Die folgende Diskussion enthält Definitionen, Erklärungen, Einschränkungen und praktische Beispiele für messtechnische Begriffe im Zusammenhang mit den DeFelsko Schichtdickenmessgeräten. Zu den Quellen, die für die Entwicklung dieses Dokuments verwendet wurden, gehören in erster Linie technische Artikel und Normen, die von internationalen Organisationen wie SSPC, ISO, ANSI und ASTM veröffentlicht wurden. Ziel ist es, eine gemeinsame Referenzplattform für die DeFelsko-Dokumentation zu entwickeln, einschließlich Literatur, Handbücher, technische Artikel, Korrespondenz und Web-Materialien.
Bei Abzugsprüfgeräten des Typs 1 (PosiTest oder PosiPen) wird ein Permanentmagnet in direkten Kontakt mit der beschichteten Oberfläche gebracht. Die Kraft, die erforderlich ist, um den Magneten von der Oberfläche zu ziehen, wird gemessen und als Wert der Beschichtungsdicke auf einer Skala oder Anzeige am Messgerät interpretiert. Die Magnetkraft, die den Magneten an der Oberfläche hält, variiert umgekehrt als nichtlineare Funktion des Abstands zwischen Magnet und Stahl, d. h. der Dicke der Trockenbeschichtung. Um den Magneten von einer dicken Beschichtung zu entfernen, ist weniger Kraft erforderlich.
Ein elektronisches Messgerät des Typs 2 (PosiTector) verwendet elektronische Schaltungen, um ein Referenzsignal in die Schichtdicke umzuwandeln. Elektronische Eisenmessgeräte arbeiten nach zwei verschiedenen magnetischen Prinzipien. Einige verwenden einen Permanentmagneten, der, wenn er in die Nähe von Stahl gebracht wird, die magnetische Flussdichte an der Polfläche des Magneten erhöht. Die Schichtdicke wird durch Messung dieser Änderung der Flussdichte bestimmt, die sich umgekehrt zum Abstand zwischen dem Magneten und dem Stahlsubstrat verhält. Hall-Elemente und Magnetwiderstandselemente, die an der Polfläche angebracht sind, sind die gängigsten Methoden zur Messung dieser Änderung der magnetischen Flussdichte. Die Reaktion dieser Elemente ist jedoch temperaturabhängig, so dass eine Temperaturkompensation erforderlich ist.
Andere elektronische Eisenmessgeräte arbeiten nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Eine Spule, die einen Weicheisenstab enthält, wird mit einem Wechselstrom erregt, wodurch an der Sonde ein wechselndes Magnetfeld erzeugt wird. Wie bei einem Dauermagneten erhöht sich die magnetische Flussdichte innerhalb des Stabes, wenn die Sonde in die Nähe des Stahlsubstrats gebracht wird. Diese Änderung wird von einer zweiten Spule erfasst. Das Ausgangssignal der zweiten Spule wird mit der Schichtdicke in Beziehung gesetzt. Aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Spulenparameter benötigen diese Messgeräte auch eine Temperaturkompensation.
Unter Charakterisierung versteht man den Prozess, bei dem einem Gerät beigebracht wird, die von seiner Sondenspitze empfangenen Signale in tatsächliche Schichtdickenmessungen umzusetzen. Das Ergebnis des Charakterisierungsprozesses ist eine Kalibrierungskurve, die in das Gerät eingebaut wird. Je nach Komplexität der Kurve kann sie auch andere Einflüsse wie die Umgebungstemperatur berücksichtigen.
Jedes DeFelsko-Gerät wird individuell durch Messungen an rückführbaren Kalibrierstandards charakterisiert, die den gesamten Messbereich des Geräts abdecken. Dank dieser Eigenschaft können DeFelsko-Geräte für die meisten Anwendungen direkt nach dem Auspacken aussagekräftige Messungen durchführen.
Eine Referenz standard ist eine Probe mit bekannter Dicke, anhand derer der Benutzer die Genauigkeit seines Messgeräts überprüfen kann. Referenznormale sind in der Regel Schichtdickennormale oder Unterlegscheiben. Wenn die Vertragsparteien dies vereinbaren, kann ein Musterteil mit bekannter (oder akzeptabler) Dicke als Dickenmaß standard für einen bestimmten Auftrag verwendet werden.
Bei den meisten Messgeräten besteht die Schichtdicke standard in der Regel aus einem glatten Metallsubstrat mit einer nichtmagnetischen (Epoxid-)Schicht bekannter Dicke, die auf nationale Normale (NIST) rückführbar ist. Das Substrat ist eisenhaltig (Stahl) für magnetische Messgeräte oder nicht eisenhaltig (Aluminium) für Wirbelstrommessgeräte. Hochtolerante Schichtdickennormale werden zur Charakterisierung und Kalibrierung von Messgeräten im Rahmen des Herstellungsprozesses verwendet. Dieselben Normale können von den Kunden erworben werden, um sie als Kalibrierungsnormale in einem Kalibrierungslabor oder als Prüfnormale im Feld oder in der Fabrikhalle zu verwenden.
Schichtdickennormale zur Verwendung mit Ultraschallprüfgeräten sind massive Kunststoffblöcke (Polystyrol), die zu einer ebenen, glatten Oberfläche bearbeitet wurden. Diese Normale haben nicht nur eine bekannte Dicke, die auf nationale Normale rückführbar ist, sondern auch eine bekannte Schallgeschwindigkeit.
Kalibrierungsnormale werden als Zubehör gekauft, um den zunehmenden Bedarf der Kunden an der Erfüllung von ISO/QS-9000 und internen Qualitätskontrollanforderungen zu erfüllen. Viele Kunden halten es für praktischer, ihre eigenen Messgeräte intern zu kalibrieren, anstatt die Kalibrierdienste von DeFelsko in Anspruch zu nehmen. Um diese Kunden zu unterstützen, sind Kalibriernormalsätze erhältlich, deren Nennwerte so gewählt sind, dass sie den gesamten Messbereich jedes DeFelsko-Messgeräts abdecken. Alle Standards werden mit einem Kalibrierungszertifikat geliefert, das die Rückführbarkeit auf NIST belegt.
Ein Ausgleichsstück ist ein flaches, nichtmagnetisches (Kunststoff-)Teil mit bekannter Dicke. Während ein Ausgleichsstück oft die Form des zu messenden Substrats annehmen kann, ist die Genauigkeit des Ausgleichsstücks begrenzter als die einer Schichtdicke standard. Daher ist es bei der Verwendung eines Ausgleichsstücks zur Kalibrierung von (elektronischen) Messgeräten des Typs 2 wichtig, die Toleranz des Ausgleichsstücks mit der Toleranz des Messgeräts zu kombinieren, bevor die Genauigkeit der Messungen bestimmt wird.
Unterlegscheiben werden nicht zur Verwendung mit Lehren des Typs 1 (mechanischer Abzug) empfohlen. Solche Unterlegscheiben sind in der Regel ziemlich starr und gebogen und liegen selbst auf einer glatten Stahloberfläche nicht perfekt flach auf. In der Nähe des Abzugspunkts der Messung mit einem mechanischen Messgerät springt die Unterlegscheibe häufig von der Stahloberfläche zurück, hebt den Magneten zu früh an und verursacht einen fehlerhaften Messwert.
Unter Kalibrierung versteht man den kontrollierten und dokumentierten Prozess der Messung von rückführbaren Kalibriernormalen und die Überprüfung, ob die Ergebnisse innerhalb der angegebenen Genauigkeit des Messgeräts liegen. Kalibrierungen werden in der Regel vom Hersteller des Messgeräts oder von einem qualifizierten Labor in einer kontrollierten Umgebung unter Verwendung eines dokumentierten Prozesses durchgeführt. Die bei der Kalibrierung verwendeten Schichtdickennormale müssen so beschaffen sein, dass die kombinierten Unsicherheiten der resultierenden Messung geringer sind als die angegebene Genauigkeit des Messgeräts.
Ein Kalibrierungsintervall ist der festgelegte Zeitraum zwischen den Rekalibrierungen eines Instruments. Gemäß den Anforderungen der ISO 17025 gibt DeFelsko keine Kalibrierungsintervalle als Teil der Kalibrierungszertifikate an, die für unsere Schichtdickenmessgeräte PosiPen, PosiTest, PosiTector 6000 und 100 ausgestellt werden.
Für Kunden, die Unterstützung bei der Entwicklung ihrer eigenen Kalibrierungsintervalle suchen, haben wir die folgenden Erfahrungen gesammelt. Es hat sich gezeigt, dass Faktoren, die nicht mit der Haltbarkeit zusammenhängen, bei der Festlegung der Kalibrierungsintervalle kritischer sind. Diese Faktoren sind in erster Linie die Häufigkeit der Verwendung, die jeweilige Anwendung sowie der Grad der Sorgfalt bei Verwendung, Handhabung und Lagerung. Ein Kunde, der das Messgerät häufig verwendet, auf abrasiven Oberflächen misst oder das Messgerät grob behandelt (d. h. das Messgerät fallen lässt, die Abdeckung der Messspitze bei der Aufbewahrung nicht wieder anbringt oder das Messgerät routinemäßig zur Aufbewahrung in einen Werkzeugkasten wirft), benötigt möglicherweise ein relativ kürzeres Kalibrierintervall. Sowohl die theoretische Analyse als auch die praktische Erfahrung zeigen, dass der Einfluss von Temperatur und Feuchtigkeit auf das Messgerät sehr gering ist. Darüber hinaus sind die Herstellungsverfahren so ausgelegt, dass sich die Leistung des Messgeräts nach der Kalibrierung so wenig wie möglich verändert. Selbst im Falle einer Drift ist die Messung des Messgeräts in der Regel linear und wird daher vor der Verwendung durch die "Null"-Funktion des Messgeräts kompensiert.
Obwohl DeFelsko seinen Kunden empfiehlt, die Kalibrierungsintervalle für Messgeräte auf der Grundlage ihrer eigenen Erfahrungen und Arbeitsumgebung festzulegen, legen Kundenrückmeldungen ein Jahr als typischen Ausgangspunkt nahe. Darüber hinaus legen unsere Erfahrungen nahe, dass Kunden, die ein neues Gerät kaufen, das Kaufdatum des Geräts als Beginn des ersten Kalibrierungsintervalls verwenden können. Die minimale Auswirkung der Lagerfähigkeit minimiert die Bedeutung des tatsächlichen Kalibrierungszertifikatsdatums.
Ein Kalibrierungszertifikat ist ein Dokument, das die tatsächlichen Messergebnisse und alle anderen relevanten Informationen zu einer erfolgreichen Gerätekalibrierung aufzeichnet. Kalibrierungszertifikate, aus denen die Rückführbarkeit auf ein nationales standard eindeutig hervorgeht, werden von DeFelsko mit jedem neuen, rekalibrierten oder reparierten Gerät mitgeliefert.
Unter Rückverfolgbarkeit versteht man die Möglichkeit, das Ergebnis einer Messung durch eine ununterbrochene Kette von Vergleichen bis hin zu einem festgelegten internationalen oder nationalen standard zu verfolgen, der allgemein als korrekt akzeptiert wird. Die Kette besteht in der Regel aus mehreren geeigneten Messnormalen, deren Werte eine größere Genauigkeit und geringere Unsicherheit aufweisen als die der nachfolgenden Normale.
Unter Rekalibrierung, auch Rezertifizierung genannt, versteht man die Durchführung einer Kalibrierung an einem gebrauchten Messgerät. Rekalibrierungen sind während des gesamten Lebenszyklus eines Geräts regelmäßig erforderlich, da die Sondenoberflächen einem Verschleiß unterliegen, der die Linearität der Messungen beeinträchtigen kann.
Theoretisch können Kunden, die über rückführbare Dickenreferenznormale und Kopien der auf der DeFelsko-Website verfügbaren Kalibrierverfahren verfügen, ihre eigenen Messgeräte rekalibrieren. Die Kunden sind auch durch die Anforderungen ihrer eigenen Qualitätssysteme sowie durch ihre Fähigkeit, die Bedingungen der Rekalibrierung zu kontrollieren, eingeschränkt.
Bei der Kalibrierungsprüfung handelt es sich um eine Genauigkeitsprüfung, die der Benutzer des Geräts mit bekannten Referenzstandards durchführt, die den erwarteten Bereich der Schichtdicke abdecken. Mit diesem Verfahren soll überprüft werden, ob das Messgerät noch wie erwartet funktioniert.
Die Überprüfung wird in der Regel durchgeführt, um zu verhindern, dass zu Beginn oder am Ende einer Schicht oder vor kritischen Messungen mit einem ungenauen Messgerät gemessen wird, wenn ein Gerät fallen gelassen oder beschädigt wurde oder wenn der Verdacht auf fehlerhafte Messwerte besteht. Wenn die Vertragsparteien dies für angemessen halten, kann eine erste Vereinbarung über die Einzelheiten und die Häufigkeit der Überprüfung der Messgerätegenauigkeit getroffen werden. Stimmen die Messwerte nicht mit der Referenz standard überein, sind alle seit der letzten Genauigkeitsprüfung durchgeführten Messungen verdächtig. Bei physischen Schäden, Verschleiß, hoher Beanspruchung oder nach Ablauf eines festgelegten Kalibrierungsintervalls sollte das Messgerät außer Betrieb genommen und zur Reparatur oder Kalibrierung an den Hersteller zurückgeschickt werden. Die Verwendung einer Kontrollmessung standard ist nicht als Ersatz für eine regelmäßige Kalibrierung und Bestätigung des Geräts gedacht, kann aber die Verwendung eines Geräts verhindern, das innerhalb des Intervalls zwischen zwei offiziellen Bestätigungen nicht mehr den Spezifikationen entspricht.
Unter Kalibrierung versteht man die Anpassung der Dickenmesswerte eines Messgeräts (Beseitigung von Verzerrungen) an die Messwerte einer bekannten Probe, um die Genauigkeit des Messgeräts auf einer bestimmten Oberfläche oder in einem bestimmten Teil seines Messbereichs zu verbessern.
In den meisten Fällen sollte es nur erforderlich sein, den Nullpunkt auf einem unbeschichteten Substrat zu überprüfen und mit der Messung zu beginnen. Die Auswirkungen von Eigenschaften wie Substrat (Zusammensetzung, magnetische Eigenschaften, Form, Rauheit, Kanteneffekte) und Beschichtung (Zusammensetzung, Oberflächenrauheit) sowie Umgebungs- und Oberflächentemperaturen können jedoch Anpassungen am Messgerät erforderlich machen.
Die meisten DMS des Typs 2 können auf bekannte Referenznormale wie beschichtete Teile oder Unterlegscheiben eingestellt werden. Messgeräte vom Typ 1, wie PosiPen und PosiTest , haben jedoch nichtlineare Skalen. Da ihre Einstellmerkmale linear sind, sollten keine Einstellungen vorgenommen werden. Stattdessen sollte der Benutzer eine Basismetallablesung (BMR) vornehmen.
Bei einem Messgerät des Typs 2, für das keine Kalibrierungsmethode festgelegt wurde, wird in der Regel zunächst eine 1-Punkt-Kalibrierungsjustierung durchgeführt. Treten Ungenauigkeiten auf, sollte eine 2-Punkt-Kalibrierungsjustierung vorgenommen werden.
Bei der 1-Punkt-Kalibrierung wird die Kalibrierkurve des Geräts nach mehreren Messungen auf einer bekannten Probe oder Referenz standard an einem Punkt fixiert. Bei Bedarf kann eine Unterlegscheibe über das blanke Substrat gelegt werden, um eine solche Dicke festzulegen. Dieser Justierpunkt kann an einer beliebigen Stelle innerhalb des Messbereichs des Geräts liegen, sollte jedoch für optimale Ergebnisse in der Nähe der zu messenden Dicke gewählt werden.
Der Nullabgleich ist die einfachste Form der 1-Punkt-Justierung. Sie beinhaltet die Messung einer unbeschichteten Probe oder Platte. Bei einer einfachen Nullpunktkalibrierung wird eine einzelne Messung vorgenommen und der Messwert dann auf den Wert Null eingestellt. Bei einer durchschnittlichen Nullpunktkalibrierung werden mehrere Messungen vorgenommen, dann berechnet das Messgerät einen Durchschnittswert und stellt diesen automatisch auf Null ein.
2-Punkt-Kalibrierungen sind ähnlich wie 1-Punkt-Kalibrierungen, mit dem Unterschied, dass die Kalibrierkurve des Geräts an zwei bekannten Punkten festgelegt wird, nachdem mehrere Messungen an bekannten Proben oder Referenzstandards vorgenommen wurden. Die beiden Schichtdicken müssen innerhalb des Messbereichs des Geräts liegen. Normalerweise werden Punkte auf beiden Seiten der erwarteten Schichtdicke gewählt. Ein Vorteil des PosiTector 6000 ist die Genauigkeit über seinen gesamten Messbereich. Dies ermöglicht in der Regel, dass der Nullpunkt (unbeschichtet) einer der beiden Punkte ist, die in einer 2-Punkt-Kalibrierung verwendet werden.
Das Ablesen des Basismetalls (BMR) ist eine Nullstellungstechnik, die mit Lehren des Typs 1 (mechanischer Abzug) auf rauen Oberflächen verwendet wird. Die Einstellung eines Typ-1-Messgeräts ist zwar linear, die Skala des Messgeräts ist jedoch nichtlinear. Es ist daher wichtig, die Lehre nicht so einzustellen, dass sie auf dem blanken Substrat Null anzeigt. Es wird empfohlen, die BMR für ein unbeschichtetes Teil zu berechnen und sie von den tatsächlichen Messwerten eines beschichteten Teils abzuziehen. Die BMR wird als repräsentativer Wert (Mittelwert) aus mehreren Messungen an verschiedenen Stellen eines blanken Substrats berechnet.
Wenn eine Stahloberfläche glatt und eben ist, ist ihre Oberflächenebene die effektive magnetische Oberfläche. Wenn der Stahl aufgeraut ist, z. B. durch Strahlen, ist die "scheinbare" oder effektive magnetische Oberfläche, die das Messgerät wahrnimmt, eine imaginäre Ebene, die zwischen den Spitzen und Tälern des Oberflächenprofils liegt. Die Messgeräte messen die Dicke oberhalb der imaginären magnetischen Ebene. Bei Verwendung eines Typ-1-Messgeräts wird die Schichtdicke über den Spitzen durch Subtraktion des Grundmetallmesswerts ermittelt. Bei einem korrekt eingestellten Messgerät des Typs 2 gibt der erhaltene Messwert direkt die Schichtdicke an.
