ASTM F1811-97(2002)

Стандартный №

ASTM F1811-97(2002)

Дата публикации

1970

Разместил

/

Последняя версия

ASTM F1811-97(2002)

сфера применения

1.1 Данная методика определяет методологию расчета набора обычно используемых статистических параметров и функций шероховатости поверхности на основе набора измеренных данных профиля поверхности. Его цели — предоставить основные процедуры и обозначения для обработки и представления данных, предупредить читателя о связанных проблемах, которые могут возникнуть в пользовательских приложениях, а также предоставить ссылки на литературу, где можно найти дополнительную информацию. 1.2 Настоящая практика ограничивается анализом одномерных или профильных данных, полученных через одинаковые промежутки времени вдоль прямых линий на испытуемой поверхности, хотя делается ссылка на более общий случай двумерных измерений, выполненных по прямоугольному массиву точек данных. 1.3 Процедуры анализа данных, описанные в этом методе, являются общими и не ограничиваются конкретными поверхностями, методами создания поверхностей, степенями шероховатости или методами измерения. Примерами методов измерения, которые можно использовать для получения данных профиля для анализа, являются инструменты механического профилирования с использованием жесткого контактного зонда, инструменты оптического профилирования, которые отбирают образцы по линии или массиву на участке поверхности, оптическая интерферометрия и методы сканирующей микроскопии. например, атомно-силовая микроскопия. Различия между различными методами измерения входят в современную практику через различные параметры и функции, которые определены в разделах 3 и 5, такие как интервалы дискретизации, полосы пропускания и передаточные функции измерений. 1.4 Основной интерес здесь представляет собой характеристика случайных или периодических аспектов качества поверхности, а не изолированных поверхностных дефектов, таких как ямки, выступы, царапины или гребни. Хотя описанные здесь методы анализа данных могут быть одинаково хорошо применены к данным профиля изолированных поверхностных элементов, параметры и функции, полученные с использованием процедур, описанных в этой практике, могут иметь другое физическое значение, чем те, которые получены из случайных или периодических поверхностей. 1.5 Статистические параметры и функции, обсуждаемые в этой практике, по сути, являются математическими абстракциями, которые обычно определяются в терминах бесконечно длинного линейного профиля по поверхности или «ансамблевого» среднего значения бесконечного числа конечной длины. профили. Напротив, данные реального профиля доступны в виде одного или нескольких наборов оцифрованных данных о высоте, измеренных в конечном числе дискретных положений на тестируемой поверхности. Эта практика дает как абстрактные определения интересующих статистических величин, так и числовые процедуры для определения значений этих абстрактных величин на основе наборов измеренных данных. В обозначениях этой практики эти числовые процедуры называются «оценками», а результаты, которые они дают, называются «оценками». 1.6 Эта методика дает оценки «периограммы» для определения среднеквадратичной (rms) шероховатости, среднеквадратичного уклона и спектральной плотности мощности (PSD) поверхности непосредственно на основе измерений высоты профиля или уклона. В статистической литературе используется циркумфлекс, чтобы отличить оценку или оценку от ее абстрактного или среднего по ансамблю значения. Например, Â обозначает оценку качества A. Однако некоторые текстовые процессоры не могут ставить циркумфлекс над согласными в тексте. Вместо этого можно использовать любое символическое или словесное средство. 1.7 Качество оценок поверхностной статистики, в свою очередь, характеризуется статистическими свойствами более высокого порядка, которые описывают их свойства «предвзятости» и «флуктуации» по отношению к их абстрактным или усредненным по ансамблю версиям. В этой практике не обсуждаются статистические свойства высокого порядка приведенных здесь оценок, поскольку их практическое значение и использование зависят от приложения и выходят за рамки этого документа. Подробную информацию об этих и связанных с ними темах можно найти в ссылках (1–10)2 в конце данного упражнения. 1.8 Необработанные измеренные данные профиля обычно содержат компоненты трендов, которые не зависят от микротопографии измеряемой поверхности. Эти компоненты необходимо вычесть, прежде чем разница или остаточные ошибки будут подвергнуты процедурам статистической оценки, приведенным здесь. Эти трендовые компоненты происходят как из внешних, так и из внутренних источников. Внешние тенденции возникают из-за жесткого позиционирования испытуемой детали в измерительном приборе. В оптике эти вклады смещения и вращения называются ошибками «поршня» и «наклона». Напротив, внутренние тенденции возникают из-за преднамеренных или случайных ошибок формы, присущих испытуемой поверхности, таких как: Текущее издание утверждено 10 июня 1997 г. Опубликовано в августе 1997 г. 2 Цифры, выделенные жирным шрифтом в скобках, относятся к списку литературы в конце этой практики. 1 Авторские права © ASTM International, 100 Barr Harbour Drive, PO Box C700, Вест Коншохокен, Пенсильвания 19428-2959, США. ВНИМАНИЕ: Этот стандарт либо был заменен новой версией, либо прекращен. Свяжитесь с ASTM International (www.astm.org) для получения последней информации. как круговая или параболическая кривизна. При отсутствии априорной информации об истинной форме поверхности собственная ошибка формы часто ограничивается квадратичной (параболической) кривизной поверхности. Удаление тренда внутренних и внешних тенденций обычно выполняется одновременно путем вычитания полинома удаления тренда из необработанных измеренных данных, где полиномиальные коэффициенты определяются методом наименьших квадратов, подгоняемым к измеренным данным. 1.9 Хотя поверхности и приборы для измерения поверхностей существуют в реальном или конфигурационном пространстве, их легче всего понять в частотном пространстве, также известном как преобразование Фурье, обратное или пространственно-частотное пространство. Это связано с тем, что любой практический процесс измерения можно рассматривать как «линейную систему», а это означает, что измеренный профиль представляет собой свертку истинного профиля поверхности и импульсной характеристики измерительной системы; и, что эквивалентно, амплитудный спектр Фурье измеренного профиля является произведением спектра истинного профиля и частотно-зависимой «передаточной функции» измерительной системы. Это символически выражается следующим уравнением: 5 Настоящий ~ эффект! · Т ~ фф! где: A = амплитуды Фурье, T ( fx) = функция отклика прибора или передаточная функция измерения, а fx = поверхностная пространственная частота. Эта факторизация позволяет обсуждать поверхность и измерительную систему независимо друг от друга в частотном пространстве и является важной особенностью любого обсуждения измерительных систем. 1.10 На рисунке 1 показаны различные формы передаточной функции измерения T( fx): 1.10.1 Случай (a) представляет собой идеальную измерительную систему, которая имеет T ( fx) = 1 для всех пространственных частот, 0 # fx# ` . Это нереально, поскольку ни один реальный измерительный прибор не обладает одинаковой чувствительностью ко всем пространственным частотам. Случай (б) — идеальная измерительная система, у которой T(fx)=1 для LFL#fx#HFL и T(fx)=0 в противном случае, где LFL и HFL обозначают низкочастотный и высокочастотный пределы измерения. . Диапазон LFL#fx#HFL называется полосой пропускания или полосой пропускания измерения, а отношение HFL/LFL называется динамическим диапазоном измерения. Случай (c) представляет собой реалистичную измерительную систему, поскольку он включает в себя тот факт, что T (fx) не обязательно должно быть единицей в пределах полосы пропускания измерения или строго нулем вне полосы пропускания. 1.11 Если известно, что передаточная функция измерения значительно отклоняется от единицы в пределах полосы пропускания измерения, измеренную спектральную плотность мощности (PSD) можно преобразовать в форму, которая была бы измерена прибором с идеальной прямоугольной формой посредством процесса цифрового преобразования. «реставрация». В своей простейшей форме восстановление включает деление измеренной PSD на известную форму ?T ~ fx! ?2 в полосе пропускания измерений. Восстановление особенно актуально для измерительных приборов, в которых используются оптические микроскопы, поскольку передаточные функции микроскопических систем не равны единице в полосе пропускания, а имеют тенденцию линейно падать между единицей при T (0) = 1 и T(HFL) = 0. Необходимость в а методология цифровой реставрации зависит от инструмента, и эта практика не налагает никаких требований к его использованию. 1.12 Эта практика требует, чтобы любые данные о параметрах или функциях качества поверхности, полученные с помощью описанных здесь процедур, сопровождались идентифицирующим описанием используемого измерительного прибора, оценками его низких и высоких частотных пределов, LFL и HFL, а также заявлением о том, используются ли методы восстановления. были использованы. 1.13 Для количественного сравнения данных профиля, полученных с помощью различных методов измерения, статистические параметры и функции, представляющие интерес, должны сравниваться в одних и тех же или сопоставимых пространственно-частотных областях. Наиболее распространенными величинами, используемыми для сравнения поверхностей, являются их среднеквадратические значения шероховатости (rms), которые представляют собой квадратные корни из площадей под PSD между указанными пределами частоты поверхности. Статистику поверхности, полученную в результате измерений, включающих различные диапазоны пространственных частот, нельзя сравнивать количественно, кроме как приближенным способом. В некоторых случаях измерения с частично или даже неперекрывающимися полосами пропускания можно сравнивать с помощью аналитических моделей PSD для экстраполяции PSD за пределы их полосы измерения. 1.14. Примеры конкретных ограничений ширины полосы можно взять из оптической и полупроводниковой промышленности. В оптике так называемый метод измерения полного интегрального рассеяния или TIS приводит к среднеквадратичным значениям шероховатости, включающим кольцо в двумерном пространстве пространственных частот, от 0,069 до 1,48 мкм–1; то есть динамический диапазон 1,48/0,069 = 21/1. Напротив, диапазон пространственных частот, используемых в методах оптического и механического сканирования, обычно намного больше этого, часто имея динамический диапазон 512/1 или более. В последнем случае диапазон от 0,0125 до 1 мкм–1 использовался для обсуждения среднеквадратичной шероховатости поверхности в полупроводниковой промышленности. Эти цифры приведены для иллюстрации величин и диапазонов HFL и LFL, встречающихся на практике, но не представляют собой рекомендации по конкретным пределам для спецификации параметров качества поверхности. Такой выбор зависит от приложения и должен осуществляться по усмотрению пользователя. 1.15 Пределы интегрирования, используемые при определении среднеквадратичных значений шероховатости и уклона на основе измеренных данных профиля, вводятся путем умножения измеренной PSD на коэффициент, равный нулю для пространственных частот вне желаемой полосы пропускания и единице в пределах желаемой полосы пропускания, как показано в случае (б) на рис. 1. Это называется функцией цилиндра или бинарного фильтра. До появления цифровой обработки в частотной области, используемой в этой практике, ограничения полосы пропускания вводились путем пропускания данных профиля через аналоговые или цифровые фильтры без явного преобразования их в частотную область и умножения на цилиндровую функцию. Эти два процесса математически эквивалентны при условии, что фильтр данных имеет желаемую частотную характеристику. Однако реальные фильтры данных часто имеют формы Гаусса или RC, которые лишь аппроксимируют желаемую форму цилиндра, что вносит некоторую двусмысленность в их интерпретацию. В соответствии с этой практикой рекомендуется определять среднеквадратичные значения шероховатости и крутизны с использованием вертикального окна измеренной PSD в частотной области. F 1811 – 97 (2002) 2 ВНИМАНИЕ: Этот стандарт либо был заменен новой версией, либо прекращен. Свяжитесь с ASTM International (www.astm.org) для получения последней информации. 1.16. PSD и среднеквадратичная шероховатость представляют собой статистику поверхности, представляющую особый интерес для оптической и полупроводниковой промышленности из-за их прямой связи с функциональными свойствами таких поверхностей. В случае более шероховатых поверхностей эти статистические данные по-прежнему действительны и полезны, хотя функциональные свойства таких поверхностей также могут зависеть от дополнительных статистических данных. В стандарте ASME на текстуру поверхности, B46.1, обсуждаются дополнительные статистические данные о поверхности, термины и методы измерения, применимые к обработанным поверхностям. 1.17 Единицы измерения, используемые в этой практике, представляют собой самосогласованный набор единиц СИ, который подходит для многих измерений в полупроводниковой и оптической промышленности. Эта практика не требует использования этих единиц, но требует, чтобы результаты, выраженные в других единицах, были привязаны к единицам СИ для простоты сравнения. 1.18. Настоящий стандарт не претендует на решение всех проблем безопасности, если таковые имеются, связанных с его использованием. Пользователь настоящего стандарта несет ответственность за установление соответствующих мер безопасности и охраны труда и определение применимости нормативных ограничений перед использованием.

ASTM F1811-97(2002) Ссылочный документ

• ANSI/ASME B46.1 Текстура поверхности, шероховатость поверхности, волнистость и слой*， 2023-10-26 Обновление
• ASTM E1392 
• ASTM E284 Стандартная терминология внешнего вида*， 1999-10-26 Обновление
• ASTM F1048 

ASTM F1811-97(2002) История

• 1970 ASTM F1811-97(2002)
• 1997 ASTM F1811-97 Стандартная практика оценки функции спектральной плотности мощности и связанных с ней параметров отделки на основе данных профиля поверхности