm重复测量10次，测试结果分别为(128,127,128,129,130,128,127,128,129,130)pixel,测得平均值为128.4pixel,根据贝塞尔公式，求得标准偏差为：小2隈山一办2s(d)=1.IpixeI、711实际测量过程中，取10次测量结果平均值作为测量结果，则出重复测量引入的标准不确定度分量加(出)为：s（d）1.Ipixelu1（d）=0.34pixel101OE.3.2显微镜畸变测量系统引入的标准不确定度g（d）畸变测量系统畸变引入的标准不确定度分量可以分为两大类，一类是输入量。'引入的不确定度（。），包括D'重复测量引入的标准不确定度分量%（。）、测量系统分辨力引入的标准不确定度分量%（。'）、A型"米字形”线纹尺畸变引入的标准不确定度分量3（。）；另一类是输入量H引入的不确定度（出），包括出重复测量引入的标准不确定度分量%（d。、测量系统分辨力引入的标准不确定度分量的（力）、A型“米字形”线纹尺畸变引入的标准不确定度分量3（力）。E.3.2.1输入量。'引入的不确定度比（）E.3.2.1.1重复测量引入的标准不确定度分量小（。）A重复测量引入的标准不确定度属于A类不确定度。在重复性条件下，数码相机采集相距为250mm,对A型“米字形”线纹尺0。、45。、90。、135。四个方向D'重复测量10次,计算四个方向10次测量结果的算术平均值，根据贝塞尔公式，求得四个方向的标准偏差分别为1.9,1.0,2.0,1.8pixel,详见表2。根据合并样本标准偏差公式，求得lsll.92+1.02+2.02+1.82SP=JuH=J4=1.7Pixe实际测量过程中，取4次测量结果平均值作为测量结果，则Iy重复测量引入的标准不确定度分量为：,、sd1.7pixelu1（D）=-=-=0.85pixely/nV4E.3.2.1.2图像采集系统分辨力引入的标准不确定度分量（D'）图像采集系统的分辨力为几二IPiXe1,属于B类不确定度，假设服从均匀分布，查表得右5,由测量系统分辨力引入的标准不确定度分量"2。'）为：,axIpixel"2（D）=厂荻=Wr=O29PiXelE.3.2.1.3标准器引入的标准不确定度分量3（。'）A型“米字形”线纹尺经中国计量科学研究院校准，相对畸变为=0.0004%,当测量系统中心对称间距d=155.6pixel仁10时，A型“米字形”线纹尺畸变为以=0.0062PiXe1.则区间半宽度a=金/2,假设服从均匀分布，查表得七5,由A型“米字形”线纹尺畸变引入的标准不确定度分量%。'）为：aSb0.0062pixel%。）=k=2k=23=00018Pixe,E.3.2.1.4输入量。'引入的不确定度葭（）由于重复性引入的标准不确定分量%（。）大于分辨力引入的标准不确定度分量的（。），可以不考虑分辨力引入的不确定度分量。其它输入量之间彼此独立不相关，则输入量。'引入的不确定度u(D')为：u(D,)=J诏(Zr)+uj(D,)=0.852+0.00182=0.85pixelE.3.2.2输入量d'引入的不确定度(d')E.3.2.2.1重复测量引入的标准不确定度分量小(出)力重复测量引入的标准不确定度属于A类不确定度。在重复性条件下，数码相机采集相距为250mm,对A型“米字形”线纹尺0。方向d'=10mm重复测量10次，测试结果分别为158,156,156,154,154,156,158,154,154,156pixel,测得平均值为155.6pixel,根据贝塞尔公式，求得标准偏差为：(d,i-d')2s(d,)=1.6pixel实际测量过程中，取io次测量结果平均值作为测量结果，则Cr重复测量引入的标准不确定度分量小(力)为：,、S(Cr)1.6pixel=SSlpixelE.3.2.2.2测量系统引入的标准不确定度分量"2(d')输入量出与输入量力采用同一套测量系统，分辨力相量系统分辨力引入的标准不确定度分量2(d')=U2(Df)=0.29pixeloE.3.2.2.3线纹尺畸变引入的标准不确定度分量%®')A型"米字形''线纹尺畸变引入的标准不确定度分量33')=u3(D,)=0.0018pixe1.E.3.2.2.4输入量d'引入的不确定度比(出)由于重复性引入的标准不确定分量小(d)大于分辨力引入的标准不确定度分量(d'),可以不考虑分辨力引入的不确定度分量。其它输入量之间彼此独立不相关，则输入量出引入的不确定度(出)为：z(d')=u(d,)+ufWO=V512+0.00182=0.51pixel根据不确定度传播规律可知，显微镜畸变测量系统相对畸变引入的标准不确定度分量%W)为:=l()2标÷(-)2小÷2×()×1缶)WQM睁=I(IoX155.6)X0,852+(10×155.62)X+2X(10×155.6.=0.27%1546-7)×1×0.85×0.5110×155.62/当仁128.4PiXeI时，测量系统畸变引入的标准不确定度分量为：u2(d)=d×UC(q')=128.4pixelX0.27%=0.35pixelE.3.3B型“米字形”线纹尺畸变引入的标准不确定度分量%(d)根据3.2.3可知，当测量系统中心对称间距d=128.4pixek仁8时，B型“米字形”线纹尺畸变引入的标准不确定度分量3(d)=u3(Dy)=0.39pixelE.3.4输入量d引入的不确定度z(d)的合成由于测量重复性、测量系统畸变、B型“米字形”线纹尺畸变之间彼此独立不相关，根u(d)据不确定度传播规律可知，输入量d引入的不确定度z(d)为:不确定度分量标准不确定度测量重复性引入的0.34显微镜畸变测量系统引入的%5)0.85U3(Dt)0.0018%5')0.51%(d')0.0018B型“米字形”线纹尺畸变引入的%3)0.39=0.342+0.352+0.392=0.62pixel表E.1标准不确定度汇总E.3.5合成标准不确定度1Mq)=IG)2。)+(-备)/(4+2(款一备)“03)129/1031.029/1,8×128.4)x303+(8×128.42)X062+2X8×128.J(1031.02×-7×1×3.03×0.62=0.19%k8×128.42/E.3.6扩展不确定度取包含因子42,：U(q)=k-uc(q)=2×0.19%0.4%当总放大倍率为5(X)X时，显微镜相对畸变测量结果表示为(0.4+0.4)%,k=2°