Dickenmessgerät: Kalibrierung, Überprüfung und Einstellung

Abstrakt

Das Messen physikalischer Parameter wie Schichtdicke, Oberflächenprofil und Taupunkt ist eine häufige Aufgabe für Inspektoren und Applikatoren. Diese Messungen sind jedoch nur so genau wie das Instrument, das sie durchführt. Selbst hochwertige elektronische Instrumente können zu falschen Messungen führen, wenn drei wichtige Schritte nicht befolgt werden: Kalibrierung, Überprüfung und Einstellung. In diesem Dokument werden diese häufig missverstandenen Schritte gemäß ASTM D70911, ISO 28082 und SSPC-PA 23 erläutert. Die Bedeutung eines Kalibrierungszertifikats in Langform, das eine Kalibrierung durchführen kann, und die Anwendungen, für die möglicherweise Feldanpassungen erforderlich sind wird auch diskutiert.

Sicherstellen genauer Instrumentenablesungen

Teil 1: Kalibrierung

Was ist Kalibrierung?

Das Wort "Kalibrierung" hat je nach Branche oder Einstellung, in der es verwendet wird, unterschiedliche Bedeutungen. Es besteht eine gute Chance, dass jemand, den Sie kennen, die Begriffe Kalibrierung und Kalibrierungsintervall falsch versteht, da sie sich auf die Beschichtungsinspektionsbranche beziehen. Sie wären überrascht zu erfahren, dass sie nicht nur ihr Messgerät nicht selbst kalibrieren können, sondern dass es normalerweise auch kein festes Neukalibrierungsintervall gibt.

Um festzustellen, wie schwierig es ist, Kalibrierungsbegriffe zu definieren, muss man nicht weiter suchen als die unzähligen Definitionen, die von großen Organisationen angeboten werden. Es ist nicht überraschend, dass die Erklärungen angesichts der Herausforderungen bei der Definition eines Wortes, das in vielen Branchen für viele Arten von Instrumenten verwendet wird, unterschiedlich sind.

Ein einfacherer Ansatz besteht darin, Kalibrierungsbegriffe zu erläutern, die sich auf ein bestimmtes Industriesegment beziehen, in diesem Fall die Schutzbeschichtungsindustrie. Hier stimmen ISO, ASTM, SSPC und andere allgemein überein.

Kalibrierung in der Beschichtungsinspektionsbranche

ASTM D7091 beschreibt die Verwendung von magnetischen Wirbelstrommessgeräten für die Trockenfilmdicke und ist typisch für viele Standards. Es definiert die Kalibrierung als:

"... hochrangiger, kontrollierter und dokumentierter Prozess zum Erhalten von Messungen an rückverfolgbaren Kalibrierungsstandards über den gesamten Betriebsbereich des Messgeräts und zum Vornehmen der erforderlichen Messgeräteanpassungen (nach Bedarf) zur Korrektur von Bedingungen außerhalb der Toleranz. Kalibrierung von Die Messung der Schichtdicke wird vom Gerätehersteller, seinem autorisierten Vertreter oder von einem akkreditierten Kalibrierungslabor in einer kontrollierten Umgebung unter Verwendung eines dokumentierten Verfahrens durchgeführt. Das Ergebnis der Kalibrierung besteht darin, das Messgerät wiederherzustellen / neu auszurichten, um die vom Hersteller angegebene Genauigkeit zu erreichen / zu übertreffen. ""

Innerhalb dieser Definition gibt es einige Begriffe, die einer zusätzlichen Diskussion wert sind:

""Rückverfolgbarer Kalibrierungsstandard": Grundsätzlich besteht der Zweck der Kalibrierung darin, sicherzustellen, dass ein Instrument innerhalb der Toleranz gegenüber einem Standard eines bekannten Werts liest. Die Quantifizierung dieser bekannten Werte (Gewicht, Abstand usw.) liegt in der Verantwortung einer Organisation namens International Bureau of Weights and Measures (BIPM).

Das BIPM arbeitet mit nationalen metrologischen Instituten wie dem NIST (USA), dem NPL (UK) und der PTB (Deutschland) zusammen, die Standardreferenzmaterialien (SRMs) für Standardmaße wie Länge, Gewicht und Zeit pflegen. Diese SRMs sind hochpräzise Artefakte, die als Kalibrierungsstandards für die genauesten Messgeräte verwendet werden.

Da es nicht für jedermann erschwinglich, effizient oder sogar möglich ist, gegen ein SRM zu kalibrieren, werden die SRMs zum Kalibrieren von primären Kalibrierungsstandards verwendet. Sekundärstandards werden verwendet, um Arbeitsstandards zu kalibrieren. und Arbeitsstandards werden verwendet, um Prozessinstrumente zu kalibrieren. Durch diese „Kette“ von Standards können Instrumente letztendlich direkt auf ein SRM-Artefakt zurückgeführt werden, ohne dass dieses Artefakt jemals gemessen werden muss.

Da ein Instrument oder eine Norm immer weniger genau ist als die Norm, die es kalibriert, steigt die Unsicherheit, wenn man sich weiter entlang der Normenkette bewegt.

Ein Testunsicherheitsverhältnis (TUR) von 4: 1 wird in der Industrie allgemein akzeptiert, was bedeutet, dass die Toleranz eines Instruments viermal größer ist als die Unsicherheit des Standards, an dem es gemessen wurde. Wenn beispielsweise eine TUR von 4: 1 verwendet wird, hat ein Schichtdickenmessgerät, das gegen Standards mit einer Unsicherheit von ± 0,05 mil kalibriert wurde, eine angegebene Toleranz oder Genauigkeit von ± 0,2 mil.

Im Rahmen einer Vereinbarung über die gegenseitige Anerkennung, die zwischen den wichtigsten nationalen metrologischen Instituten unterzeichnet wurde, erkennen alle teilnehmenden Institute die Gültigkeit der Kalibrierungs- und Messzertifikate des jeweils anderen an.

""Akkreditiertes Kalibrierungslabor": ASTM D7091 beschränkt die Parteien, die eine Kalibrierung durchführen können, auf" den Gerätehersteller, seinen Bevollmächtigten oder ... ein akkreditiertes Kalibrierungslabor ". Während die ersten beiden Kategorien selbstverständlich sind, ist das Konzept eines" akkreditierten Kalibrierungslabors "selbstverständlich ISO / IEC 17025 legt die Anforderungen für die Akkreditierung fest, und Laboratorien können eine solche Akkreditierung durch eine Akkreditierungsstelle erhalten, die das ILAC-Abkommen (International Laboratory Accreditation Cooperation) unterzeichnet hat.

Die ISO 17025-Akkreditierung eines Labors gilt jedoch nur für bestimmte Kalibrierungsaktivitäten. Der Akkreditierungsumfang eines Labors listet die Aktivitäten auf, für die ein Labor akkreditiert ist, zusätzlich zu der Messunsicherheit, auf die das Labor kalibrieren kann. Wenn Sie ein Kalibrierungslabor eines Drittanbieters verwenden, müssen Sie nicht nur sicherstellen, dass es akkreditiert ist, sondern auch, dass sein akkreditierter Umfang die Instrumente umfasst, die Sie kalibrieren möchten. Während es eine große Anzahl von nach ISO 17025 akkreditierten Labors gibt, sind nur wenige für die Kalibrierung von Beschichtungsinspektionsgeräten akkreditiert.

Kalibrierungszertifikate

Wenn ein Instrument kalibriert wird, wird ein Dokument ausgestellt, das als Kalibrierungszertifikat bezeichnet wird (Abbildung 1). Dieses Dokument zeichnet die tatsächlichen Messergebnisse und alle Informationen auf, die für eine erfolgreiche Instrumentenkalibrierung relevant sind, einschließlich der Rückverfolgbarkeit auf einen nationalen Standard. Auftragsspezifikationen erfordern häufig den Nachweis einer kürzlich durchgeführten Kalibrierung.

Viele Hersteller von Testgeräten liefern keine Kalibrierungszertifikate. Stattdessen können sie "Konformitätszertifikate", "Konformitätszertifikate", "Genauigkeitszertifikate" oder "Zertifikate" liefern. Dies ist kaum mehr als die Genauigkeitserklärung eines Herstellers, bei der der Benutzer darauf vertrauen muss, dass das Instrument genau misst. Solche „Zertifikate“ erfüllen nicht die Definition der Kalibrierung gemäß ASTM D7091 und anderen Standards und sind in der Regel auch nicht für interne, vertragliche oder behördliche Anforderungen geeignet.

Während Form und Inhalt der Kalibrierungszertifikate unterschiedlich sind, muss ein ordnungsgemäßes Zertifikat spezifische Mindestinformationen enthalten, die die Einhaltung der ISO / IEC 17025-Anforderungen gewährleisten. Abbildung 1 zeigt ein Beispiel für ein Kalibrierungszertifikat, wobei jedes der wichtigen Attribute hervorgehoben ist.

Abbildung 1 - Beispiel für ein Kalibrierungszertifikat

Identifizierung des Kalibrierungslabors - Ein Kalibrierungszertifikat muss angeben, wo die Kalibrierung durchgeführt wurde.

Titel - Stellen Sie sicher, dass es sich bei dem Dokument um ein Kalibrierungszertifikat oder ein Kalibrierungszertifikat handelt.

Eindeutige Kennung - Jedes Kalibrierungszertifikat ist eindeutig und sollte eine eindeutige Kennung haben, z. B. eine Serien- oder Zertifikatsnummer.

Identifizierung des kalibrierten Instruments - Das Kalibrierungszertifikat sollte das Instrument eindeutig identifizieren, einschließlich einer Seriennummer und etwaiger Modellinformationen.

Umgebungsbedingungen in der Laborumgebung - Mindestens die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit, bei der die Kalibrierung durchgeführt wurde, sollten angegeben werden.

Datum der Kalibrierung

Identifizierung der verwendeten Kalibrierungsmethode - Jede Kalibrierung sollte gemäß einem festgelegten und genehmigten Verfahren durchgeführt werden. Einige Gerätehersteller veröffentlichen ihre Kalibrierungsverfahren.

Rückverfolgbarkeitsnachweis - Die Rückverfolgbarkeit ist ein Hauptzweck eines Kalibrierungszertifikats, und der Nachweis der Rückverfolgbarkeit muss dokumentiert werden.

Kalibrierungsergebnisse - Ein Kalibrierungszertifikat muss die tatsächlichen Instrumentenablesungen anhand der Referenzwerte dokumentieren und angeben, ob die Instrumentenablesungen innerhalb der Toleranz der Referenzstandards lagen.

Name, Titel und Unterschrift der Person, die die Kalibrierung durchführt

Genauigkeitserklärung - Das Zertifikat muss die Unsicherheit angeben, dass das Instrument kalibriert wurde. Dies ist häufig identisch mit den Angaben des Herstellers, kann jedoch durch die Funktionen des Kalibrierungslabors eingeschränkt sein.

Logo / Informationen der Akkreditierungsstelle (sofern das Zertifikat nicht vom Gerätehersteller ausgestellt wurde) - Bei Zertifikaten, die nicht vom Gerätehersteller ausgestellt wurden, sollte ein Logo oder identifizierende Informationen der Stelle vorhanden sein, die das Labor akkreditiert hat.

Wenn das vom Kalibrierungslabor oder Gerätehersteller ausgestellte Zertifikat diese wichtigen Attribute nicht enthält, handelt es sich wahrscheinlich nicht um ein Kalibrierungszertifikat, wie es in den meisten Standards und Verträgen definiert ist.

Wann muss neu kalibriert werden?

Während des gesamten Lebenszyklus eines Instruments ist regelmäßig eine Neukalibrierung (oder Rezertifizierung) erforderlich, da sich die Genauigkeit der meisten Messgeräte mit der Verwendung verschlechtert. Ein Kalibrierungsintervall ist der festgelegte Zeitraum zwischen den Neukalibrierungen eines Instruments. Gemäß den Anforderungen von ISO 17025 enthalten die meisten Hersteller keine Kalibrierungsintervalle als Teil der Kalibrierungszertifikate. Warum? Weil sie nicht wissen, wie häufig das Messgerät verwendet wird, in welcher Umgebung es verwendet wird und wie gut es gepflegt wird4.

Wenn Sie keine Erfahrung mit einem Instrument haben, ist ein Jahr ein gutes Startintervall zwischen den Kalibrierungen. Dies kann durch Erfahrung und regelmäßige Überprüfung angepasst werden (siehe unten). Kunden mit neuen Instrumenten können das Datum der Inbetriebnahme des Instruments (oder das Kaufdatum) als Beginn ihres ersten Kalibrierungsintervalls verwenden. Der vernachlässigbare Effekt der Haltbarkeit minimiert die Wichtigkeit des tatsächlichen Datums des Kalibrierungszertifikats.

Teil 2: Überprüfung

Es ist wichtig zu überprüfen

Ein Kalibrierungszertifikat garantiert nicht, dass die Genauigkeit während des gesamten Kalibrierungsintervalls erhalten bleibt. Zahlreiche Faktoren können den Betrieb des Messgeräts nachteilig beeinflussen, z. B. versehentliche Beschädigung oder Ansammlung von Schmutz. Um zu verhindern, dass mit einem ungenauen Messgerät gemessen wird, müssen bei den meisten Standards die Genauigkeit und der Betrieb vor jedem Gebrauch überprüft werden, normalerweise zu Beginn jeder Arbeitsschicht. Sie sollte erneut überprüft werden, nachdem eine große Anzahl von Messungen durchgeführt wurde, wenn das Messgerät fallen gelassen wurde oder wenn der Verdacht besteht, dass fehlerhafte Ergebnisse erzielt wurden. Oft erzielen die Vertragsparteien eine erste Einigung über die Details und Frequenzintervalle der Überprüfung der Messgenauigkeit.

Was machst du in diesen Intervallen? Das hängt von Ihrem Qualitätssicherungssystem ab. Einige Besitzer messen einfach ein Musterteil, wenn ihr Messgerät neu ist, und zeichnen das Ergebnis auf. Diese Probe wird dann gespeichert und verwendet, um den Betrieb und die Genauigkeit des Messgeräts regelmäßig zu überprüfen.

Die beste und allgemein anerkannteste Methode zur Überprüfung der Genauigkeit ist jedoch die Messung von Kalibrierungsstandards in einer kontrollierten Umgebung unter Verwendung eines dokumentierten Verfahrens. ASTM D7091 enthält eine für viele Standards typische Sprache:

"7.3 Überprüfung der Genauigkeit - Vor dem Gebrauch muss die Kalibrierungsgenauigkeit jedes Instruments vom Benutzer gemäß den Anweisungen des Herstellers unter Verwendung geeigneter Schichtdickenstandards überprüft und gegebenenfalls festgestellte Mängel behoben werden. Das Messgerät sollte überprüft werden für die Genauigkeit im vorgesehenen Verwendungsbereich. "

Kalibrierungsstandards haben je nach zu überprüfendem Instrument viele Formen. Sie müssen auf ein nationales metrologisches Institut zurückführbar sein und einen Messwert im Bereich des Messgeräts haben - idealerweise in der Nähe des erwarteten Messbereichs. Der Prozess ihrer Messung wird in einem Dokument beschrieben, das als Kalibrierungsverfahren bezeichnet wird und von einigen Herstellern veröffentlicht oder auf Anfrage bereitgestellt wird.

Für Schichtdickenmessgeräte sind Beschichtungsdickenstandards entweder als zertifizierte beschichtete Metallplatten oder als Kunststoffscheiben erhältlich. Platten sind normalerweise genauer und langlebiger, aber auch teurer. (Mechanische) Schichtdickenmessgeräte vom Typ 1 können nicht mit Kunststoffscheiben überprüft werden.

Der Durchschnitt einer Reihe von Messwerten sollte innerhalb der kombinierten Toleranzen sowohl des Messgeräts als auch des Referenzstandards liegen. Um die kombinierte Toleranz zu bestimmen, werden die Toleranzen von Messgerät und Standard nicht einfach addiert, sondern es sollte die Formel "Summe der Quadrate" verwendet werden. Zum Beispiel, wenn die Genauigkeit des Referenzstandards ± 2 beträgt% und die Genauigkeit des Instruments beträgt ± 3%beträgt die kombinierte Toleranz ± 3,6%, berechnet als:

Wenn die Messwerte außerhalb der kombinierten Toleranz liegen, liegt ein Problem mit dem Messgerät oder dem Referenzstandard vor. Das problematische Messgerät oder der Referenzstandard sollte identifiziert werden, und alle seit der letzten Genauigkeitsprüfung durchgeführten Messungen sollten als verdächtig angesehen werden.

Teil 3: Anpassung

Bei vielen Inspektionsinstrumenten reichen Kalibrierung und Überprüfung aus, um sicherzustellen, dass das Instrument ordnungsgemäß misst. Für Schichtdickenmessgeräte ist jedoch häufig ein dritter Schritt erforderlich: die Einstellung. Dies liegt daran, dass Schichtdickenmessgeräte die Dicke der Beschichtung nicht direkt messen. stattdessen messen sie die magnetischen Eigenschaften des Substrats. Diese Eigenschaften schwächen sich ab, wenn sich die Sonde vom Substrat entfernt, und hängen daher mit der Beschichtungsdicke zusammen.

Es gibt jedoch andere Faktoren, die die magnetischen Eigenschaften des Substrats beeinflussen können. Diese schließen ein:

• Oberflächenrauheit (typischerweise durch Strahlen erzeugt)
• Geometrie (Krümmung, Kanteneffekt)
• Zusammensetzung (Metalllegierung, magnetische Eigenschaften, Temperatur)
• Masse (dünnes Metall)

Beschichtungsdickenmessgeräte werden normalerweise werkseitig kalibriert, um eine gute Leistung bei flachem, glattem Kohlenstoffstahl zu erzielen. Sie können jedoch bei Anwendungen mit unterschiedlicher Oberflächenrauheit, Geometrie, Zusammensetzung oder Masse genau messen, wenn eine Anpassung durchgeführt wird:

"3.1.2 Einstellung - der physikalische Vorgang des Ausrichtens der Dickenmesswerte eines Messgeräts an die einer bekannten Dickenprobe (Entfernen der Vorspannung), um die Genauigkeit des Messgeräts auf einer bestimmten Oberfläche zu verbessern."

Es ist wichtig zu beachten, dass jede Einstellung nur die Rauheit, Geometrie, Zusammensetzung und / oder Masse des Substrats an dem Ort berücksichtigt, an dem die Einstellung durchgeführt wurde. Wenn sich einer dieser Faktoren über das Teil oder den Job hinweg ändert, ist häufig eine weitere Anpassung erforderlich. Einige elektronische Instrumente, wie z. B. die Modelle PosiTector 6000 Advanced, können mehrere Kalibrierungsanpassungen speichern, sodass der Benutzer die Einstellung auswählen kann, die für die jeweilige Anwendung am besten geeignet ist.

Es ist auch zu beachten, dass nicht alle Schichtdickenmessgeräte gleich sind. Konsultieren Sie den Hersteller oder das Benutzerhandbuch des Instruments, um die beste Anleitung zum Einstellen Ihres speziellen Instruments zu erhalten. Die folgende Übersicht ist eine Anleitung zum Einstellen einer Art gängiger Schichtdickenmessgeräte.

Anpassen von Geometrie, Zusammensetzung und Masse

Um festzustellen, ob ein Instrument angepasst werden muss, prüfen Sie, ob der Durchschnitt einer Reihe von Messwerten auf dem unbeschichteten Substrat innerhalb der Messgerätetoleranz bei Null liegt. Wenn außerhalb der Toleranz gemessen wird und wahrscheinlich eine Anpassung des Messgeräts erforderlich ist. Dies ist oft so einfach wie das Versetzen aller zukünftigen Messungen durch den Fehler, der während der Prüfmessung auftritt. Elektronische Messgeräte vom Typ II wie der PosiTector 6000 verfügen normalerweise über eine integrierte Nullpunkteinstellung, um den Prozess automatisch zu gestalten. Wenn nachfolgende Messungen des unbeschichteten Substrats innerhalb der Toleranz bei Null abgelesen wurden, wurde die Einstellung erfolgreich durchgeführt. Mechanische Abziehlehren vom Typ I wie der PosiTest haben nichtlineare Skalen, daher sollte das Instrument selbst nicht eingestellt werden. Stattdessen sollte der Benutzer eine Basismetallmessung (BMR) durchführen und diesen Wert von zukünftigen Messwerten für die Schichtdicke abziehen.

Für nahezu alle Anwendungen misst das Instrument über den gesamten Bereich innerhalb der Toleranz, nachdem eine Nullpunkteinstellung erfolgreich durchgeführt wurde. Dies kann überprüft werden, indem eine Unterlegscheibe auf das unbeschichtete Substrat gelegt wird und sichergestellt wird, dass der Messwert innerhalb der kombinierten Toleranz von Unterlegscheibe und Messgerät liegt. In den seltenen Fällen, in denen das Messgerät innerhalb der Toleranz bei Null, aber außerhalb der Toleranz auf einer Unterlegscheibe anzeigt, kann eine weitere Einstellung erforderlich sein. Weitere Informationen erhalten Sie vom Hersteller des Produkthandbuchs.

Anpassung an die Oberflächenrauheit

Während eine Nullpunktanpassung häufig ausreicht, um die Auswirkungen von Geometrie, Zusammensetzung und Masse zu berücksichtigen, sollte eine Nullpunktanpassung nicht auf gestrahlten oder aufgerauten Oberflächen durchgeführt werden. Auf diesen Oberflächen messen Schichtdickenmessgeräte bis zu einem Punkt zwischen den Spitzen und Tälern der Rauheit, die als "magnetische Ebene" bezeichnet wird. Da die meisten Standards und Spezifikationen angeben, dass nur die Beschichtungsdicke über den Spitzen des Oberflächenprofils angegeben wird und eine Anpassung erforderlich ist.

Um sicherzustellen, dass ein Schichtdickenmessgerät die Dicke der Beschichtung "über den Spitzen" des Oberflächenprofils misst, besteht das akzeptierte Verfahren darin, sich an die bekannte Dicke einer Unterlegscheibe anzupassen, die über dem unbeschichteten Substrat angeordnet ist. Die Unterlegscheibe ruht auf den Spitzen eines Oberflächenprofils oder eines anderen Musters und ist ein Ersatz für den Beschichtungsfilm, der schließlich aufgetragen wird. Elektronische Messgeräte vom Typ II verfügen normalerweise über eine integrierte 1-Punkt-Einstellfunktion, um den Vorgang zu vereinfachen.

Da mechanische Abziehmessgeräte vom Typ I normalerweise einen großen Magneten verwenden, um die Oberfläche zu berühren, anstelle einer kleinen Sondenspitze, werden sie weniger von der Oberflächenrauheit beeinflusst. Der Benutzer kann einfach eine Nullpunkteinstellung durchführen, indem er eine Grundmetallmessung (BMR) auf dem unbeschichteten, gestrahlten Substrat vornimmt und diesen Wert von zukünftigen Messwerten der Beschichtungsdicke abzieht.

Verweise

1 ASTM D7091 "Standardpraxis für die zerstörungsfreie Messung der Trockenschichtdicke von nichtmagnetischen Beschichtungen auf Eisenmetallen und nichtmagnetischen, nichtleitenden Beschichtungen für Nichteisenmetalle" (ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428), www. astm.org

2 ISO 2808, Farben und Lacke - Bestimmung der Filmdicke. Erhältlich beim American National Standards Institute (ANSI), 25 W. 43. St., 4. Stock, New York, NY 10036, http://www.ansi.org

3 SSPC PA2, Verfahren zur Bestimmung der Konformität mit den Anforderungen an die Trockenbeschichtungsdicke. Erhältlich bei der Society for Protective Coatings (SSPC), 40 24th St., 6. Stock, Pittsburgh, PA 15222-4656, http://www.sspc.org

4 David Beamish, PCE - Protective Coatings Europe und JPCL Equipment Maintenance, April 2005