OBVLADOVANJE MERILNE OPREME
Primož Hafner
6. junij 2011
Komentiraj
Zahteve za obvladovanje merilne opreme in zagotavljanje merilne sledljivosti so opredeljene v standardih sistemov vodenja kakovosti serije ISO9000, ISO14000 in ISO17000. Elemente, pomembne pri obvladovanju merilne opreme obravnavajo tudi ISO10012 (ILAC-G24 in OIML D10), ki govori o procesu meroslovne potrditve opreme. Poleg merilne pa je potrebno obvladovati tudi drugo opremo, katera z delovanjem vpliva na končni rezultat preskusa, testa, kalibracije, ovrednotenja, …
V procesu obvladovanja merilne opreme je potrebna kalibracija, če želimo zagotoviti sledljivost naših meritev. Uporabniki lahko kalibracijo naroči pri usposobljenem kalibracijskem laboratoriju, ali jo izvede sam – interna kalibracija, pri čemer morajo veljati podobna merila.
Vsaka organizacija mora opredeliti zahteve za posamezni kos opreme, glede na njegovo uporabo. Na podlagi tega se pripravi program kalibracij oziroma drugih načinov preverjanja, s katerimi bo nadziral ali oprema izpolnjuje opredeljene zahteve. Na osnovi kalibracijskega certifikata (rezultat) sprejme zaključek o primernosti opreme. Rezultat mora biti v tem primeru takšen, da omogoča odločitev o ustreznosti gleda na predhodno postavljene zahteve uporabnika (npr. da je kalibracija opravljena v primernih merilnih točkah, da je merilna negotovost dovolj majhna).
Tabela 1: primer razvrstitve merilne opreme
Organizacija mora opredeliti meroslovne in druge zahtev za opremo na osnovi zahtev procesu v katerem to opremo potrebujejo oziroma je potrebno opredeliti vse karakteristike, ki so za neko opremo pomembni. Pri tem upošteva najmanj zahteve opredeljene v metodi, splošne zahteve, podatke iz literature, specifikacije proizvajalca, ter podatke iz prejšnjih ugotovitev – validaciji metode. Opredelitev zahtev vedno izhaja iz namena uporabe, tako so lahko zahteve različne, če se opremo uporablja pri različnih procesih.
Ker je obvladovanje merilne in druge opreme v procesu merjenja zahtevna naloga, se uporabniki navadno odločajo za zahteve, ki jih opredeljujejo razni standardi. Vendar je potrebno poudariti, da s tem lahko povzročimo kar nekaj odvečnih stroškov, ki nastanejo zaradi ponekod zelo ozkih standardnih tolerancah. Tako se organizacije odločajo za razvrščanje merilne opreme v nivoje.
Prepogosto opažamo, da uporabniki nimajo ustrezno opredeljenih zahtev za primernost merilne opreme. Vsak kos merilne opreme mora imeti svoj evidenčni karton, kjer so opredeljene tehnične specifikacije merila in najpomembneje kriteriji za sprejemljivost merilne opreme (SMO). Pri tem je potrebno pri sami izvedbi kalibracije upoštevati splošne zahteve za kalibracijo (sledljivost etalonske baze, pogoji okolja, usposobljeno osebje in ustrezni postopki).
Kriterij je sestavljen iz več vidikov, ki jih merilo v danem procesu mora zagotoviti in morajo biti pri kalibraciji merila ugotovljeni. Bistveni kriterij merilne opreme je točnost in natančnost. Točnost mora biti zagotovljena v celotnem merilnem obsegu oziroma lahko tudi zgolj v delnem merilnem obsegu, če tako merilo tudi uporabljamo. Vendar je pri tem potrebno preprečiti uporabo merila v delu, kjer točnost ni zagotovljena. Navadno standardi opredeljujejo zahteve za točnost merila v absolutnih vrednostih v obliki največjih dopustnih pogreškov NDP. V primerih, ko posebnih zahtev za ponovljivost oziroma natančnost merila v standardu ni zapisana, se laboratoriji držijo največjih dopustnih pogreškov, ki veljajo za točnost merila.
Slika 1: Tudi programska oprema mora biti pod nadzorom
Drugi bistven kriterij sprejemljivost je napaka, ki smo jo storili ko smo določali točnost merila. Tej napaki rečemo merilna negotovost, ki določa kako točno smo določili pogrešek merila. Standardi le redko opredeljujejo kriterije za »velikost« merilne negotovosti. V meroslovnem svetu se uveljavlja načelo, da naj bi bila merilna negotovost manjša od 1/3 NDP. Razlog za to je verjetno preprost.
Tabela 2: izračun vpliva merilne negotovosti na skupno točnost merila
Slika 2: Meritev navojnice ali »pitch« na pogonskem ladijskem vijaku
Če pogledamo osnovno razčlenitev merilne negotovosti v merilnem procesu, potem to lahko zapišemo z enačbo:
Pri čemer pomeni:
U - skupna ali končna merilna negotovost,
k - faktor pokritja (verjetnost porazdelitve), ki naj bi v meroslovju pri normalni ali gaussovi porazdelitvi presegla 95% ali k=2 (v skladu z EA-4/02)
um - prispevek negotovosti merilnega instrumenta, iz certifikata o kalibraciji
umi - prispevek negotovosti zaradi uporabe merilnega instrumenta (kamor po potrebi zajamemo odčitavanje, ponovljivost, obnovljivost, primerljivost, dolgotrajno stabilnost, pogojev okolja, …
uv - prispevek negotovosti zaradi merjenega vzorca (predstavljajte si merjenje ledene kocke v topli sobi)
Prispevek, ki nam ga prinese merilni instrument (um in umi) moramo že v osnovi zmanjšati pod 1/3 (ker nam to prinese v nadaljevanju največ 10%) skupne tolerance pri merjenju vzorca. Z nadaljnjim upoštevanjem korekcij merila (glede na izmerjen pogrešek pri kalibraciji), nam ostane zgolj člen merilne negotovosti. Korekcijo ni potrebno upoštevati in se je navadno pri končnih meritvah ne upošteva, saj je običajno relativno zelo majhna. V tem primeru lahko enostavno seštejemo korekcijo (lahko tudi celoten NDP) in merilno negotovost.
Slika 3: Oprema pod tlakom in varnostni ventili spadajo v zakonsko opredeljeno opremo.
V osnovi lahko kalibracijski rezultat upoštevamo na sledeče načine:
Meritev premera 1000mm, s pomičnim merilom (d=0,1mm) in s toleranco za vzorec ±0,35mm
Tabela 3: zapis na kalibracijskem certifikatu merila
Primer 1:
Merilec pri tem upoštevati napako kazanja merila in napraviti pet serij ponovitev meritev, ter izračuna povprečno vrednost. Skupaj z oceno ali izračun merilne negotovosti, ki jo stori pri meritvi (<0,1mm), se odloči za ustreznost vzorca.
Primer 2:
V tem primeru zanemari pogrešek merila (+0,2mm), in opravi eno meritev. Pogrešek tako upoštevamo skupaj z merilno negotovostjo (0,06mm). Pri tem pa izračun končne merilne negotovosti pokaže, da bi samo negotovost merjenja bistveno onemogočila ugotavljanje ustreznosti vzorca (>0,2mm).
Primer 3:
V tem primeru za ustreznost merila in meritev vzamemo celotno toleranco merila (±0,25mm), in s tem ne upoštevamo korekcije merila. Izračun merilne negotovosti pokaže nemogoče ugotavljanje ustreznosti vzorca, saj negotovost skoraj v celoti zasede toleranco (>0,3mm).
Slika 4: Meritev pravilnosti izvrtin na koordinatnem merilne stroju
S pravilno uporabo merilnega instrumenta dopuščamo večje variacije vzorcev (90%) in s tem povečamo ustreznost vzorcev v končni izdelavi. Pri zmanjševanju slabih izdelkov oziroma večanju zahtev odjemalcev si zares ne smemo privoščiti napak pri merjenju, saj nam le te direktno vplivajo na slabe izdelke, pa čeprav v veliki meri to niso. Z enostavnimi ukrepi in boljšim načrtovanjem, obvladovanjem merilne opreme lahko ustvarimo velike prihranke, čeprav prepogosto kalibracijo in vzdrževanje merilne opreme smatramo kot strošek. Z razvrščanjem meril v nivoje, glede na zahtevnost uporabe v osnovi zmanjšamo možnost napak v procesu merjenja in s tem zagotovimo manjše število slabih izdelkov.
Vsaka organizacija mora opredeliti zahteve za posamezni kos opreme, glede na njegovo uporabo. Na podlagi tega se pripravi program kalibracij oziroma drugih načinov preverjanja, s katerimi bo nadziral ali oprema izpolnjuje opredeljene zahteve. Na osnovi kalibracijskega certifikata (rezultat) sprejme zaključek o primernosti opreme. Rezultat mora biti v tem primeru takšen, da omogoča odločitev o ustreznosti gleda na predhodno postavljene zahteve uporabnika (npr. da je kalibracija opravljena v primernih merilnih točkah, da je merilna negotovost dovolj majhna).
Tabela 1: primer razvrstitve merilne opreme
| nivo | ime nivoja | oznaka (barva) | rok | posebne zahteve |
| 1 | etaloni | rumena | 12 | zunanja kalibracija (ISO 17025) |
| 2 | delavni etaloni | oranžna | 12 | interna kalibracija z etaloni 1 nivoja (po načelih ISO 17025) |
| 3 | merila prvega reda | modra | 6 | zunanja kalibracija (ISO 17025) |
| 4 | merila drugega reda | zelena | 12 | interna kalibracija z etaloni 2 nivoja |
| 5 | ostala merila | rdeča | 24 | vizualni pregled |
| 6 | zakonska merila | / | zakon | pooblaščena zunanja organizacija |
Organizacija mora opredeliti meroslovne in druge zahtev za opremo na osnovi zahtev procesu v katerem to opremo potrebujejo oziroma je potrebno opredeliti vse karakteristike, ki so za neko opremo pomembni. Pri tem upošteva najmanj zahteve opredeljene v metodi, splošne zahteve, podatke iz literature, specifikacije proizvajalca, ter podatke iz prejšnjih ugotovitev – validaciji metode. Opredelitev zahtev vedno izhaja iz namena uporabe, tako so lahko zahteve različne, če se opremo uporablja pri različnih procesih.
Ker je obvladovanje merilne in druge opreme v procesu merjenja zahtevna naloga, se uporabniki navadno odločajo za zahteve, ki jih opredeljujejo razni standardi. Vendar je potrebno poudariti, da s tem lahko povzročimo kar nekaj odvečnih stroškov, ki nastanejo zaradi ponekod zelo ozkih standardnih tolerancah. Tako se organizacije odločajo za razvrščanje merilne opreme v nivoje.
Prepogosto opažamo, da uporabniki nimajo ustrezno opredeljenih zahtev za primernost merilne opreme. Vsak kos merilne opreme mora imeti svoj evidenčni karton, kjer so opredeljene tehnične specifikacije merila in najpomembneje kriteriji za sprejemljivost merilne opreme (SMO). Pri tem je potrebno pri sami izvedbi kalibracije upoštevati splošne zahteve za kalibracijo (sledljivost etalonske baze, pogoji okolja, usposobljeno osebje in ustrezni postopki).
Kriterij je sestavljen iz več vidikov, ki jih merilo v danem procesu mora zagotoviti in morajo biti pri kalibraciji merila ugotovljeni. Bistveni kriterij merilne opreme je točnost in natančnost. Točnost mora biti zagotovljena v celotnem merilnem obsegu oziroma lahko tudi zgolj v delnem merilnem obsegu, če tako merilo tudi uporabljamo. Vendar je pri tem potrebno preprečiti uporabo merila v delu, kjer točnost ni zagotovljena. Navadno standardi opredeljujejo zahteve za točnost merila v absolutnih vrednostih v obliki največjih dopustnih pogreškov NDP. V primerih, ko posebnih zahtev za ponovljivost oziroma natančnost merila v standardu ni zapisana, se laboratoriji držijo največjih dopustnih pogreškov, ki veljajo za točnost merila.
Slika 1: Tudi programska oprema mora biti pod nadzorom
Drugi bistven kriterij sprejemljivost je napaka, ki smo jo storili ko smo določali točnost merila. Tej napaki rečemo merilna negotovost, ki določa kako točno smo določili pogrešek merila. Standardi le redko opredeljujejo kriterije za »velikost« merilne negotovosti. V meroslovnem svetu se uveljavlja načelo, da naj bi bila merilna negotovost manjša od 1/3 NDP. Razlog za to je verjetno preprost.
Tabela 2: izračun vpliva merilne negotovosti na skupno točnost merila
| NDP | merilna negotovost | seštevek2 | vpliv negotovosti na skupni seštevek |
| 1 mm | 0,10 mm | 1,01 | 1 % |
| 1 mm | 0,20 mm | 1,04 | 4 % |
| 1 mm | 0,33 mm | 1,11 | 11 % |
| 1 mm | 0,50 mm | 1,25 | 25 % |
| 1 mm | 0,75 mm | 1,56 | 56 % |
| 1 mm | 1,0 mm | 2,0 | 100 % |
| 1 mm | 2,0 mm | 5,0 | 400 % |
Slika 2: Meritev navojnice ali »pitch« na pogonskem ladijskem vijaku
Če pogledamo osnovno razčlenitev merilne negotovosti v merilnem procesu, potem to lahko zapišemo z enačbo:
Pri čemer pomeni:
U - skupna ali končna merilna negotovost,
k - faktor pokritja (verjetnost porazdelitve), ki naj bi v meroslovju pri normalni ali gaussovi porazdelitvi presegla 95% ali k=2 (v skladu z EA-4/02)
um - prispevek negotovosti merilnega instrumenta, iz certifikata o kalibraciji
umi - prispevek negotovosti zaradi uporabe merilnega instrumenta (kamor po potrebi zajamemo odčitavanje, ponovljivost, obnovljivost, primerljivost, dolgotrajno stabilnost, pogojev okolja, …
uv - prispevek negotovosti zaradi merjenega vzorca (predstavljajte si merjenje ledene kocke v topli sobi)
Prispevek, ki nam ga prinese merilni instrument (um in umi) moramo že v osnovi zmanjšati pod 1/3 (ker nam to prinese v nadaljevanju največ 10%) skupne tolerance pri merjenju vzorca. Z nadaljnjim upoštevanjem korekcij merila (glede na izmerjen pogrešek pri kalibraciji), nam ostane zgolj člen merilne negotovosti. Korekcijo ni potrebno upoštevati in se je navadno pri končnih meritvah ne upošteva, saj je običajno relativno zelo majhna. V tem primeru lahko enostavno seštejemo korekcijo (lahko tudi celoten NDP) in merilno negotovost.
Slika 3: Oprema pod tlakom in varnostni ventili spadajo v zakonsko opredeljeno opremo.
V osnovi lahko kalibracijski rezultat upoštevamo na sledeče načine:
Meritev premera 1000mm, s pomičnim merilom (d=0,1mm) in s toleranco za vzorec ±0,35mm
Tabela 3: zapis na kalibracijskem certifikatu merila
| merjena vrednost | izmerjeni pogrešek | NDP | merilna negotovost |
| 1000 mm | +0,1 mm | ±0,25 mm | 0,06 mm |
Primer 1:
Merilec pri tem upoštevati napako kazanja merila in napraviti pet serij ponovitev meritev, ter izračuna povprečno vrednost. Skupaj z oceno ali izračun merilne negotovosti, ki jo stori pri meritvi (<0,1mm), se odloči za ustreznost vzorca.
Primer 2:
V tem primeru zanemari pogrešek merila (+0,2mm), in opravi eno meritev. Pogrešek tako upoštevamo skupaj z merilno negotovostjo (0,06mm). Pri tem pa izračun končne merilne negotovosti pokaže, da bi samo negotovost merjenja bistveno onemogočila ugotavljanje ustreznosti vzorca (>0,2mm).
Primer 3:
V tem primeru za ustreznost merila in meritev vzamemo celotno toleranco merila (±0,25mm), in s tem ne upoštevamo korekcije merila. Izračun merilne negotovosti pokaže nemogoče ugotavljanje ustreznosti vzorca, saj negotovost skoraj v celoti zasede toleranco (>0,3mm).
Slika 4: Meritev pravilnosti izvrtin na koordinatnem merilne stroju
S pravilno uporabo merilnega instrumenta dopuščamo večje variacije vzorcev (90%) in s tem povečamo ustreznost vzorcev v končni izdelavi. Pri zmanjševanju slabih izdelkov oziroma večanju zahtev odjemalcev si zares ne smemo privoščiti napak pri merjenju, saj nam le te direktno vplivajo na slabe izdelke, pa čeprav v veliki meri to niso. Z enostavnimi ukrepi in boljšim načrtovanjem, obvladovanjem merilne opreme lahko ustvarimo velike prihranke, čeprav prepogosto kalibracijo in vzdrževanje merilne opreme smatramo kot strošek. Z razvrščanjem meril v nivoje, glede na zahtevnost uporabe v osnovi zmanjšamo možnost napak v procesu merjenja in s tem zagotovimo manjše število slabih izdelkov.
Strani:
Napiši komentar
Če nimate uporabniškega imena se registrirajte tukaj.