ISO 25178-602:2025
(Main)Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — Part 602: Design and characteristics of non-contact (confocal chromatic probe) instruments
Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — Part 602: Design and characteristics of non-contact (confocal chromatic probe) instruments
This document specifies the design and metrological characteristics of a particular non-contact instrument for measuring surface texture using a confocal chromatic probe based on axial chromatic aberration of white light. Additional metrological characteristics can be found in ISO 25178-600. Because surface profiles can be extracted from areal surface topography data, the methods described in this document are also applicable to profiling measurements.
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Surfacique — Partie 602: Conception et caractéristiques des instruments sans contact (à capteur confocal chromatique)
Le présent document spécifie la conception et les caractéristiques métrologiques d'un instrument particulier sans contact utilisé pour mesurer l'état de surface à l'aide d'un capteur confocal chromatique fonctionnant suivant le principe de l'aberration chromatique axiale de la lumière blanche. Des caractéristiques métrologiques supplémentaires peuvent être trouvées dans l'ISO 25178-600. Comme les profils de surface peuvent être extraits des données de topographie de surface surfacique, les méthodes décrites dans le présent document s'appliquent également aux mesurages de profil.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
International
Standard
ISO 25178-602
Second edition
Geometrical product specifications
2025-02
(GPS) — Surface texture: Areal —
Part 602:
Design and characteristics of non-
contact (confocal chromatic probe)
instruments
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface:
Surfacique —
Partie 602: Conception et caractéristiques des instruments sans
contact (à capteur confocal chromatique)
Reference number
© ISO 2025
All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may
be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
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CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Instrument requirements . 3
5 Metrological characteristics . 4
6 Design features . 4
7 General information . 4
Annex A (informative) Principles of confocal chromatic profilometry for areal surface
topography measurement . 5
Annex B (informative) Source of measurement error for confocal chromatic probe instruments .11
Annex C (informative) Relationship to the GPS matrix model . 14
Bibliography .15
iii
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through
ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee
has been established has the right to be represented on that committee. International organizations,
governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely
with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described
in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the different types
of ISO document should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the
ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use of (a)
patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed patent
rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received notice of (a)
patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are cautioned that
this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent database available at
www.iso.org/patents. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions
related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade
Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 213, Dimensional and geometrical product
specifications and verification, in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN)
Technical Committee CEN/TC 290, Dimensional and geometrical product specification and verification, in
accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 25178-602:2010), which has been technically
revised.
The main changes are as follows:
— removal of the terms and the definitions now specified in ISO 25178-600;
— revision of all terms and definitions for clarity and consistency with other ISO standards;
— addition of Clause 4 for instrument requirements, which summarizes the normative features and
characteristics of instruments;
— addition of Clause 5 on metrological characteristics;
— addition of Clause 6 on design features, which clarifies the types of instruments relevant to this document;
— addition of an information flow concept diagram in Clause 4;
— revision of Annex A describing the principles of instruments addressed by this document.
A list of all parts in the ISO 25178 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
iv
Introduction
This document is a geometrical product specification (GPS) standard and is to be regarded as a general GPS
standard (see ISO 14638). It influences chain link F of the chains of standards on profile and areal surface
texture.
The ISO GPS matrix model given in ISO 14638 gives an overview of the ISO GPS system of which this document
is a part. The fundamental rules of ISO GPS given in ISO 8015 apply to this document and the default decision
rules given in ISO 14253-1 apply to the specifications made in accordance with this document, unless
otherwise indicated.
For more detailed information on the relation of this document to other standards and the GPS matrix model,
see Annex C.
The principle of confocal chromatic probe can be implemented in various set-ups. The configuration
described in this document comprises three basic elements: an optoelectronic controller, a linking fibre
optic cable and a chromatic objective (sometimes called “optical pen”).
Several techniques are possible to create the axial chromatic aberration or to extract the height information
from the reflected light. In addition to implementations as point sensors, chromatic aberration can be
integrated into line sensors and field sensors. Annex A describes confocal chromatic imaging and its
implementation into distance measurement probes in detail.
This type of instrument is mainly designed for areal measurements, but it is also able to perform profiling
measurements.
This document describes the design and the metrological characteristics of an optical profiler using a
confocal chromatic probe based on axial chromatic aberration of white light, designed for the measurement
of areal surface texture.
For more detailed information on the confocal chromatic probe instrument technique, see Annex A. Reading
this annex before the main body can lead to a better understanding of this document.
v
International Standard ISO 25178-602:2025(en)
Geometrical product specifications (GPS) — Surface
texture: Areal —
Part 602:
Design and characteristics of non-contact (confocal chromatic
probe) instruments
1 Scope
This document specifies the design and metrological characteristics of a particular non-contact instrument
for measuring surface texture using a confocal chromatic probe based on axial chromatic aberration of white
light. Additional metrological characteristics can be found in ISO 25178-600. Because surface profiles can be
extracted from areal surface topography data, the methods described in this document are also applicable
to profiling measurements.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes
requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references,
the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 25178-600:2019, Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — Part 600:
Metrological characteristics for areal topography measuring methods
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 25178-600 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
chromatic aberration
optical effect of a lens that focuses light at different lengths depending on the
wavelength
Note 1 to entry: Chromatic aberration can be axial (on the optical axis) or lateral (off the optical axis). It is also defined
in ISO 10934:2020, 3.1.4.2.
3.2
chromatic objective
objective with axial chromatic aberration (3.1)
3.3
confocal chromatic probe
device that senses surface heights using a chromatic objective (3.2) mounted into a confocal setup
Note 1 to entry: Various optical configurations are discussed in Annex A.
3.4
confocal chromatic microscopy
surface topography measurement method consisting of a confocal microscope with chromatic objective (3.2)
integrated with a spectrometer whereby the surface height at a single point is sensed by the wavelength of
light reflected from the surface
[SOURCE: ISO 25178-6:2010, 3.3.7, modified — “a detection device (e.g. spectrometer)” has been replaced by
“a spectrometer”. Note 1 to entry has been deleted.]
3.5
light source
source of light containing a continuum of wavelengths in a predefined
spectral region
Note 1 to entry: The spectral region emitted by the source should be compatible with the spectral bandwidth of the
optical system and the detector.
Note 2 to entry: Usually, this spectral region extends within the visible light, between wavelength values 0,4 µm to 0,8 µm.
3.6
light source pinhole
small hole placed following the light source (3.5), to make it a point light source
Note 1 to entry: The system contains two pinholes. The first one is the light source pinhole. It defines a small spot of
light that acts as the point light source for the instrument. The second one is the discrimination pinhole (3.7). It limits
the transmitted beam to the part that is in focus on the sample surface and is reflected by it along the optical axis (see
Figure A.1).
Note 2 to entry: In practice, the pinholes are obtained by using a fibre optic which provides spatial discrimination and
allows the optical head to be used away from the optoelectronic controller.
3.7
discrimination pinhole
small hole placed in front of the detector, providing depth discrimination on a beam reflected from the
sample surface by blocking defocused light
Note 1 to entry: Notes 1 and 2 to entry in 3.6 also apply to the discrimination pinhole.
3.8
vertical range
distance measured between the focal point of the shortest wavelength and the
focal point of the longest wavelength detected on the spectrometer
Note 1 to entry: The vertical range depends on the depth of field and on the spectral range of the spectrometer.
3.9
optical pen
part of a confocal chromatic probe (3.3) that contains a chromatic objective (3.2) and that is located close to
the surface during the measurement
Note 1 to entry: The optical pen is usually connected to an opto-electronic box through a fibre optic.
3.10
stray light
signal composed of the stray light entering the discrimination pinhole (3.7), sensed by the detector when no
sample is present, and the internal signal produced by the detector itself
Note 1 to entry: The stray light signal is generally captured during a calibration procedure and subtracted to
subsequent measurements.
4 Instrument requirements
An instrument conforming to this document shall perform two operations.
a) A spectral encoding of the measurement space. This encoding is performed by stretching focus points
using axial chromatic aberration of the illuminating beam in a controlled manner. It is usually realized
using a chromatic objective and a white light source.
b) A spectral decoding of the reflected beam. This decoding identifies the focused wavelength, usually
using a spectrometer. Wavelength is then converted to height by a software using calibrated data.
These operations are part of the information flow described in Figure 1. The scale-limited surface obtained
at the end of the information flow is used to calculated areal surface texture parameters, according to
ISO 25178-2.
Such an instrument is usually referred to as a confocal chromatic profilometer, and the technique is called
confocal chromatic microscopy.
The confocal setup is usually realized using a fibre optic that acts as a source pinhole and as a discrimination
pinhole. It also allows the objective to be close to the surface while the rest of the opto-electronic device
(light source, spectrometer, power source, ventilation) is installed elsewhere.
The instrument requires a lateral scanning system as follows:
— In the case of a point sensor, it can be mounted on a lateral scanning system in order to measure a profile
(along x-axis) or a surface (in x-axis and y-axis).
— In the case of a line sensor, it can be mounted on a lateral scanning system that moves in y-axis, while the
sensor directly measures a line segment in x-axis.
NOTE A point sensor can also be associated with a rotary table in order to realize a non-contact roundness
measuring instrument.
Key
measurand
operator with intended modification
operator without intended modification
Figure 1 — Information flow concept diagram for confocal chromatic probe instruments
5 Metrological characteristics
The standard metrological characteristics for areal surface texture measuring instruments specified in
ISO 25178-600 shall be considered when designing and calibrating the instrument.
Annex B describes sources of measurement error that can influence the calibration result.
6 Design features
Standard design features described in ISO 25178-600 shall be considered in the design.
Annex A provides examples of specific design features of confocal chromatic instruments.
7 General information
The relationship between this document and the GPS matrix model is given in Annex C.
Annex A
(informative)
Principles of confocal chromatic profilometry for areal surface
topography measurement
A.1 General
The idea of using axial chromatic dispersion to code surface heights was developed in the 1980s by several
authors (see References [10] and [11]) and later implemented in scanning profilometers (see References [12],
[13] and [14]). Nowadays, several commercial optical profilometers use this technique for the measurement of
areal surface topography and even form deviation (roundness) or form [coordinate measuring machine (CMM)].
A confocal chromatic probe senses one single surface point at a time, and is moved by a lateral scanning
system, either along one axis (x-axis) to scan profiles, or along two orthogonal axes (x-axis and y-axis) to
scan surfaces. It can also be installed on rotary axes to scan roundness profiles and cylinders.
As it is non-contact, it can achieve fast lateral scans without damaging the surface.
Additional details on the confocal chromatic probe can be found in Reference [15].
A.2 Principles of axial chromatic aberration
In a confocal chromatic probe, the position of the image of any given point source depends on the wavelength
of the light source. When the light source is polychromatic, the confocal chromatic probe generates a
continuum of images corresponding to the spectral content of the source.
Axial chromatic aberration is a physical property inherent in all refractive, diffractive and gradient index
imaging systems. Figure A.1 illustrates this property.
Key
1 point light source
2 chromatic objective lens
a
Focal distance of the shortest optical wavelength (λ ).
min
b
Focal distance of the longest optical wavelength (λ ).
max
c
Axial chromatic aberration.
Figure A.1 — Principle of axial chromatic aberration
The shortest focal distance (a in Figure A.1) is also the working distance of the device,
...
Norme
internationale
ISO 25178-602
Deuxième édition
Spécification géométrique des
2025-02
produits (GPS) — État de surface:
Surfacique —
Partie 602:
Conception et caractéristiques des
instruments sans contact (à capteur
confocal chromatique)
Geometrical product specifications (GPS) — Surface
texture: Areal —
Part 602: Design and characteristics of non-contact (confocal
chromatic probe) instruments
Numéro de référence
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2025
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Exigences d'instrument .3
5 Caractéristiques métrologiques . .4
6 Éléments de conception .4
7 Informations générales. 5
Annexe A (informative) Principes de la profilométrie confocale chromatiquepour la mesure
par topographie de surface surfacique . 6
Annexe B (informative) Source d'erreur de mesure pour des instruments à capteur confocal
chromatique . .12
Annexe C (informative) Relation avec le modèle de matrice GPS .15
Bibliographie .16
iii
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux
de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire
partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a
été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L’ISO attire l’attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner l’utilisation
d’un ou de plusieurs brevets. L’ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et à l’applicabilité de
tout droit de propriété revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent document, l’ISO n'avait pas
reçu notification qu’un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa mise en application. Toutefois,
il y a lieu d’avertir les responsables de la mise en application du présent document que des informations
plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de brevets, disponible à l'adresse
www.iso.org/brevets. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié tout ou partie de
tels droits de propriété.
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données pour
information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion de
l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au
commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 213, Spécifications et vérification
dimensionnelles et géométriques des produits, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 290,
Spécification dimensionnelle et géométrique des produits, et vérification correspondante, du Comité européen
de normalisation (CEN) conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (Accord de
Vienne).
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 25178-602:2010), dont elle constitue
une révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— suppression des termes et des définitions maintenant spécifiés dans l'ISO 25178-600;
— révision de tous les termes et définitions pour la clarté et la cohérence avec les autres normes ISO;
— ajout de l’Article 4 pour les exigences de l'instrument, qui résume les éléments et caractéristiques
normatifs des instruments;
— ajout de l’Article 5 sur les caractéristiques métrologiques;
— ajout de l’Article 6 sur les éléments de conception, qui clarifie les types d'instruments pertinents pour le
présent document;
— ajout d’un diagramme conceptuel de flux d'information à l'Article 4;
— révision de l'Annexe A qui décrit les principes des instruments couverts par le présent document.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 25178 peut être trouvée sur le site internet de l'ISO.
iv
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se
trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
v
Introduction
Le présent document est une norme de spécification géométrique des produits (GPS) et doit être considérée
comme une norme GPS générale (voir l'ISO 14638). Elle influence le maillon F de la chaîne de normes
concernant l'état de surface du profil et l'état de surface surfacique.
Le modèle de matrice ISO GPS de l'ISO 14638 donne une vue d'ensemble du système ISO GPS, dont le présent
document fait partie. Les principes fondamentaux du système ISO GPS donnés dans l'ISO 8015 s'appliquent
au présent document et les règles de décision par défaut données dans l'ISO 14253-1 s'appliquent aux
spécifications faites conformément au présent document, sauf indication contraire.
Pour de plus amples informations sur la relation du présent document avec les autres normes et le modèle
de matrice GPS, voir l’Annexe C.
Le principe du capteur chromatique confocal peut être mis en œuvre de diverses manières. La configuration
décrite dans le présent document comprend trois éléments de base: un contrôleur optoélectronique, un
câble de liaison en fibre optique et un objectif chromatique (parfois appelé «crayon optique»).
Plusieurs techniques peuvent servir à créer l'aberration chromatique axiale ou à extraire l'information de
la hauteur à partir de la lumière réfléchie. En plus d'être mise en œuvre sous forme de capteurs ponctuels,
l'aberration chromatique peut être intégrée dans des barrettes et des matrices. L'Annexe A décrit en détail
l'imagerie confocale chromatique et sa mise en œuvre dans les capteurs de mesure de distance.
Ce type d'instrument est principalement conçu pour les mesurages surfaciques, mais il est également
capable d'effectuer des mesurages de profil.
Le présent document décrit les caractéristiques métrologiques d'un profilomètre optique utilisant un
capteur confocal chromatique basé sur l'aberration chromatique axiale de la lumière blanche, conçu pour le
mesurage de l'état de surface surfacique.
Pour de plus amples informations sur l'aspect technique des instruments à capteur chromatique confocal,
voir l’Annexe A. La lecture de cette annexe avant la lecture du corps principal peut aider à mieux comprendre
le présent document.
vi
Norme internationale ISO 25178-602:2025(fr)
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de
surface: Surfacique —
Partie 602:
Conception et caractéristiques des instruments sans contact
(à capteur confocal chromatique)
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie la conception et les caractéristiques métrologiques d'un instrument particulier
sans contact utilisé pour mesurer l'état de surface à l'aide d'un capteur confocal chromatique fonctionnant
suivant le principe de l'aberration chromatique axiale de la lumière blanche. Des caractéristiques
métrologiques supplémentaires peuvent être trouvées dans l'ISO 25178-600. Comme les profils de surface
peuvent être extraits des données de topographie de surface surfacique, les méthodes décrites dans le
présent document s'appliquent également aux mesurages de profil.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu'ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour
les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 25178-600:2019, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Surfacique — Partie 600:
Caractéristiques métrologiques pour les méthodes de mesure par topographie surfacique
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 25178-600, ainsi que les
suivants s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en normalisation,
consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
aberration chromatique
effet optique d'une lentille qui focalise la lumière à différentes longueurs en
fonction de la longueur d'onde
Note 1 à l'article: L'aberration chromatique peut être axiale (sur l'axe optique) ou latérale (hors de l'axe optique). Elle
est également définie dans l'ISO 10934:2020, 3.1.4.2.
3.2
objectif chromatique
objectif à aberration chromatique (3.1) axiale
3.3
capteur confocal chromatique
dispositif qui détecte les hauteurs de surface en utilisant un objectif chromatique (3.2) monté dans un
dispositif confocal
Note 1 à l'article: Diverses configurations optiques sont discutées à l'Annexe A.
3.4
microscopie confocale chromatique
méthode de mesure de la topographie des surfaces, consistant en un microscope confocal avec objectif
chromatique (3.2) intégré à un spectromètre, par laquelle la hauteur de la surface en un point unique est
mesurée grâce à la longueur d'onde lumineuse réfléchie par la surface
[SOURCE: ISO 25178-6:2010, 3.3.7, modifié — «un dispositif de détection (par exemple un spectromètre)» a
été remplacé par "un spectromètre". La Note 1 à l'article a été supprimée.]
3.5
source lumineuse
source de lumière contenant un continuum de longueurs d'onde dans une
région spectrale prédéfinie
Note 1 à l'article: Il convient que la région spectrale émise par la source soit compatible avec la bande passante
spectrale du système optique et du détecteur.
Note 2 à l'article: Habituellement, cette région spectrale s'étend à l'intérieur de la lumière visible, entre les valeurs de
longueur d'onde 0,4 µm et 0,8 µm.
3.6
sténopé de la source lumineuse
petit trou placé juste après la source lumineuse (3.5), pour en faire une source lumineuse ponctuelle
Note 1 à l'article: Le système contient deux sténopés. Le premier est le sténopé de la source lumineuse. Il définit un
petit spot de lumière se comportant comme la source lumineuse ponctuelle pour l'instrument. Le second est le sténopé
de discrimination (3.7). Il limite le faisceau transmis à la partie qui est focalisée sur la surface de l'échantillon et
réfléchie par celle-ci suivant l'axe optique (voir Figure A.1).
Note 2 à l'article: En pratique, les sténopés sont obtenus à l'aide d'une fibre optique fournissant une discrimination
spatiale et permettant d'utiliser la tête optique loin du contrôleur optoélectronique.
3.7
sténopé de discrimination
petit trou placé devant le détecteur, fournissant une discrimination de profondeur sur un faisceau réfléchi
par la surface de l'échantillon en bloquant la lumière défocalisée
Note 1 à l'article: Les Notes 1 et 2 en 3.6 s'appliquent également au sténopé de discrimination.
3.8
étendue verticale
distance mesurée entre le point focal de la longueur d'onde la plus courte et
le point focal de la longueur d'onde la plus longue détectées par le spectromètre
Note 1 à l'article: L'étendue verticale dépend de la profondeur de champ et du domaine spectral du spectromètre.
3.9
crayon optique
partie d'un capteur confocal chromatique (3.3) qui contient un objectif chromatique (3.2) et qui est située près
de la surface pendant le mesurage
Note 1 à l'article: Le crayon optique est habituellement connecté à un boîtier optoélectronique par l'intermédiaire
d'une fibre optique.
3.10
lumière parasite
signal composé de la lumière parasite pénétrant le sténopé de discrimination (3.7), mesuré par le détecteur
en l'absence de tout échantillon, et du signal interne produit par le détecteur lui-même
Note 1 à l'article: Le signal lumineux parasite est généralement évalué pendant une procédure d'étalonnage et soustrait
aux mesures ultérieures.
4 Exigences d'instrument
Un instrument conforme au présent document doit réaliser deux opérations.
a) Un encodage spectral de l'espace de mesure. Cet encodage est réalisé en allongeant les points de
focalisation en utilisant l'aberration chromatique axiale du faisceau lumineux de façon contrôlée. Il est
habituellement réalisé en utilisant un objectif chromatique et une source de lumière blanche.
b) Un décodage spectral du faisceau réfléchi. Ce décodage identifie la longueur d'onde focalisée,
habituellement en utilisant un spectromètre. La longueur d'onde est ensuite convertie en hauteur par un
logiciel en utilisant des données étalonnées.
Ces opérations font partie du flux d'information décrit à la Figure 1. La surface à échelle limitée obtenue à la
fin du flux d'information est utilisée pour les paramètres d'état de surface surfacique calculé, conformément
à l'ISO 25178-2.
Un tel instrument est généralement référé en tant que profilomètre confocal chromatique, et la technique est
appelée microscopie confocale chromatique.
Le dispositif confocal est habituellement réalisé en utilisant une fibre optique se comportant comme un
sténopé de la source et comme un sténopé de discrimination. Il permet également à l'objectif d'être proche
de la surface tandis que le reste du dispositif optoélectronique (source lumineuse, spectromètre, source
d'alimentation, ventilation) est installé ailleurs.
L'instrument nécessite un système de balayage latéral comme suit:
— Dans le cas d'un capteur ponctuel, il peut être monté sur un système de balayage latéral afin de mesurer
un profil (suivant l'axe x) ou une surface (suivant l'axe x et l'axe y).
— Dans le cas d'uncapteur ligne, il peut être monté sur un système de balayage latéral qui se déplace dans
l'axe y, tandis que le capteur mesure directement un segment de ligne dans l'axe x.
NOTE Un capteur ponctuel peut également être associé à un plateau tournant afin de réaliser un instrument de
mesure de circularité sans contact.
Légende
mesurande
operateur avec modification voulue
operateur sans modification voulue
Figure 1 — Diagramme conceptuel de flux d'information pour des instruments à capteur confocal
chromatique
5 Caractéristiques métrologiques
Les caractéristiques métrologiques types des instruments de mesure de l'état de surface surfacique
spécifiées dans l'ISO 25278-600 doivent être prises en considération lors de la conception et de l'étalonnage
de l'instrument.
L'Annexe B décrit des sources d'erreur qui peuvent influencer le résultat de l'étalonnage.
6 Éléments de conception
Les éléments de conception types décrits dans l'ISO 25178-600 doivent être pris en considération dans la
conception.
L'Annexe A fournit des exemples d'éléments de conception spécifiques d'instruments confocaux
chromatiques.
7 Informations générales
Les relations entre le présent document et le modèle de matrice GPS sont données à l'Annexe C.
Annexe A
(informative)
Principes de la profilométrie confocale chromatiquepour la mesure
par topographie de surface surfacique
A.1 Généralités
L'idée d'utiliser la dispersion chromatique axiale pour coder les hauteurs de surface a été développée dans
les années 1980 par plusieurs auteurs (voir Références [10] et [11]) et a été mise en œuvre plus tard dans
les profilomètres de balayage (voir Références [12] - [14]). De nos jours plusieurs profilomètres optiques du
commerce utilisent cette technique pour la mesure de la topographie de surface surfacique et aussi pour
l'écart de forme (circularité) ou la forme [machine à mesurer tridimensionnel (MMT)].
Un capteur confocal chromatique détecte un unique point de surface à la fois, et est déplacé par un système
de balayage latéral, suivant un axe (axe x) pour balayer des profils, ou suivant deux axes orthogonaux (axe x
et axe y) pour balayer des surfaces. Il peut aussi être installé sur des axes de rotation pour balayer des profils
de circularité et des cylindres.
Puisqu'il est sans contact, il peut effectuer des balayages latéraux rapides sans endommager la surface.
Des détails supplémentaires sur le capteur confocal chromatique peuvent être trouvés dans la Référence [15].
A.2 Principes de l'aberration chromatique axiale
Dans un capteur confocal chromatique, la position de l'image de toute source ponctuelle donnée dépend
de la longueur d'onde de la source lumineuse. Lorsque la source lumineuse est polychromatique, le capteur
confocal chromatique génère un continuum d'images correspondant au contenu spectral de la source.
L'aberration chromatique axiale est une propriété physique inhérente à tous les systèmes d'imagerie à
réfraction, à diffraction et à indice de gradient. Cette propriété est illustrée à la Figure A.1.
Légende
1 source lumineuse ponctuelle
2 lentille de focalisation chromatique
a
Distance focale de la longueur d'onde optique la plus courte (λ ).
min
b
Distance focale de la longueur d'onde optique la plus longue (λ ).
max
c
Aberration chromatique axiale.
Figure A.1 — Principe de l'aberratio
...
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