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【摘 要】 随着科学技术和生产的发展，小尺寸的下限越来越小，根据小尺寸被测件的形状及自身的特点，多采用千分尺法、接触式测微仪法、激光衍射法、激光散射法、放大测量法、扫描测量法、触针法、多光束干涉法、等色级干涉法及显微镜法等进行测量。
【关键词】 几何量 小尺寸测量
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.08.014
1 什么是小尺寸及国内现状
小尺寸测量的对象是细小窄薄件的长度量，根据现行国家标准的划分，小尺寸是指小于等于18mm的尺寸。随着科学技术和生产的发展，小尺寸的下限越来越小，正在向微尺寸、超微尺寸延伸，例如：集成电路中的点阵单元大小仅为1μm，电极尺寸只有0.1μm，甚至是0.1nm级。
2 小尺寸测量的特点
.小尺寸被测件尺寸小，一般要求准确度高，表面粗糙度参数值小。这决定了测量时小尺寸测量区别于大、中尺寸测量的不同，或者说是小尺寸测量的特点。
2.1 测量力引起的误差较大
对于小尺寸测量来说，由于测头和被测面之间的接触面积很小，即使很小的测量力，由于压强大，也会引起较大的压陷。
2.2 定位误差往往较大
由于被测件太小，有时难以选择设计基准或工艺基准作测量基准，以致产生定位误差，同时被测件的污垢，油膜及定位支承的表面形状和位置误差等都会引起定位误差。
2.3 温度引起的测量误差小
对于小尺寸被测件，由于其量值小，故由热变形产生的测量误差小。并且由于导热快，被测件、测量仪器和基准件的温度易平衡，故由温度引起的测量误差一般可忽略。
2.4 被测件轮廓影像易受异物的影响
由于尺寸小，清洗较困难，当被测件表面不清洁而附有异物时，将使被测轮廓影像产生畸变，使测量准确度降低。因此，对小尺寸零件表面的洁净程度要求很高，如采用超声清洗，以达到满意的结果。
2.5 衍射效应的影响大
对于小尺寸，当用普通光学法测量时，由于衍射效应，使被测轮廓边缘产生条纹而降低清晰度，因而影响瞄准精度。为了减小此项误差，应严格调焦和瞄准。
3 小尺寸测量的方法
小尺寸测量方法的选择应根据被测件的几何形状及被测件的测量准确度来选择适合的方法。下面简单举几种小尺寸几何形状的测量方法。
3.1 细丝直径的测量
对于测量范围大于5μm，测量误差大于1μm的细丝可采用千分尺法，或者采用接触式测微仪法，以接触的方式进行测量；先可以采用者采用称重法，间接进行测量。
对于准确度要求高的细丝可采用激光衍射法、激光散射法、放大测量法及扫描测量法进行测量。
3.2 小孔直径的测量
对于（0.5～3）mm的小孔直径一般采用接触测量，其测量方法很多，而最常见的用小孔测量显微镜进行测量。它的测量准确度可以到[±（0.8+1.3/n）]其中n为测量次数。
对于（0.1～0.5）mm的小孔由于测量仪器测头难于制造，一般采用非抵触法测量，主要有像点法、激光衍射法和气动法。用像点仪测量小孔直径测量准确度可以达到[±（0.5+L/300+H/300）]（L为测量长度（mm）、H为标准尺表面到被测面高度（mm））；用气动法测量小孔直径，测量准确度可达到1μm。
3.3 薄膜厚度的测量
对于薄膜厚度的测量主要有四种方法：触针法、多光束干涉法、等色级干涉法、显微镜法。
其中触针法由于触针具有一定的曲率半径，在测量时又要承受一定的测量力，易划伤被测表面，因此只适用于极薄而坚硬的膜厚；显微镜法适用于一些表面质量要求较高或硬度较低的镀膜厚度的测量；等色级干涉法与多光束干涉法不同的是用白光作光源，需要用分光镜来测量谱线的波长；而多光束干涉法，是现有测定膜厚最好的方法，是一切形状膜厚测量法的基础，在实验室中进行测量时，最好可达到（2-3）nm，但该方法的缺点是只能用于静态测量。
3.4 小宽度的测量
小宽度的测量包括薄带宽度的测量、狭缝宽度的测量及刻线宽度的测量。
薄带宽度主要指钟表工业是的游丝和电子工业中的金属薄带，其特点是宽度比厚度大许多倍，但一般宽度在1mm以下，它的测量方法与细丝的测量方法大体相同，多采用量具和量仪进行接触测量，也可用光学法进行非接触测量。
对于精度不高的狭缝可用投影放大的方法进行测量；精度要求高的可用激光衍射法和光波干涉法进行测量。
对于刻线宽度的测量按测量方法分为微差比较测量和直接比较测量。测量中主要采用光学显微镜和电子显微镜两大类仪器进行测量。
另外，对于小尺寸测量还包括镀层与涂层的有损测量和无损测量等等。
4 小尺寸测量技术的发展现状
随着小尺寸的发展趋势，小尺寸的测量设备也在日新月异的发展，一些新的测量技术已经开始得到应用。例如电视测量用于电子图形的线宽、精密光栅元件的线宽等，其准确度在水平和垂直方向均<±3μm；电子显微镜可以测量到0.001μm甚至更小的物体，这些技术和设备已经广泛用于小尺寸测量的领域。
而就目前的发展趋势，CCD器件作为一种新型的光电传感器件，应用于小尺寸动态测量，具有着广阔的发展前景，是今后小尺寸动态测量的研究方向。
作者简介
杨先颖，鞍山市计量监督检定所长度室主任，一级注册计量师，从事长度计量工作16年。
于枫，鞍山市计量监督检定所长度室检定员，二级注册计量师，从事长度计量工作8年。
（责任编辑：张晓明）
【关键词】 几何量 小尺寸测量
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.08.014
1 什么是小尺寸及国内现状
小尺寸测量的对象是细小窄薄件的长度量，根据现行国家标准的划分，小尺寸是指小于等于18mm的尺寸。随着科学技术和生产的发展，小尺寸的下限越来越小，正在向微尺寸、超微尺寸延伸，例如：集成电路中的点阵单元大小仅为1μm，电极尺寸只有0.1μm，甚至是0.1nm级。
2 小尺寸测量的特点
.小尺寸被测件尺寸小，一般要求准确度高，表面粗糙度参数值小。这决定了测量时小尺寸测量区别于大、中尺寸测量的不同，或者说是小尺寸测量的特点。
2.1 测量力引起的误差较大
对于小尺寸测量来说，由于测头和被测面之间的接触面积很小，即使很小的测量力，由于压强大，也会引起较大的压陷。
2.2 定位误差往往较大
由于被测件太小，有时难以选择设计基准或工艺基准作测量基准，以致产生定位误差，同时被测件的污垢，油膜及定位支承的表面形状和位置误差等都会引起定位误差。
2.3 温度引起的测量误差小
对于小尺寸被测件，由于其量值小，故由热变形产生的测量误差小。并且由于导热快，被测件、测量仪器和基准件的温度易平衡，故由温度引起的测量误差一般可忽略。
2.4 被测件轮廓影像易受异物的影响
由于尺寸小，清洗较困难，当被测件表面不清洁而附有异物时，将使被测轮廓影像产生畸变，使测量准确度降低。因此，对小尺寸零件表面的洁净程度要求很高，如采用超声清洗，以达到满意的结果。
2.5 衍射效应的影响大
对于小尺寸，当用普通光学法测量时，由于衍射效应，使被测轮廓边缘产生条纹而降低清晰度，因而影响瞄准精度。为了减小此项误差，应严格调焦和瞄准。
3 小尺寸测量的方法
小尺寸测量方法的选择应根据被测件的几何形状及被测件的测量准确度来选择适合的方法。下面简单举几种小尺寸几何形状的测量方法。
3.1 细丝直径的测量
对于测量范围大于5μm，测量误差大于1μm的细丝可采用千分尺法，或者采用接触式测微仪法，以接触的方式进行测量；先可以采用者采用称重法，间接进行测量。
对于准确度要求高的细丝可采用激光衍射法、激光散射法、放大测量法及扫描测量法进行测量。
3.2 小孔直径的测量
对于（0.5～3）mm的小孔直径一般采用接触测量，其测量方法很多，而最常见的用小孔测量显微镜进行测量。它的测量准确度可以到[±（0.8+1.3/n）]其中n为测量次数。
对于（0.1～0.5）mm的小孔由于测量仪器测头难于制造，一般采用非抵触法测量，主要有像点法、激光衍射法和气动法。用像点仪测量小孔直径测量准确度可以达到[±（0.5+L/300+H/300）]（L为测量长度（mm）、H为标准尺表面到被测面高度（mm））；用气动法测量小孔直径，测量准确度可达到1μm。
3.3 薄膜厚度的测量
对于薄膜厚度的测量主要有四种方法：触针法、多光束干涉法、等色级干涉法、显微镜法。
其中触针法由于触针具有一定的曲率半径，在测量时又要承受一定的测量力，易划伤被测表面，因此只适用于极薄而坚硬的膜厚；显微镜法适用于一些表面质量要求较高或硬度较低的镀膜厚度的测量；等色级干涉法与多光束干涉法不同的是用白光作光源，需要用分光镜来测量谱线的波长；而多光束干涉法，是现有测定膜厚最好的方法，是一切形状膜厚测量法的基础，在实验室中进行测量时，最好可达到（2-3）nm，但该方法的缺点是只能用于静态测量。
3.4 小宽度的测量
小宽度的测量包括薄带宽度的测量、狭缝宽度的测量及刻线宽度的测量。
薄带宽度主要指钟表工业是的游丝和电子工业中的金属薄带，其特点是宽度比厚度大许多倍，但一般宽度在1mm以下，它的测量方法与细丝的测量方法大体相同，多采用量具和量仪进行接触测量，也可用光学法进行非接触测量。
对于精度不高的狭缝可用投影放大的方法进行测量；精度要求高的可用激光衍射法和光波干涉法进行测量。
对于刻线宽度的测量按测量方法分为微差比较测量和直接比较测量。测量中主要采用光学显微镜和电子显微镜两大类仪器进行测量。
另外，对于小尺寸测量还包括镀层与涂层的有损测量和无损测量等等。
4 小尺寸测量技术的发展现状
随着小尺寸的发展趋势，小尺寸的测量设备也在日新月异的发展，一些新的测量技术已经开始得到应用。例如电视测量用于电子图形的线宽、精密光栅元件的线宽等，其准确度在水平和垂直方向均<±3μm；电子显微镜可以测量到0.001μm甚至更小的物体，这些技术和设备已经广泛用于小尺寸测量的领域。
而就目前的发展趋势，CCD器件作为一种新型的光电传感器件，应用于小尺寸动态测量，具有着广阔的发展前景，是今后小尺寸动态测量的研究方向。
作者简介
杨先颖，鞍山市计量监督检定所长度室主任，一级注册计量师，从事长度计量工作16年。
于枫，鞍山市计量监督检定所长度室检定员，二级注册计量师，从事长度计量工作8年。
（责任编辑：张晓明）