Kvalitetsstyring og måleteknik, 1. udgave, bind 2

Kvalitetsstyring og måleteknik MÅLETEKNIK – KAPITEL 1

1. UDGAVE

VALTER LOLL & JØRGEN MEINERTZ 1 Måleteknik_2korr.indd 1

28/02/2017 12.59

1 MĂĽleteknik_2korr.indd 2

28/02/2017 12.59

1 MÅLETEKNIK GENERELT

MÅLETEKNIK

1 Måleteknik_2korr.indd 3

28/02/2017 12.59

4

MÅLETEKNIK

1 Måleteknik_2korr.indd 4

28/02/2017 12.59

1. MÅLETEKNIK GENERELT Måling er en dagligdags aktivitet – ikke alene i de fleste produktionsvirksomheder, men overalt i vores hverdag.

Vi bruger måleteknikken til at bestemme størrelse (længde), mængder (vægt) eller volumen (rumfang) samt mange andre egenskaber og måleenheder. Vi kan ikke handle med hinanden uden at bruge målinger til at bestemme den vare, vi køber eller sælger. Vi kan heller ikke producere emner eller produkter uden måleteknikken, da alle specifikationer for emnerne er baseret på målinger. Det er imidlertid lidt overset i virksomhedernes kvalitetsstyringssystem, at det forholder sig sådan (figur 1.1).

FUNKTION

Kvalitetsstyring

GPS Tolerencesætning

MÅLETEKNIK

DESIGN

Processtyring

PRODUKTION

Figur 1.1 Måleteknikkens centrale placering i moderne fremstillingsteknik

1.1 Hvad er måling og hvorfor måle Vi vil normalt definere en måling som et sæt af operationer, der har til formål at bestemme værdien af en egenskab eller størrelse. Lord Kelvin, som er opfinderen af Kelvin-skalaen til brug for temperaturmålinger, siger således:

”I often say that when you can measure what you are speaking about, and express it in numbers, you know something about it; but when you cannot measure it, when you cannot express it in numbers, your knowledge is of a meagre and unsatisfactory kind.”

Lord Kelvin (1824-1907)

Figur 1.2 Lord Kelvin 1. MÅLETEKNIK GENERELT

1 Måleteknik_2korr.indd 5

5

28/02/2017 12.59

Den officielle definition på måling er følgende: ”En eksperimentel proces der har til formå at frembringe en eller flere værdier, som med rimelighed kan tilordnes en egenskab” [1].

Bemærk at en note i forbindelse med definitionen fortæller, at en måling består af et måleresultat, en måleprocedure og et kalibreret målesystem, Det er relevant at spørge, hvorfor vi foretager disse målinger. Svaret er, at det gør vi for at kunne tage beslutninger. Vi foretager således hele tiden målinger for at få dagligdagen til at fungere. Dansk Institut for Fundamental Metrologi har således skønnet, at der samlet set måles for 50 milliarder kroner om året i Danmark. Vi måler for eksempel løbende tiden for ikke at komme for sent. Vi måler mængden af den benzin, som vi køber på tankstationen. Vi måler mængden af strøm, som vi bruger hjemme, og vi betaler ud fra en given vægt af de husholdningsprodukter, som vi tager med hjem fra supermarkedet.

I virksomhederne bliver emnernes egenskaber styret i produktionen på baggrund af de målinger, vi foretager. Vi kan således ikke fremstille emner mere nøjagtigt, end vi kan måle emnets eller produktets egenskaber. Derfor bliver målingen en særdeles vigtig del af hele fremstillingsprocessen. En sådan egenskab (også kaldet karakteristikum i [36]) kan være en længde af et emne, en position af et hul i en plade, en bestemt farve, en overfladekvalitet, et strømforbrug, motoreffekt og mange andre ting.

Måleteknikken optræder alle steder i virksomheden i fremstillingskæden. Det kan være under produktudviklingen, i konstruktionen, under indkøb af komponenter, i produktionen eller under montagen i forbindelse med det færdige produkt.

Når vi foretager målinger, anvender vi forskellige former for udstyr eller værktøjer, der giver os mulighed for at bestemme et måleresultat. Det er vigtigt, at måleresultater kan sammenlignes. Det betyder, at vi skal benytte det samme grundlag for målingerne (sporbarhed), som vores omgivelser bruger.

Derfor bliver kalibrering og korrekt brug af de forskellige former for måleudstyr helt nødvendigt, hvis der skal opnås ”korrekte” måleresultater. Det betyder også, at måleresultatet skal beskrive den aktuelle egenskab (specifikation) så godt som muligt, hvorfor kendskabet til måleusikkerheden er et nødvendigt element i enhver korrekt måling. Desværre kan man konstatere, at korrekte måleresultater ofte er en overset del af virksomhedens kvalitetssystem.

1.1.1 Måleteknikkens udvikling Måleteknik er og har været en vigtig disciplin lige siden mennesket ændrede sin livsstil fra nomadelivet til livet i bopladser og begyndte at handle med sine naboer. Siden den gang har metrologien gennem mange århundreder fra før faraonernes tid i Egypten til i dag udviklet sig til den måleteknik, vi kender.

6

MÅLETEKNIK

1 Måleteknik_2korr.indd 6

28/02/2017 12.59

Der er fundet beviser for egypternes evne til at måle helt tilbage fra 7000 f.kr.

Det var i Egypten alenmålet opstod [39]. De gamle ægyptere kunne umuligt have bygget pyramiderne uden brug af måleteknik. Det ville være lige så umuligt for amerikanerne at nå til månen uden måleteknik.

Figur 1.3 Egyptisk tegning

I Egypten var enheden til brug for længdemåling - den kongelige alen - længden af Faraos underarm (omkring 52 cm). Den var desuden opdelt i 7 håndsbredder a 4 fingertykkelser.

Ideen med kalibrering eller sammenligning af måleudstyr er lige så gammel. Der er fundet beviser på, at kalibrering har været kendt 3000 år før vores tidsregning (figur 1.3).

Egypterne var dermed sandsynligvis de første til at indføre kalibrering af deres måleudstyr.

Romerne havde målenormaler som udgangspunkt for målingerne. Disse normaler blev opbevaret på hellige stedet. Det er også beskrevet i de islandske sagaer, at vikingerne benyttede de samme måleenheder som romerne.

Selv biblen beskæftiger sig med måleteknik og stillede krav til kalibrering af måleudstyret.

”I må ikke øve uret i retssager om længdemål, vægt eller

rummål. Korrekt vægt, korrekte lodder, korrekt efa og korrekt hin (rummål) skal I bruge . (3. Mosebog kapitel 19)

og:

”

”Du må ikke have to slags vægtlodder i din pose, tunge og lette”, (5 Mosebog kapitel 25)

I Danmark i middelalderen er det sandsynligvis udvalgte tyske måleenheder, der blev benyttet. Der var dengang ikke enighed i hele Danmark om at benytte de samme normaler for enhederne. Det var først med Christian II lov fra 1521, at det blev påbudt, at den Kjøbenhavnske alen (figur 1.4) skulle benyttes overalt i landet.

1. MÅLETEKNIK GENERELT

1 Måleteknik_2korr.indd 7

7

28/02/2017 12.59

Figur 1.4 Alenstok fra omkring år 1600

1.1.2 Definition af måling I daglig tale kan en måling defineres som en proces som resulterer i et tal med en tilknyttet enhed.

En målestørrelse forstås som den egenskab eller specifikation, der skal udtrykkes med en talværdi.

Ved en måling sammenlignes det kendte mål (måleudstyret) med det ukendte mål (emnet). Resultatet er en talværdi og en måleenhed.

Som et eksempel herpå kan nævnes en opmåling af en aksel med en mikrometerskrue. Der er opnået en talværdi, som er aflæst på mikrometerskruen (f.eks.

14,753), og der er tilknyttet en måleenhed (f.eks. mm). Resultatet fra målingen vil i dette eksempel være 14,753 mm. Det skal bemærkes, at et måleresultat er ikke komplet, før der er tilknyttet en måleusikkerhed. Derfor bliver det fuldstændige resultat af den nævnte måling for eksempel 14,753 mm ± 0,008 mm, hvis måleusikkerheden U er 0,008 mm. Et alternativ til angivelse af måleusikkerheden er angivelse af anden relevant information som for eksempel beskrivelse af måleprocessen inklusive det udstyr, som er benyttet.

Grundlaget for at foretage en troværdig måling er, at det anvendte måleudstyr på en eller anden måde er kalibreret. En definition på kalibrering er fx [8]: “Operation der, under specificerede betingelser, etablerer relationen mellem en kendt normal og visningen på et udstyr med tilhørende måleusikkerhed”.

Dette kan også i mere dagligdags sprog udtrykkes som: Ethvert måleudstyr viser forkert - en kalibrering fortæller hvor meget. Kalibreringer bliver ofte dokumenteret i et kalibreringscertifikat eller en kalibreringsrapport. Det skal bemærkes, at alle målinger og dermed også kalibreringer er behæftet med fejl, men mere om dette senere i bogen.

1.1.3 Måletekniske opgaver Udgangspunktet for en måling er en identificeret og defineret måleopgave. Opgaven bygger på et givent måleprincip, som igen er sammensat af en målemetode, en måleprocedure og de betingelser, som målingen foretages under.

Måletekniske opgaver som allerede nævnt mangfoldige, men i denne bog bruger vi måleteknikken fortrinsvis til at beskrive emners egenskaber og/eller procestekniske egenskaber.

8

MÅLETEKNIK

1 Måleteknik_2korr.indd 8

28/02/2017 12.59

Eksempel: En måleopgave Måling af en længde af en indstikning på en aksel (Figur 1.5).

Figur 1.5 Måling med skydelære

• Måleprincippet i figur 1.5 er fastlæggelse af en afstand på et emne via en sammenligning mellem afstanden og en kendt længde ved brug af en såkaldt ”topunktsmåling” (måling af afstanden mellem to punkter).

Målingen skal beskrive afstanden mellem to plane flader.

• Målemetoden er afstandsmåling med en skydelære.

• Måleproceduren er fremgangsmåden ved gennemførelsen af målingen som for eksempel kan være: ”Der måles to gange, hvorefter gennemsnittet beregnes og rapporteres som måleresultatet”.

1.1.4 Specifikationer og overensstemmelse Det har indtil for nyligt været en tradition, at kravene til måleudstyrenes maksimale visningsfejl har været udledt fra standarder for det pågældende udstyr.

I det omfang sådanne standarder ikke fandtes, brugte man fabrikantens angivelser i stedet for. Denne praksis er langsomt under ændring i takt med, at der begynder at blive udgivet nye internationale standarder for almindeligt geometrisk måleudstyr, hvor det er underforstået, at kravspecifikationerne for udstyret aftales mellem brugere og leverandørerne.

Standardernes opgave er nu ændret til udelukkende at beskrive, hvilke krav der kan stilles til udstyrets metrologiske (måletekniske) og designmæssige egenskaber samt, hvordan de enkelte krav kan specificeres og kalibreres. Også inden for andre områder end det geometriske er det ligeledes den aktuelle måleopgave, der bestemmer kravene til det anvendte udstyr.

Dette betyder, at det fremover er op til virksomhederne selv at definere godkendelseskriterierne for det benyttede udstyr. Denne filosofi understøttes af kvalitetsstyringsstandarderne, der klart foreskriver, at det måletekniske system skal angive kriterier for godkendelse for alt det udstyr, som er underlagt kalibreringssystemet.

1. MÅLETEKNIK GENERELT

1 Måleteknik_2korr.indd 9

9

28/02/2017 12.59

Udgangspunktet for fastlæggelse af kravene til måleudstyret i produktionssammenhæng er tolerancerne for den aktuelle egenskab (procesegenskab) og den tilladelige måleusikkerhed. For eksempel kan det i DS/EN ISO 9001 (2015) tolkes sådan, at virksomheden skal sikre, at kravene ved godkendelse af udstyr er defineret over for leverandøren af sådanne udstyr inden aftale om levering.

ISO 9001 kapitel 8.5.1 1:

”Organisationen skal sikre, at tildelte ressourcer passer til den type af måleaktiviteter, der udføres, og at den bliver vedligeholdt .

”

Der er ligeledes krav om, at der skal benyttes egnet udstyr under produktionen, og at dette skal være til rådighed.

Måleudstyrets egenskaber kan opdeles i to typer af egenskaber: Måletekniske egenskaber og designegenskaber. Designegenskaberne påvirker ikke direkte måleusikkerheden, hvorimod de måletekniske egenskaber normalt vil gøre det.

De måletekniske egenskaber i de udstyr, som virksomheden anvender i forbindelse med styring og overvågning af produkternes kvalitet skal ifølge det foregående være fastlagt i form af maksimale tilladelige fejl eller afvigelser (også kaldet MPE-værdier). Udstyrets stabilitet, hysterese, drift, nøjagtighed, repeterbarhed og opløsning skal derfor være kendt og inden for disse specificerede og i forvejen godkendte grænser.

Overensstemmelse Når det skal bevises, at en given egenskab på et emne eller en måleteknisk egenskab på et måleudstyr overholder de specificerede krav, betyder det, at egenskabens mål eller udstyrets afvigelser skal ligge inden for de specificerede krav under hensyntagen til måleusikkerheden.

Overensstemmelseserklæringer for måleudstyr kan udstedes af de akkrediterede laboratorier eller virksomheden selv. I henhold til EA´s (europæisk akkreditering) retningslinjer er der følgende muligheder ved udstedelse disse erklæringer: • Resultatet af målingen ligger inden for tolerancen med en margin der er større eller lig med den ekspanderede måleusikkerhed på resultatet.

Den målte størrelse ligger derfor inden for tolerancen med en dækningssandsynlighed på 95 %. (forkortes Pass - P).

• Resultatet af målingen ligger inden for tolerancen, med en margin der er mindre end den ekspanderede måleusikkerhed på resultatet. Det kan derfor ikke afgøres, om den målte størrelse ligger inden for eller uden for tolerancen med en dækningssandsynlighed på 95 % (Probably pass - Pp).

• Resultatet af målingen ligger uden for tolerancen, men med en margin der er mindre end den ekspanderede måleusikkerhed på resultatet.

10

MÅLETEKNIK

1 Måleteknik_2korr.indd 10

28/02/2017 12.59

Det kan derfor ikke afgøres om den målte størrelse ligger inden for eller uden for tolerancen med en dækningssandsynlighed på 95 % (Probably fail - Pf).

• Resultatet af målingen ligger uden for tolerancen med en margin der er større end eller lig med den ekspanderede måleusikkerhed. Den målte størrelse ligger derfor uden for tolerancen med en dækningssandsynlighed på 95 % (Fail - F).

Se figur 1.6 for nærmere forklaring: Afvigelse Pf ★

F★ Øvre specifikatios grænse (MPE)

Pp ★ P★

Referenceværdi

Øvre specifikatios grænse (MPE)

★ = måleresultat

= 95% Usikkerhedsområde

Figur 1.6 Overensstemmelse med specifikation

1.1.5 Måleresultater Et måleresultat er et sæt af måleværdier som er knyttet til en egenskab (measurand) sammen med enhver anden relevant information, der er til rådighed [1].

Relevant information kan for eksempel være i form af angivelse af en sandsynlighedsfordeling (se kapitel 2).

Normalt angives måleresultatet i form at en enkelt målt værdi og den tilhørende måleusikkerhed. Hvis måleusikkerheden kan betragtes som værende uden betydning for formålet, kan denne udelades. Der skal her igen gøres opmærksom på, at enhver måling er behæftet med fejl, og en sand værdi vil i sagens natur altid være ukendt.

Et eksempel på rapportering af et måleresultat fra måling af en cylinder er fx ø25,843 mm ± 0,004 mm. Den numeriske værdi af et måleresultat bør/skal være afrundet til mindste betydende ciffer i den udvidede usikkerhed for måleresultatet.

1. MÅLETEKNIK GENERELT

1 Måleteknik_2korr.indd 11

11

28/02/2017 12.59

1.1.6 Nøjagtighed Nøjagtigheden af et måleresultat defineres som ”Graden af overensstemmelse mellem måleresultat og den (vedtagne) sande værdi af målestørrelsen” [1]. Det bemærkes, at målenøjagtighed ikke nødvendigvis er givet som en fast størrelse, men kan variere med måleområdet. Ofte benyttes begrebet for en oversættelse af den engelske betegnelse ”measurement trueness”, som er forskellen mellem gennemsnittet af et antal målinger og en ”kendt” normal.

1.1.7 Målefejl (afvigelse) Målt værdi minus en reference værdi [1].

En systematisk fejl eller afvigelse er en komponent af målefejlen, som forbliver konstant under gentagne målinger, eller som varierer forudsigeligt. Målefejlen vil normalt også indeholde en komponent af tilfældig karakter. Denne type fejl vil altid forekomme og være forskellig fra måleresultat til måleresultat. Der bør korrigeres for systematiske målefejl, hvis det er muligt.

Formel for fastlæggelse af målefejlen (afvigelsen).

ER=MR-TV. Hvor ER er afvigelsen, MR det aktuelle måleresultat og TV referenceværdien (sand værdi).

1.1.8 Korrektion I det omfang der forekommer en (systematisk) målefejl, kan det være nødvendigt at foretage en korrektion. Korrektionen er defineret som ”kompensation for en estimeret systematisk effekt [1]. Kompensationen kan antage forskellige former, som for eksempel en faktor, et fast tal eller en tabelværdi. Korrektionen foretages ud fra kalibreringsresultater i form af en konstateret afvigelse fra en referenceværdi med modsat fortegn.

Formel for korrektion: C = -ER Hvor C er korrektionen og ER er afvigelsen.

1.2 Måleenheder 1.2.1 SI enhederne De såkaldte SI enheder er et system af enheder baseret på et internationalt system af størrelser. Deres navne, symboler samt reglerne for brugen af dem er fastlagt internationalt gennem en konference (CGPM), som typisk afholdes hvert år.

Det internationale standardiserede metriske system (SI-systemet) blev opfundet af den franske abbed og videnskabsmand Gabriel Mouton allerede i 1670. Han foreslog et system, som 100 år senere blev til vores SI system, nemlig et universelt målesystem, som tog udgangspunkt i jordens størrelse.

12

MÅLETEKNIK

1 Måleteknik_2korr.indd 12

28/02/2017 12.59

Moutons system byggede på at standardenheden for længde skulle være en ti-milliontedel af afstanden fra Ækvator til Nordpolen, hvilket skulle være en fjerdedel af Jordens omkreds.

Alle enhederne bygger i dag på et system bestående af syv grundenheder, som ses af følgende figur (figur 1.7).

SI-grundenhederne

Størrelse

Betegnelse

Længde Masse Tid Strømstyrke Termodynamisk temperatur Stofmængde Lysstyrke

Meter Kilogram Sekund Ampere Kelvin mol candelac

Symbol m kg s A K mol cd

Figur 1.7 SI-grundenhederne Figur 1.8 Den internationale normal for masse .

Fra wikipedia.

De seks af enhederne har en fysisk definition, hvor den syvende, som er masse, ikke er defineret fysisk men i form at et lod, som opbevares i Paris. Alle verdens kalibrerede lodder bygger på sammenligninger med dette lod (figur 1.7).

De internationale grundenheder og en del af de afledte enheder er beskrevet i en dansk standard DS/ISO 1000.

10 000 0 00 m

n

v

ø

s Figur 1.10 Oprindelig definition af meteren Det forholder sig anderledes med definitionen af længden 1 meter. Da man i slutningen af 1700 tallet oprindeligt fastlagde længden ”en meter”, besluttede man som ovenfor nævnt, at meteren skulle være en bestemt del at jordens omkreds.

Se figur 1.10.

1. MÅLETEKNIK GENERELT

1 Måleteknik_2korr.indd 13

13

28/02/2017 12.59

Denne længde på en meter blev defineret som afstanden mellem to mærker på en platin stang (figur 1.9). Man beregnede imidlertid jordens omkreds lidt forkert, idet den faktiske omkreds er 40.051.600 m i ækvator. Det er dog forbavsende, at man ikke regnede mere forkert for så mange år siden.

I dag er meteren defineret som længden af den vej lyset gennemløber i det tomme rum i løbet af tiden 1/299.792.458 sek.

I praksis benyttes der ofte skaleringer af meteren, f.eks. km, cm, mm og µm. Forholdet mellem disse, er ligeledes vedtaget af CGPM og angivet herunder:

1 m = 1/1000 km 1 m = 1000 mm 1 mm = 1000 µm 1 µm = 1000 nm 1 mm = 0,001 m 1 µm = 0,001 mm 1 nm = 0,001 µm

Den ovenfor viste skalering benyttes også i forbindelse med andre måleenheder.

Det kan være gram eller ampere (for eksempel mg eller mA).

Bemærk at USA ikke bruger størrelsen en meter. De benytter stadig enheden en tomme.

Størrelsen af en tomme: 1 Inch = 25,4 mm En fuldstændig beskrivelse af og forklaring om det internationale enhedssystem kan findes i en publikation udgivet af Bureau International de Poids et Mesures (BIPM). Denne publikation kan findes på BIPM’s hjemmeside www.bipm.org

1.2.2 Internationalt samarbejde Det internationale måletekniske samarbejde er bygget op om generalkonferencen om mål og vægt, General Conference on Weights and Mesures (CGPM). Denne konference finder sted i Paris én gang årligt og fastlægger den internationale politik for måleteknikken. Ved siden af denne overordnede organisation er der en række internationale organisationer inden for måleteknikken.

14

MÅLETEKNIK

1 Måleteknik_2korr.indd 14

28/02/2017 12.59

Det er først og fremmest følgende organisationer: • OIML International Organization of Legal Metrology som er organisationen for den legale måleteknik (lovbaseret) • IEC International Electrotechnical Commission. Den international komité for elteknik • ILAC International Laboratory Accreditation Cooperation. Den international laboratorie og kalibreringsorganisation.

• IFCC International Federation of Clinical Chemistry and laboratory Medicine • IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry • IUPAP International Union of Pure and Applied Physics De nævnte organisationer har i samarbejde udgivet to vigtige dokumenter inden for måleteknikken: • Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM) [32] • International vocabulary of metrology — Basic and general concepts and associated terms (VIM) [1]

1.3 Måletekniske begreber 1.3.1 Metrologi generelt Metrologi kommer af det græske ord for mål og er videnskaben om mål og vægt, nærmere bestemt målinger og måleteknik. Denne videnskab beskæftiger sig med målinger af fysiske størrelser, og det er et vigtigt både nationalt og internationalt anliggende. I moderne samfund, hvor varer og industriprodukter handles over hele verden, og hvor der sættes grænser for miljøets påvirkninger af borgerne, stilles der stadig større krav til målingernes kvalitet. Derfor har de fleste lande etableret store måletekniske forskningsinstitutter til udvikling og vedligeholdelse af måleteknik (for eksempel SP i Sverige og PTB i Tyskland).

Udviklingen af målemetoder både til industriel brug og i forbindelse med sundhed og miljø har altid været betragtet som en statsopgave. I Danmark hører denne opgave til under Erhvervsministeriet. Som det er beskrevet ovenfor, så er måling et vigtigt element i et lands handel og fremstilling af produkter. Det er konstateret, at omkostningerne til målinger i bred forstand i dag typisk antages til at udgøre ca. 6% af et lands nationalprodukt.

Metrologien kan inddeles i tre hovedområder: • Legal metrologi • Videnskabelig metrologi • Industriel metrologi

1. MÅLETEKNIK GENERELT

1 Måleteknik_2korr.indd 15

15

28/02/2017 12.59

Legal Metrologi Den legale metrologi har til formål at sikre ”kvaliteten” af målinger i forbindelse med handel, sundhed og miljø. Legal metrologi har ligeledes været opfattet som en statsopgave knyttet til forbrugerbeskyttelse. I dag har EU i stort omfang overtaget de enkelte landes indsats på dette område bl.a. ved udstedelse af EU-direktiver.

I Danmark privatiseredes både det såkaldte Justervæsen og Statsprøveanstalten i 1983, og dermed påbegyndtes en liberalisering af den praktiske del af den legale metrologi herhjemme. Erhvervsfremme Styrelsen har stået for udarbejdelsen af regelsættene inden for området og øver stadig tilsyn med private laboratorier.

I de fleste andre lande har man derimod opretholdt store institutioner til legale metrologiske formål.

Ved etableringen af EU’s indre marked måtte medlemsstaterne i 1990’erne harmonisere deres måleenheder, og World Trade Organisation, WTO, har gjort brugen af ensartede måleenheder til et element i forbindelse med vurdering af tekniske handelshindringer.

Videnskabelig metrologi Den videnskabelige metrologi har til formål at sikre det videnskabelige grundlag for målinger. I takt med øgede krav til målingers nøjagtighed og kompleksitet har denne gren af metrologien udviklet sig til en selvstændig, tværgående forskningsdisciplin.

De nationale metrologiske institutter, som herhjemme er opdelt i en række forskellige institutter som for eksempel Dansk Institut for Fundamental Metrologi, DFM, har til opgave at deltage i denne forskning og nyttiggøre den til udvikling af nye målemetoder og målenormaler. Institutterne etablerer landenes nationale normaler og sikrer deres overensstemmelse med de internationale standarder, således som de er defineret af BIPM.

Industriel Måleteknik Den industrielle metrologi har først og fremmest til formål at sikre, at de måleinstrumenter, der benyttes i produktionsvirksomhederne, viser så korrekte måleresultater som muligt, og at målingerne foretages med passende lille måleusikkerhed. Der er naturligvis mange forskellige opfattelser af, hvad der er en ”passende lille måleusikkerhed”, men mange internationale virksomheder forventer en usikkerhed, som ikke overstiger 20% af det aktuelle specifikationsområde.

I øvrigt er det at foretage målinger er relativt dyrt. Det har vist sig, at i en moderne industrivirksomhed udgør udgifterne til målinger i bred forstand typisk 10-15% af produktionsomkostningerne.

16

MÅLETEKNIK

1 Måleteknik_2korr.indd 16

28/02/2017 12.59

1.3.2 Sand værdi En sand værdi er den værdi, der beskriver en fysisk størrelse, når denne er perfekt bestemt. Den sande værdi er imidlertid et ideelt begreb, der ikke kan bestemmes eksakt, idet en fastlagt måleværdi jo er behæftet med større eller mindre målefejl (måleusikkerhed). Den sande værdi kan således kun måles, hvis alle målefejl kan elimineres. Dette er imidlertid principielt umuligt. Man kan minimere målefejlene, men ikke helt undgå dem.

Man kan derimod tale om en vedtagen sand værdi af en størrelse, som til et givet formål kan erstatte den sande værdi. Denne værdi kan også kaldes „ Konventionel sand værdi“. Den er defineret som ”Værdi tillagt en bestemt størrelse og accepteret, sommetider konventionsmæssigt, som havende en passende usikkerhed for et given formål” [1]. Et eksempel herpå kan være standardaccelerationen for frit fald gn = 9.806 65 m · s−2.

1.3.3 Måleprincip Et måleprincip er et fænomen som tjener som grundlag for en måling [1]. Fænomenet kan være af fysisk, kemisk eller biologisk natur. Måleprincippet kan også beskrives som det videnskabelige grundlag for en målemetode.

1.3.4 Målemetode En målemetode er en logisk sekvens af operationer, som skal anvendes ved udførelsen af målinger. Målemetoden er en generel beskrivelse af de praktiske operationer og teoretiske overvejelser, der er forbundet med gennemførelsen af en måling efter et givet måleprincip. Målemetoden er grundlaget for udarbejdelsen af den mere detaljerede måleprocedure. Målemetoden kan kvantificeres på forskellige måder: • Direkte målemetode (figur 1.12) • Indirekte målemetode (figur 1.13)

N

Figur 1.12 Direkte målemetode

A

Figur 1.13 Indirekte målemetode – N er en normal og A er et emne.

1. MÅLETEKNIK GENERELT

1 Måleteknik_2korr.indd 17

17

28/02/2017 12.59

Hvis der er tale om den direkte målemetode, aflæses måleresultatet direkte på instrumentet. Det kan eksempelvis være måling med et målebånd eller vejning med en digital vægt.

Den indirekte målemetode bygger på en sammenligning mellem en kendt størrelse og den ukendte målestørrelse. Et eksempel på en indirekte målemetode er måling af længde med et måleur på en stander. Der foretages ved brug af måleuret en sammenligning mellem længden af en måleklods og længden af det aktuelle element, der skal fastlægges.

1.3.5 Måleprocedure En måleprocedure er en detaljeret beskrivelse af en måling baseret på et eller flere måleprincipper og en given målemetode - inklusive eventuelle beregninger for at opnå et måleresultat [1].

Måleproceduren kan også beskrives som det sæt af operationer, der skal benyttes ved udførelsen af bestemte målinger i overensstemmelse med en given målemetode. En måleprocedure bør indeholde en erklæring om entarget-måleusikkerhed. En target-måleusikkerhed er defineret som en usikkerhed, der skal opnås under målingen.

Inden for medicinalindustrien kaldes en måleprocedure ofte en standard-operationsprocedure (SOP).

Måleproceduren bør være så godt beskrevet, at operatøren er i stand til at gennemføre målingen med den specificerede måleusikkerhed.

1.3.6 Influensstørrelser på måling En influensstørrelse er en (normalt) fysisk størrelse, som det ikke er formålet at måle, men som har indflydelse på målestørrelsens værdi eller visningen på et måleinstrument. Det kan for eksempel være temperaturen, som øver indflydelse på måleresultatet. Begrebet omfatter også operatøren og dennes fysiske og psykiske tilstand. Bemærk derfor, at evnen til at gentage målingen – kaldet repetérbarheden – næsten altid indgår i målingen som en influensfaktor.

1.4 Måleinstrumenter Ved et måleinstrument (som regel kaldet måleudstyr) forstås ethvert instrument, målenormal, referencemateriale og/eller apparatur eller en kombination heraf, som er nødvendigt for at implementere en måleproces anvendt til at udføre en specificeret og defineret måling [2].

Vi opgiver måleresultater i form af talværdier, som beskriver forholdet mellem måleobjekter, der undersøges og en referenceenhed. Måleinstrumenterne er midlet til at bestemme dette forhold.

18

MÅLETEKNIK

1 Måleteknik_2korr.indd 18

28/02/2017 12.59

Bemærk, at alle måleinstrumenter har en varierende grad af måleafvigelser eller -fejl, men ikke en usikkerhed. Det er resultatet, som aflæses på instrumentet, der er behæftet med usikkerhed.

Videnskabsfolk, ingeniører og mange medarbejdere i virksomhederne anvender mange forskellige instrumenter til at fortage målinger med. Dette strækker sig fra simple linealer, skydelærer, vægte og stopure til elektronmikroskoper, trækprøvemaskiner og koordinatmålemaskiner.

Vi opdeler måleinstrumenter i flere forskellige typer: • Visende måleinstrumenter (for eksempel mikrometerskrue eller voltmeter) • Måletransducere (for eksempel en trykmåler) • Fast måleudstyr (kontrolværktøj i form af dorne eller ringe) • Normaler (for eksempel en måleklods eller en kalibrator) • Referencemateriale (for eksempel en pH–buffer)

1.4.1 Egenskaber ved måleinstrumenter Vi definerer to forskellige typer af egenskaber for måleinstrumenter: • Måletekniske egenskaber • Designegenskaber De måletekniske egenskaber er de egenskaber i et måleinstrument, som har indflydelse på måleresultatet [2]. Disse egenskaber vil derfor påvirke den måleusikkerhed, som resultaterne fra måleinstrumentet frembringer. Det bemærkes, at måleinstrumenter ofte har flere forskellige måletekniske egenskaber, som alt efter behov skal kalibreres. Et eksempel på en måleteknisk egenskab er måleskalaen i et instrument.

Designegenskaber er egenskaber, som ikke øver direkte indflydelse på resultatet, men som af andre årsager kan være interessante i forbindelse med brugen af måleinstrumentet [2]. Det kan være udskiftelighed, skalaers læsbarhed eller diameteren på et fastspændings element i udstyret. Nogle af disse egenskaber kan have indflydelse på mulighederne for brugen af udstyret på længere sigt, som for eksempel følsomhed over for miljøpåvirkninger. Normalt kalibreres designeegenskaberne ikke.

1.4.2 Maksimal tilladelig visningsfejl (MPE) MPE-værdien er en ekstremværdi for den fejl i forhold til en referenceværdi, som det gennem specifikationer, regulativer og lignende er tilladt et givent måleinstrument at have [1]. Det betyder, at en MPE-værdi er den vedtagne maksimale tilladelige visningsfejl, en metrologisk egenskab ved et udstyr må have for, at udstyret kan blive godkendt til brug.

1. MÅLETEKNIK GENERELT

1 Måleteknik_2korr.indd 19

19

28/02/2017 12.59

Betegnelsen grænseværdier for fejl (MPL) benyttes ofte i stedet for MPE, når der er tale om egenskab, der skal være beliggende mellem to ekstremværdier. Vi bruger ikke mere begrebet tolerancer i forbindelse med krav til den måletekniske egenskab i måleinstrumentet.

Visningsfejl μm

MPE maksimal afvigelse

40 30 20 10 0 –10 –20 –30 –40

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 MPE minimal afvigelse

Nominel (mm)

Figur 1.14 Specifikationsgrænser og MPE-værdi (DS/ISO 14978) Vi benytter kalibreringssystemet til at bestemme, om et givent udstyr er i overensstemmelse med den krævede MPE-værdi.

1.4.3 Normaler og typer af normaler En normal er et måleudstyr, der er en realisering af definitionen af en given enhed (størrelse) med angivet værdi og en tilhørende måleusikkerhed. Normalerne bruges som en reference for den givne enhed.

Det er nødvendigt for en virksomhed at råde over et antal normaler (referencenormaler) som svarer til de måleenheder, som benyttes i virksomheden. Normalerne er det højeste led i kalibreringshierarkiet i virksomheden, og de bør udelukkende benyttes ved kalibrering af udstyr i virksomheden.

Det skal altid overvejes, på hvor højt et niveau i det samlede kalibreringshierarki, virksomheden vil hente ekstern sporbarhed. Hvis virksomheden kun råder over lidt udstyr inden for en sporbarhedskæde, vil det normalt ikke være økonomisk forsvarligt at investere i normaler og udarbejdelse af kalibreringsinstruktion m.v. Det vil i stedet være langt billigere at få foretaget kalibreringen af de respektive udstyr eksternt i et kalibreringslaboratorium.

20

MÅLETEKNIK

1 Måleteknik_2korr.indd 20

28/02/2017 12.59

1.15 Eksempel på en normal (referencering) til kalibrering af måleudstyr til indvendige målinger Forskellige typer af normaler: • Arbejdsnormal En normal, der som regel er kalibreret ved hjælp af en referencenormal, og som benyttes til rutinekalibreringer i laboratorier eller i virksomheder. Herved undgås drift eller slid på den overordnede (reference)normal.

• International normal Normal, der er anerkendt gennem internationale aftaler, og som er beregnet til internationalt at fungere som grundlag for sammenligning med andre normaler.

• National normal Normal anerkendt gennem en national beslutning beregnet til at fungere som grundlag for sammenligning med andre normaler i landet.

• Primærnormal Normal som har de højeste metrologiske egenskaber og hvis værdi accepteres uden reference til andre normaler for samme størrelse.

• Referencenormal Normal der i almindelighed har det den største metrologiske egenskab på et givent sted og som er i stand til at viderebringe sporbarhed.

• Rejsenormal Normal beregnet til transport mellem forskellige lokaliteter.

1.5 Sporbarhed Ifølge VIM defineres sporbarhed ved:

”Egenskab hos et måleresultat hvorigennem måleresultatet eller værdien kan relateres til en given reference gennem en dokumenteret ubrudt kæde af kalibreringer, der alle bidrager til måleusikkerheden. [1]

”

Til normalt brug kan man ved en målings sporbarhed forstå, at resultatet af denne måling kan føres tilbage til definitionen på den pågældende enhed gennem en ubrudt kæde af kalibreringer hver med kendt usikkerhed. Herved sikres det, at uanset hvordan og hvor et emne måles, vil måleresultaterne kunne

1. MÅLETEKNIK GENERELT

1 Måleteknik_2korr.indd 21

21

28/02/2017 12.59

sammenlignes direkte. Dette sker naturligvis under hensyntagen til den altid forekommende måleusikkerhed, der er en del af sporbarhedsbegrebet.

Dette krav til sporbarhed er væsentligt element i ethvert kvalitetsstyringssystem, idet det sikrer at alle involverede parter på denne måde „taler samme sprog“.

Der er som allerede nævnt nedsat en international organisation til at administrere og videreudvikle definitionerne for enhederne, CIPM (Comité International des Poids et Mesures). En anden organisation er ansvarlig for at realisere enhederne, BIPM (Bureau International des Poids et Mesures). Enhederne overføres fra BIPM eller etableres på grundlag af definitioner herfra til primærlaboratorier i de forskellige lande, som f.eks. PTB (Tyskland), NPL (England), NIST (USA), DFM (Danmark) og SP (Sverige). Overførslen kan ske ved en kalibrering af de nationale normaler hos BIPM (kilogram). Som oftest foretages overførslen imidlertid gennem internationale sammenligninger af kalibreringer foretaget af de forskellige primærlaboratorier. Fra et primærlaboratorium kan enheden derefter overføres til et nationalt referencelaboratorium. Dette sker ved kalibrering af de nationale referencenormaler.

Primær eller referencelaboratoriet kalibrerer herefter normaler for bl. a. akkrediterede laboratorier, som igen foretager kalibreringer for virksomhederne.

BIPM. Paris

Dansk Institut for Fundamental Metrologi

Hovednormal

Kalibreringslaboratoriet (fx. Trescal)

Arbejdsnormal Hovednormal

Virksomhedens hovednormal

Arbejdsnormal Kalibrering

Virksomhedens almindelige måleudstyr

Brug i produktion

Måleusikkerhed

Figur 1.17 Sporbarhed til DFM i Danmark

Et eksempel på sporbarhed i Danmark er masse, hvor DFM har et udstyr til måling, som kan måle denne enhed med en opløsning på en milliontedel af et kilo og som benyttes til at viderebringe sporbarhed fra Danmarks kilogram normal til kalibrering laboratoriernes lodder.

22

MÅLETEKNIK

1 Måleteknik_2korr.indd 22

28/02/2017 12.59

1.5.1 Sporbarhedskæde og hierarki Vi skelner mellem en sporbarhedskæde og et kalibreringshierarki. Hvor sporbarhedskæden er kæden tilbage til definitionen på den pågældende enhed, så er kalibreringshierarkiet beskrivelsen af de måleudstyr, som bygger på den aktuelle normal (relaterer sig til normalen).

Wavelength standard National standard

Interface comperator

Reference standard

+1.13

Laser interferometer Working standard

gauge block comperator – differential measurement –

dial gauges/dial micrometers test equipment

Factory standard

gauge block acc. o/l

Test equipment dial gauge

dial micrometer

length measurement probe electr., opt., pneumat.

1.18 Eksempel på kalibreringshierarki for længdemåling fra ILAC guideline P10 [35].

Sporbarheden er karakteriseret af et antal væsentlige elementer: En ubrudt kæde af sammenligninger tilbage til en normal, der er acceptabel for begge parter i en aftale. Det er som allerede beskrevet normalt nationale eller internationale normaler, som benyttes i denne sammenhæng.

• Måleusikkerheden for hver led i sporbarhedskæden skal være kendt og beregnet på grundlag af anerkendte metoder (GUM), og den skal være dokumenteret, så den samlede usikkerhed for hele kæden kan beregnes.

• Kalibreringen i hvert led i kæden skal være udført i henhold til dokumenterede og generelt anerkendte måleprocedurer, og resultaterne skal ligeledes være dokumenteret.

• De involverede laboratorier og personer i kæden skal levere bevis for deres tekniske kompetence fx. gennem akkreditering.

• Kæden af sammenligninger skal slutte ved en primærnormal, der realiserer SI-enheden • Kalibreringerne skal gentages med regelmæssige intervaller, hvor længden af disse skal afhænge af den nødvendige nøjagtighed, brugsfrekvensen, brugsmåden, og udstyrets stabilitet.

1. MÅLETEKNIK GENERELT

1 Måleteknik_2korr.indd 23

23

28/02/2017 12.59

På mange måletekniske områder som for eksempel inden for kemiske målinger erstatter referencematerialer de fysiske referencenormaler. Her er det naturligvis lige så nødvendigt, at sådanne referencematerialer er sporbare til en SI-enhed.

Et eksempel på et referencemateriale er salpetersyre-normal. Certificering af referencematerialer er en ofte anvendt metode til at demonstrere sporbarhed til SI-enheder. ISO Guide 35 beskriver hvordan man kan overholde kravene til referencemateriale og den giver modeller for udførelse af homogenitetstest og stabilitetstests.

Primær normal Josepsendiode

Zenerdiode

Multimeter-kalibrator

Figur 1.19 Eksempel på kalibreringshierarki

Ved et kalibreringshierarki forstås en kæde, hvorigennem sporbarhed for en måleenhed videregives fra et højere liggende niveau til brugeren i virksomheden gennem en ubrudt kæde af kalibreringer.

I kalibreringshierarkiet er måleudstyr ordnet, således at et mere nøjagtigt måleudstyr benyttes til kalibrering af et mindre nøjagtigt. Herved vil måleusikkerheden opsummeres ned gennem hierarkiet, fra virksomhedens referencenormal til brugeren.

1.5.2 Nationalt system for etablering af sporbarhed I Danmark administreres sporbarhedskæden i de forskellige nationale laboratorier af DANAK gennem en akkreditering. Ved et akkrediteret laboratorium forstås et laboratorium, som er godkendt og bliver overvåget af det nationale akkrediteringsorgan til at udføre kalibrering og prøvning inden for et specificeret område: En akkreditering er derfor en formel anerkendelse af et laboratoriums faglige kompetence, organisatoriske opbygning og uvildighed i forhold til kravene i en eller flere internationale standarder. For kalibrering i laboratorierne gælder standarden DS/ISO/IEC 17025 [33].

24

MÅLETEKNIK

1 Måleteknik_2korr.indd 24

28/02/2017 12.59

En akkrediteret ydelse med DANAK´s logo er virksomhedens garanti for, at kalibreringerne er sporbare og udført af kompetent personale i overensstemmelse med kravene i DS/ISO/IEC 17025 og med angivelse af tilhørende kalibreringsusikkerhed.

En DANAK akkreditering er ikke kun en dansk - men en international anerkendelse, der også er gældende på europæisk og globalt plan. DANAK har indgået aftaler om gensidig anerkendelse af rapporter udfærdiget af DANAK akkrediterede laboratorier med en lang række lande, og virksomheder kan derfor henvise til en DANAK akkreditering i mere end 50 lande. Akkrediteringer er ligeledes anerkendt af EU som et middel til harmonisering og realisering af det indre marked.

1.5.3 Internationalt system for sporbarhed Den internationale organisation ILAC samler laboratoriesamarbejdet internationalt. Den europæiske akkrediteringsorganisation EA er en del af ILAC. De forskellige akkrediteringsorganer i de europæiske lande er f.eks. SWEDAC (Sverige), DAkks (Tyskland) og UKAS (England). Disse nationale kalibreringsorganer samarbejder i EA (European co-operation for Accreditation of Laboratories), bl. a. om de krav, der stilles til akkrediterede laboratorier. Det er endvidere aftalt, at inden for EA anerkendes kalibreringscertifikater udstedt i de deltagende lande i alle andre af EA’s medlemslande. Det betyder, at danske virksomheder skal anerkende kalibreringer udført i Tyskland, Italien eller andre europæiske lande.

Et akkrediteret laboratorium overvåges af kalibreringsorganet, bl. a. ved tilsynsbesøg og ved gennemførelse af måletekniske audits (præstationsprøvninger), hvor kalibreringsorganet på sin side også overvåges af EA og ILAC.

1.5.4 Opbygning og vedligeholdelse af sporbarhed I virksomheden opnås sporbarheden til de enkelte definitioner på enhederne i praksis ved hjælp af de akkrediterede kalibreringslaboratorier. Virksomhedens normaler og i mange tilfælde også de enkelte måleudstyr kalibreres af laboratorierne, der i forbindelse med kalibreringerne redegør for den aktuelle sporbarhed og usikkerhed.

DANAK akkrediterer, som beskrevet ovenfor, laboratorierne til at foretage kalibreringer og kontrollerer et udvalg af de gennemførte kalibreringer. På denne måde garanteres sporbarheden ind i virksomheden. Dette er imidlertid i sig selv ikke tilstrækkeligt i forhold til dokumentation af sporbarhed.

Hvis virksomheden selv kalibrerer udstyr med sporbare normaler, så skal kalibreringsusikkerheden for disse kalibreringer beregnes. Denne usikkerhed, sammen med den fundne visningsafvigelse, ligger til grund for godkendelse af udstyret til brug. Derefter skal usikkerheden i forbindelse med brugen af udstyret til

1. MÅLETEKNIK GENERELT

1 Måleteknik_2korr.indd 25

25

28/02/2017 12.59

måleprocessen beregnes før, at der kan dokumenteres sporbarhed på den enkelte måling.

1.5.6 Usikkerhed i sporbarhedskæden Som det er beskrevet i det foregående, så er det en betingelse for, at der kan angives sporbarhed til en primærnormal, at der er beregnet og dokumenteret en måleusikkerhed i hvert led i sporbarhedskæden. Det betyder naturligvis, at usikkerheden stiger for hvert led i kalibreringshierarkiet. Den usikkerhed, som er nødvendig i det aktuelle tilfælde, afhænger af de krav, som er stillet til den pågældende måleproces. Kravene udledes fra den givne specifikation, hvor usikkerheden som tommelfingerregel højst må udgøre ¼ af den aktuelle specifikation.

1.6 Kalibrering Begrebet kalibrering er i standarderne defineret som:

”Sæt af arbejdsprocesser, som under specificerede betingelser i

første omgang tilvejebringer relationen mellem værdier af en størrelse inklusive måleusikkerhed etablereret af målenormaler og den tilsvarende visning med tilhørende måleusikkerhed og i andet trin bruger denne information til at etablere en relation for at etablere et måleresultat vist på et måleinstrument eller målesystem [1].

”

Kalibrering er således kun en sammenligning mellem en normal og den tilsvarende visning på det aktuelle måleudstyr. Det er her vigtigt at påpege, at betegnelsen ”et kalibreret udstyr” ikke er et udtryk for, at udstyret viser korrekt. Vi kender bare størrelsen af visningsafvigelsen.

1.6.1 Registrering og vedligeholdelse af måleudstyr Det er vigtigt at have et godt overblik over virksomhedens måleudstyr på samme måde, som man har et overblik over alt andet produktionsudstyr. Det betyder, at der bør/skal foretages en registrering af udstyret. Registreringen, som vi kalder stamkort, vil med dagens brug af PC-ere normalt foretages i en database. Traditionelt foregår registreringen i et udfyldt skærmbillede i form af et datablad, som indeholder en lang række oplysninger om det pågældende måleudstyr. Dette understøttes af, at de nye ISO standarder over geometrisk udstyr indeholder et forslag til et sådant datablad. Databladet indeholder ud over en række virksomhedsinterne informationer - som for eksempel et unikt udstyrsnummer - også en oplistning af de krævede designegenskaber og måletekniske egenskaber.

26

MÅLETEKNIK

1 Måleteknik_2korr.indd 26

28/02/2017 12.59

Registreringssystemet skal først og fremmest sikre, at udstyret både ved indkøb og under brug lever op til de specificerede krav i form af MPE-værdierne. Registreringen er normalt opdelt i følgende delelementer: • Oprettelse af diverse registreringer indført i form af etablering af et stamkort eller datablad • Mærkning af udstyret med unikt identifikationsnummer • Fastlæggelse af kalibreringsintervaller • System til indkaldelse til kalibrering • Dokumentation af foretaget kalibrering og dokumentation af dens resultater.

Mærkning af udstyret med et unikt nummer betyder, at der skal defineres et mærkningssystem. I sin mest enkle form kan det være et løbenummer, der starter med udstyr nummer 1. De fleste virksomheder indbygger en eller anden form for logik i nummeret, så som afdelingsnummer, udstyrstype eller gruppe osv.

Andre benytter blot de numre, som udstyrene har fået fra fabrikanterne. Da man før i tiden brugte kartotekskort kunne sådanne systemer have en berettigelse, men med brug af computere er det i dag mindre vigtigt, hvordan nummereringen i mærkningssystemet er opbygget.

1.6.2 Stamkort I forbindelse med indkøb af et måleudstyr skal der som nævnt foretages registrering af det på det dertil indrettede stamkort eller registreringskort. I dag vil et stamkort være gemt på elektronisk medie, f.eks. i et regneark eller i en database. Det anbefales af have et dedikeret program som fx kalibreringsprogrammet CALIB [28] til dette formål.

Stamkortet med tilhørende dokumentation skal normalt, som minimum, indeholde følgende oplysninger: • • • • • • • • •

Identifikationsnummer (til genfinding) Bruger eller brugsafdeling (brugssted) Kalibreringsstatus (godkendt til brug – passiv – spærret osv.)

Kalibreringsinterval Kalibreringsdatoer Kalibreringsresultater Kalibreringsmetode (kalibreringsinstruktion) Registrering af konstaterede afvigelser Krav til de måletekniske egenskaber i form af MPE-værdier.

Se i øvrigt DS/ISO IEE 17025 [33], der beskriver kravene til registreringssystemet.

1. MÅLETEKNIK GENERELT

1 Måleteknik_2korr.indd 27

27

28/02/2017 12.59

Herudover vil stamkortet ofte indeholde oplysninger om leverandør, mv.

1.20 Eksempel på stamkort fra kalibreringsprogrammet ”Calib” [28]

1.6.3 Kalibreringsstatus Kalibreringsstatus er en angivelse af, om udstyret er kalibreret rettidigt, og om det må anvendes. Kalibreringsstatus kan også angive, at udstyret skal kalibreres inden brug. Efter afslutning af en kalibrering skal det gøres synligt for brugerne, at udstyret er kalibreret, og hvornår næste kalibrering skal foretages.

Til dette formål kan der påsættes mærkater direkte på udstyret eller på den tilhørende opbevaringsæske. Foreningen for Værkstedsteknisk Metrologi (FVM) udgiver forskellige mærkningssystemer, enten med angivelse af kalibreringsstatus, kalibreringsdato og næste kalibreringsdato eller med en farvekode for næste kalibreringsdato. Farvekoden angiver en måned indskrevet på mærkaten og en farve for et givent år. Systemet er vist på figur 1.21 Hvis udstyret ikke er kalibreret i hele måleområdet, skal dette angives i forbindelse med udstyret således, at brugeren kan se dette. Et eksempel herpå er at benytte mærkaten ”delvis kalibreret”.

Figur 1.21 FVM’s system til angivelse af kalibreringsstatus

28

MÅLETEKNIK

1 Måleteknik_2korr.indd 28

28/02/2017 12.59

Hvis udstyret ved kalibreringen ikke overholder de specificerede krav, og ikke kan bringes til at gøre det, er det nødvendigt at mærke dette tydeligt, så ingen ved en fejltagelse kommer til at anvende det. En mulighed kan være at nedklassificere udstyret til en lavere nøjagtighedsklasse. Et eksempel herpå er et sæt måleklodser, som er af klasse 1. Overholdes denne klasse ikke, kan man nedklassificere sættet til klasse 2.

Efter kalibreringens udførelse skal der - som minimum - foretages registrering af dato for kalibrering og næste kalibrering i registreringssystemet. Det vil normalt også være hensigtsmæssigt at registrere en kode for kalibreringsresultatet, personen der har udført kalibreringen, og de anvendte normaler.

Eventuelle skemaer på papirformat, der er anvendt i forbindelse med kalibreringen, arkiveres i en udstyrsmappe. Registrering i regneark eller en dedikeret database er at foretrække, hvis eller når registreringerne skal genfindes. Det er af stor betydning for vurdering af udstyrets stabilitet og dermed også af kalibreringsintervallerne, at en registrering af udvalgte kalibreringsresultater ajourføres i form af såkaldte overvågningsværdier.

1.6.4 Krav til kalibreringssystemet De mest refererede og benyttede krav til kalibreringssystemet findes i DS/EN ISO 9001 standarden eller de tilsvarende standarder for specielle produktionsområder, så som automotive standarden IATF 16949 (hidtil DS/ISO TR 16949) eller medical device med standarden DS/ISO 13485.

Betydning af de generelle formuleringer af kravene til måleprocesserne i de enkelte standarder er bedst formuleret i DS/ISO 1012 og kan typisk beskrives som:

”Virksomheden skal styre, kalibrere, vedligeholde, håndtere

og opbevare det nødvendige inspektions-, måle og prøvningsudstvr (herunder prøvningsprogrammel), der anvendes til at demonstrere produktets overensstemmelse med de specificerede krav. Inspektions-, måle- og prøvningsudstyr skal anvendes på en måde, som sikrer, at måleusikkerheden inklusive nøjagtighed og præcision er kendt og forenelig med den krævede målekapabilitet .

”

Denne formulering er ikke direkte angivet i de nævnte standarder (specielt ikke i DS/ISO 9001), men er udtryk for filosofien bag disse. Man har i de nyere udgaver af standarderne gjort kravene mere generiske, så standarderne kan benyttes i alle former for virksomheder - lige fra fiskerbåde og landbrug til leverandørvirksomheder til automobilindustrien eller medicinalindustrien.

1. MÅLETEKNIK GENERELT

1 Måleteknik_2korr.indd 29

29

28/02/2017 12.59

Det vigtigste budskab i standarderne går på, at virksomhederne skal råde over og styre det nødvendige og tilstrækkelige måleudstyr således, at der kan udføres målinger med en passende lille måleusikkerhed i forhold til specifikationerne:

”Virksomheden skal identificere alt inspektions-, måle- og prøv-

ningsudstyr, som kan påvirke produktkvaliteten, samt kalibrere og justere dette, med foreskrevne intervaller eller før brug op mod certificeret udstyr, med et kendt og gyldigt forhold til internationalt eller nationalt anerkendte normaler. I tilfælde, hvor sådanne normale ikke eksisterer, skal grundlaget for kalibreringen være dokumenteret .

”

DS/ISO TS 16949 som i 2017 er erstattet af IATF 16949 (IATF står for international Automotive Task Force) kræver desuden, at der gennemføres målesystem-analyser eller andre former for statistiske analyser, der kan bestemme de altid forekommende variationer i måleresultaterne. Desuden skal resultaterne af kalibreringerne dokumenteres, så det kan eftervises, at der er overensstemmelse med de stillede krav.

1.6.5 Metrologisk bekræftelse DS/ISO 10012 beskriver en såkaldt måleteknisk bekræftelse i forbindelse med kalibreringen og vedligeholdelsen af virksomhedens måleudstyr. Bekræftelsen består i gennemførelsen af en kalibrering og den efterfølgende håndtering af resultater med hensyn til godkendelse til brug og information af medarbejdere om resultaterne. Denne standard er udarbejdet af den samme ISO gruppe som udarbejder ISO 9000 seriens standarder og beregnet som vejledning i alle spørgsmål om måleteknik i forhold til en certificering efter ISO 9001.

1.6,6Kalibrering og justering Bemærk at en kalibrering ikke indeholder en justering og derfor ikke er en garanti for, at et måleinstrument viser rigtigt. Kalibreringen viser kun forskellen mellem visningen på instrumentet (visningsafvigelsen) og en kendt normal.

Hvis måleudstyrets visningsfejl er for stor i forhold til den fastlagte maksimale visningsfejl (MPE-værdi), så skal måleudstyret justeres om muligt.

En justering er et sæt af arbejdsprocesser udført på et måleinstrument for at sikre, at dette leverer visninger, der svarer til den givne værdi for den egenskab, som måles. Justeringen skal derefter afsluttes med en kalibrering, som bestemmer den derpå følgende visningsfejl.

30

MÅLETEKNIK

1 Måleteknik_2korr.indd 30

28/02/2017 12.59

1.6.7 Kalibreringsinstruktioner Kravene til måleudstyr har ofte været specificeret i henhold til gamle danske/ tyske standarder eller fabrikantens oplysninger i udstyrets manual. Imidlertid bør virksomheden i stedet for selv specificere kravene ud fra den senere brug af udstyret. Da disse standarder ikke findes mere, og det i øvrigt fra et økonomisk synspunkt ikke giver mening at benytte generelle krav, er det virksomhedens ansvar at specificere de nødvendige MPE-værdier for de enkelte udstyr.

De nye (eller gamle) standarder eller fabrikantoplysninger giver ofte en anvisning på kalibreringen af måleudstyret, men som regel er den ikke operativ og ikke tilpasset de faktiske forhold.

Det er derfor nødvendigt at udarbejde specifikke kalibreringsinstruktioner for de forskellige typer måleudstyrs måletekniske egenskaber, som kalibreres internt i virksomheden. Instruktionerne skal sikre, at kalibreringen foretages på samme måde hver gang, og sikre, at virksomhedens krav til måleudstyret kan opfyldes.

I disse kalibreringsinstruktioner kan (bør) krav og metoder være tilpasset virksomhedens behov. For eksempel kan målepunkter udelades eller specifikationerne udvides. Bemærk også, at der bør væren en form for kalibreringsinstruktion for udstyr, der kalibreres eksternt. Det kan være visuel inspektion for transportskader, vurdering af resultater i certifikatet mv.

Kalibreringsinstruktionen vil normalt indeholde følgende: • Identifikation af det måleudstyr, som instruktionen omfatter • Nødvendigt referenceudstyr • Angivelse af influensparametre på kalibreringen • Angivelse af standarder, manualer m.v.

• Beskrivelse af kalibreringsmetoden • Angivelse af eventuelle resultatberegninger • Måleusikkerhed ved kalibreringen Kalibreringsinstruktionen bør også indeholde en henvisning til skemaer, programmer, regneark eller tilsvarende, der skal benyttes i forbindelse med kalibreringen FVM (Foreningen for Værkstedsteknisk Metrologi) har udarbejdet et antal kalibreringsinstruktioner, som kan benyttes som grundlag for udarbejdelsen af virksomhedens egne instruktioner, der så kan fremstå som en tilpasset version af FVM instruktionerne. Disse instruktioner er netop udkommet i en ny udgave i PDF format tilpasset de nye ISO standarder for geometrisk håndmåleudstyr. Der er samtidig udviklet et datablad og en kalibreringsrapport til hvert udstyr.

1. MÅLETEKNIK GENERELT

1 Måleteknik_2korr.indd 31

31

28/02/2017 12.59

1.7 Certifikater og rapporter Der skal ifølge standardkravene til kalibreringssystemet, forefindes kalibreringscertifikater og andre relevante oplysninger om funktionen af de benyttede måleudstyr.

Kalibreringsresultaterne skal registreres i en tilstrækkelig detaljeringsgrad og opbevares, så sporbarheden kan dokumenteres. Det kræves, at de udførte kalibreringsaktiviteter (målinger) kan reproduceres med så stor nøjagtighed, at eventuelle uregelmæssigheder senere kan konstateres. Dokumentationen bør derfor være så detaljeret, at en anden person til enhver tid kan rekonstruere kalibreringen. Registreringerne skal være af et omfang, der giver bevis for, at det enkelte måleudstyr er i stand til at gennemføre målinger med en given og kendt måleusikkerhed.

1.7.1 Overensstemmelsescertifikat (overensstemmelseserklæring) En overensstemmelseserklæring i et certifikat er en erklæring om, at de målte størrelser eller egenskaber ligger inden for en i forvejen fastsat tolerance. Hvis tolerancen er fastlagt i en standard eller i et andet normativt dokument, skal dette dokument angives entydigt i certifikatet. Bemærk igen, at der ikke er fastlagt MPE værdier i de nye ISO standarder. Hvis MPE værdien ikke findes i nationale eller internationale standarder eller normer, så skal den tolerance, der ligger til grund for certifikatet, være angivet entydigt i certifikatet.

I forbindelse med ekstern kalibrering udstedes der et kalibreringscertifikat. Heri dokumenteres den udførte kalibrering, bl.a. ved angivelse af de opnåede kalibreringsresultater, angivelse af sporbarhed og en angivelse af den benyttede målemetode. Kalibreringscertifikatet er et væsentligt dokument ved dokumentering af sporbarheden. For at sikre tilstrækkelige oplysninger i certifikaterne, er der inden for EA (European co-operation for Accreditation) opstillet følgende minimumskrav [3]: • Betegnelsen „Certifikat“, „Kalibreringscertifikat“ eller „Certifikat for kalibrering“ samt navnet på akkrediteringsorganet.

• Navn og adresse på det udstedende laboratorium • Laboratoriets akkrediteringsnummer • Et entydigt certifikatnummer • Dato(erne) for udførelsen af kalibreringen og datoen for udstedelse af certifikatet • Antallet af sider i certifikatet • Henvisning til den nationale kalibreringstjeneste, under hvilken certifikatet er udstedt • Navn (og underskrifter) for de(n) underskriftsberettigede person(er) • En erklæring om, at certifikatet ikke må gengives, undtagen i sin helhed, uden skriftlig tilladelse fra kalibreringslaboratoriet

32

MÅLETEKNIK

1 Måleteknik_2korr.indd 32

28/02/2017 12.59

• • • • • •

En identifikation af kunden En identifikation af det instrument eller det udstyr, der er kalibreret Betingelser (f.eks. miljø) under hvilke kalibreringen er udført Identifikation af specifikation eller procedure, der er anvendt En generel erklæring om sporbarheden af måleresultaterne Måleresultaterne og den dertil knyttede måleusikkerhed og/eller en angivelse af overensstemmelse med en identificeret måleteknisk specifikation.

1.7.1 Gennemgang af certifikater Selv om kalibreringen er foretaget på et akkrediteret laboratorium, skal resultaterne altid kontrolleres, når man modtager udstyr og certifikat fra kalibreringen. Årsagen hertil er, at der kan være forskellige forhold ved selve udstyret, som kræver en stillingtagen. Det kan fx. være, at det ikke overholder en given specifikation (MPE-værdi) eller, at driften i udstyret i forhold til sidste kalibrering er større end forventet. En anden grund er, at der selvfølgelig også kan ske fejl eller misforståelser på akkrediterede laboratorier, som kræver en forklaring.

Punkter til vurdering: • Korrekt udstyr og udstyrsnummer?

• Er alle usikkerheder angivet?

• Er de bestilte kalibreringspunkter rapporteret?

• Er alle MPE-værdier overholdt inklusive den angivne usikkerhed?

Når certifikatet gennemgås og sammenholdes med de foregående certifikater, kan det også give anledning til en revision af kalibreringsintervallerne.

1.7.2 Udstyr ude af kalibrering Udstyr, som er ude af kalibrering, skal enten nedklassificeres, justeres, repareres eller kasseres. Det anbefales, at man benytter en klassificering af instrumenterne på samme måde, som det ses i standarderne for planer, vinkler eller måleklodser.

På denne måde kan der spares udgifter til nye instrumenter, hvis nedklassificering stadig giver en passende måleusikkerhed i de givne tilfælde. Det skal naturligvis fremgå at udstyrene, at de tilhører den pågældende nøjagtighedsklasse.

1.7.3 Rekalibrering og kalibreringsintervaller Udgangspunktet for fastlæggelsen af kalibreringsintervallerne er først og fremmest den forventede størrelse af den ændring, som vil opstå i en given periode (kalibreringsintervallet). Denne ændring er påvirket af, hvor god kvalitet udstyret har, oplysninger om de brugsbetingelser udstyret forventes anvendt i, og den hyppighed, som udstyret benyttes.

Som eksempel har termometre, der anvendes i luft eller i ikke-aggressive væsker, ved temperaturer omkring stuetemperatur, tendens til at have relativt små

1. MÅLETEKNIK GENERELT

1 Måleteknik_2korr.indd 33

33

28/02/2017 12.59

ændringer over tiden. I modsætning hertil vil termometre, der anvendes ved høje temperaturer (over 150°C), ændres meget hurtigere. Også brugshyppigheden er som beskrevet en vigtig faktor. Et termometer, der anvendes flere gange hver uge ved høje temperaturer vil opleve en større ændring i en given periode end et identisk termometer, som anvendes til samme måling, men kun anvendes én eller to gange om måneden.

Procedure for Identifikation af kritiske måletekniske egenskaber De kritiske egenskaber er egenskaber, der bidrager med mere end 25% af måleusikkerheden. Det er først og fremmest disse egenskaber, som skal kalibreres med definerede intervaller.

Brug enten leverandørens forslag til kalibreringsintervaller eller andre internationalt foreslåede intervaller (Se for eksempel tabel 1.23).

Table 2. Calibration intervals for length standards Item

Initial Cal Interval (months)

Source

100 ft Tape #1

60

NIST

100 ft Tape #2

60

NIST

25 ft 7 m Tape

60

NIST

18 in Steel Rule

120

NIST

24 (if used or moved)

Lab

Length Bench

Tabel 1.23 Kilde „NIST“ For nye instrumenter, som ikke er kendte, kan intervallerne med fordel bygge på sådanne anbefalinger (leverandøranbefalinger, NIST, Volvo osv.). Senere bør intervallerne justeres baseret på analyse af kalibreringsdata, der er plottet i for eksempel SPC-diagrammer eller et ”runchart” (se kapitel 15). Det estimerede interval bør svare til den tid, der går, før en operatør ville gøre den første observation med et resultat, der ligger uden for advarselsgrænserne i diagrammet, når kalibreringen ikke viser synlige årsager, som kan korrigeres. Advarselsgrænserne er fastlagt på ± 2 standardafvigelser af kalibreringsprocessens usikkerhed omkring en accepteret værdi for udstyret.

Her kan der ofte spares op til 40% af omkostningerne ved en fornuftig administration af kalibreringsintervallerne. Glem i denne forbindelse ikke at undlade at kalibrere udstyr, der ikke benyttes konstant, specielt hvis dette udstyr næsten ikke har været benyttet siden sidste kalibrering. Der kan benyttes mindst 4 forskellige metoder til at fastlægge rekalibreringsintervaller. Disse metoder har alle forskellige fordele og mangler. Hvilken af disse, der konkret skal anvendes, vil være op til den enkelte at beslutte ud fra muligheder og økonomi.

34

MÅLETEKNIK

1 Måleteknik_2korr.indd 34

28/02/2017 12.59

De fire metoder er: 1. Kalendertid. Faste intervaller fremkommet som følge af erfaringen.

Denne metode er langt den mest anvendte i virksomhederne, da den er let at administrere. Mange virksomheder har valgt 1 år som kalibreringsinterval, hvilket er nemt men for kort i mange tilfælde, og derfor for dyrt.

2. „In-use“-tid. Variation af metode 1, hvor antallet af brugstimer danner grundlag for beregning af tid til næste kalibrering. Denne metode kræver software til styring af intervallerne.

3. „Staircase“ adjustment. Intervallerne justeres individuelt ifølge erfaringen med udstyret i almindelighed og det enkelte udstyrs kalibreringsresultater.

4. Kontrolkort. Udstyrets drift registreres på kortet, hvorefter variationen (i standardafvigelser) og eventuel drift beregnes.

1.7.4 Mærkning Det er normalt et krav i kvalitetsstyringsstandarderne, at måleudstyret er mærket med kalibreringsstatus. Denne angivelse af status gør det muligt for operatøren/brugerne af måleudstyret at se, om udstyret er godkendt til brug. Det anbefales at benytte FVM´s mærkningssystem til dette formål. Se figur 1.6-2.

Hvis der er begrænsninger i brugen af udstyret som for eksempel en delvis kalibrering, så skal dette også fremgå af mærkningen. Mærkningen skal beskrive, hvilke begrænsninger instrumentet har i forbindelse med brugen. I de tilfælde, hvor der ikke er plads på selve udstyret til en mærkning, kan man placere denne på den opbevaringsbeholder, som udstyret gemmes i.

1.7.5 Indkaldelse til kalibrering Fra registreringssystemet skal der regelmæssigt udskrives lister til brugsstederne eller brugerne om indkaldelse af måleudstyr til kalibrering. I denne liste skal måleudstyr, der skal kalibreres i den kommende periode være anført. Listen skal udskrives i så god tid, at kalibreringen kan gennemføres inden det nuværende kalibreringsinterval udløber.

De oplysninger der skal være anført i indkaldelseslisten, vil normalt være ID-nr, betegnelse, næste kalibreringsdato samt bruger/placering.

Det har vist sig, at de fleste virksomheder lægger ansvaret for indkaldelsen af udstyret over på en medarbejder i kalibreringsafdelingen. Den medarbejder er dermed den, der sender information om næste kalibrering ud til de respektive personer/afdelinger. Det er et oplagt system at indføre, men man skal være opmærksom på, at det altid bør være den person, som anvender udstyret, der er ansvarlig for at få sendt udstyret af sted til kalibrering. Årsagen hertil er, at brugeren er den, som ved hvor udstyret befinder sig, og som kender dets tilstand.

Afleveringen af kalibreringen kan så være lavet på grundlag af en liste udsendt af kalibreringsmedarbejderen.

1. MÅLETEKNIK GENERELT

1 Måleteknik_2korr.indd 35

35

28/02/2017 12.59