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.
Die Genauigkeit ist ein Maß für die Größe des Fehlers zwischen dem Ergebnis einer Messung und der tatsächlichen Dicke des zu messenden Objekts. Eine Genauigkeitsaussage sagt die Fähigkeit eines Schichtdickenmessgerätes voraus, die wahre Dicke einer zu messenden Schicht zu messen. Genauigkeitsangaben geben die Leistungsfähigkeit über den gesamten Funktionsmessbereich des Messgeräts an. Häufig wird der Messbereich in zwei Abschnitte unterteilt, die von 0 bis zu einem festen Wert reichen, und dann alles, was über diesem festen Wert liegt (bis zur Messgrenze des Messgeräts). Genauigkeitsangaben enthalten häufig einen festen Anteil, der über den gesamten Messbereich konstant bleibt, sowie einen variablen Anteil, der sich auf das Messergebnis für eine bestimmte Dicke bezieht. Solche Genauigkeitsangaben sind kritisch, da diejenigen ohne festen Wert eine exakte Messung bei Null implizieren. Um Umrechnungsfehler zu vermeiden, werden die Genauigkeitsangaben sowohl in ihren imperialen als auch metrischen Entsprechungen angegeben. Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel einer Genauigkeitsangabe für ein DeFelsko-Messgerät.
Die Präzision ist ein Indikator für die Nähe zwischen wiederholten Messwerten eines Messgeräts. Die Messwerte müssen nicht nahe an einem erwarteten oder wahren Wert liegen, um als präzise zu gelten, sie müssen nur nahe beieinander liegen.
Abbildung 1 ist eine Darstellung der Genauigkeit ohne Präzision. Die Tausenden von Messwerten würden sich zu einem Durchschnitt (Mittelwert) in der Nähe der Mitte der Zielscheibe ausgleichen. Der kleine Kreis in der Mitte stellt die Spezifikation des zu messenden Teils dar. Durch mehrere Messungen können wir unser Wissen über den gemessenen Parameter statistisch verbessern. Dies ist ein empfohlenes Verfahren bei der Verwendung von Schichtdickenmessgeräten. Die Streuung der Messwerte stellt den Bereich der Messwerte dar und sollte innerhalb des Genauigkeitsbereichs des Messgeräts liegen. Das gezeigte Messgerät hat einen Genauigkeitsbereich, der größer ist als die Spezifikation der zu messenden Beschichtung. Dies ist keine gute Messsituation. Es wäre gleichbedeutend mit der Messung einer Beschichtung mit einer gewünschten Spezifikation von ± 0,1 mit einem Messgerät, das eine Genauigkeit von ± 1,0 hat. Der langfristige Durchschnitt der Messwerte liegt zwar nahe an der Mitte der Spezifikation, aber die Anzahl der erforderlichen Messungen wäre für eine reale Anwendung nicht praktikabel. Aus diesem Grund sollte das Messgerät eine höhere Genauigkeit als die Spezifikation aufweisen.
Abbildung 2 veranschaulicht Präzision ohne Genauigkeit. Die Messwerte sind sehr genau und gruppiert, liegen aber weit vom wahren Wert in der Mitte der Zielscheibe entfernt. Der Abstand von der Mitte des Messobjekts zur Mitte (Mittelwert) der Messwerte wird als Verzerrung des Messgeräts bezeichnet, das die Messungen vornimmt. Ein Beispiel für ein Schichtdickenmessgerät ist, wenn es immer mehr oder weniger als die tatsächliche Dicke anzeigt. Das Messgerät mag zwar konsistent (präzise) sein, ist aber nicht genau. Eine Verzerrung kann durch das Messgerät selbst, durch Abnutzung, Beschädigung oder durch ein bestimmtes Substrat und die zu messende Beschichtung entstehen. Obwohl dies nicht wünschenswert ist, kann die Abweichung in der Regel durch eine Kalibrierungsanpassung, wie z. B. einen Nullabgleich, behoben werden.
Abbildung 3 veranschaulicht Präzision und Genauigkeit zugleich. Es handelt sich um ein Messgerät mit einer Genauigkeit, die der Spezifikation des Teils entspricht. Der Mittelpunkt des Messobjekts hat den gleichen Durchmesser wie die Messwertgruppe. Dies entspricht einem Unsicherheitsverhältnis von 1:1. Dies ist immer noch keine ideale Situation, da ein Messwert außerhalb des Spezifikationskreises entweder auf die begrenzte Genauigkeit des Messgeräts oder auf eine tatsächliche abweichende Messung zurückzuführen sein kann.
Eine idealere Situation ist Abbildung 4, in der die Genauigkeit der Messwerte einen engeren Kreis darstellt, der sich immer noch in der Mitte des Spezifikationskreises befindet. In diesem Fall ist sichergestellt, dass ein Messwert, der außerhalb der Spezifikation liegt, eine abweichende Messung darstellt.
Die Messunsicherheit ist der Zweifel (potenzieller Messfehler), der mit der Gültigkeit einer Messung verbunden ist. In Bezug auf ein Schichtdickenmessgerät bezeichnet die Messunsicherheit die Messfehler, die bei der Messung der Dicke einer Beschichtung vernünftigerweise auftreten können. Dies kann die Messgeräteunsicherheit (Wiederholbarkeit auf der Grundlage der Messgerätegenauigkeit bei der betreffenden Dicke), die Bedienerunsicherheit (Reproduzierbarkeit auf der Grundlage der Fähigkeit des Bedieners, die Messwerte zu beeinflussen), Temperatur- und Feuchtigkeitsunsicherheiten (Auswirkungen der Umgebungsbedingungen) sowie andere anwendungsspezifische Unsicherheiten umfassen. Eine gängige Methode zur Kombination dieser Unsicherheiten ist die Summe der Quadrate, die in der folgenden Formel dargestellt wird.
Der Benutzer vermeidet in der Regel den komplizierten Prozess der Schätzung von Prozessunsicherheiten, indem er eine anerkannte Unsicherheitsverhältnisregel wie 4:1 (gemäß ANSI Z540-1 und MIL-STD-45662) verwendet. Ein Unsicherheitsverhältnis von 4:1 besagt, dass der Benutzer den Prozess der Unsicherheitsberechnung überspringen kann, wenn sein Messgerät mindestens viermal genauer ist als die Spezifikation. Um das Unsicherheitsverhältnis einzuhalten, verwendet DeFelsko in allen Herstellungs- und Kalibrierungsprozessen hochgenaue Kalibrierungsstandards. Um die Angemessenheit solcher Unsicherheitsquotienten weiter zu gewährleisten, legen unsere Kalibrierverfahren Kriterien zur Minimierung relevanter Schwankungsquellen wie Temperatur und Feuchtigkeit fest.
Ein Kunde möchte ein beschichtetes Produkt messen. Die Schichtdicke soll 10 mil betragen. Die Spezifikation der Beschichtungsanwendung beträgt 10 % oder ± 1 mil. Der akzeptable Messbereich liegt also bei 9 bis 11 mils.
Die Genauigkeitsangabe für das Gerät beträgt ±(.1 mil + 1%) des Messwerts. Daher beträgt die Messgenauigkeit des Geräts ±[.1 mil + (.01 x 10 mils)] = ± 0.2 mils.
Daher wird die Spezifikation gegenüber der Gerätegenauigkeit als 1 zu 0,2 berechnet. Dies entspricht einem Unsicherheitsverhältnis von 5:1, was für Messanwendungen in der Regel akzeptabel ist.
Bei der Messung der Schichtdicke ist die Auflösung eines Geräts der kleinste Schritt, den das Messgerät anzeigt. Die Auflösung der DeFelsko-Geräte reicht von 0,01 bis 1 mil (0,5 bis 20 µm), je nach Dicke und Gerätetyp. Alle DeFelsko-Messgeräte können eine höhere Auflösung anzeigen, da die internen Messwerte und die anschließenden Berechnungen mit vielen weiteren Dezimalstellen durchgeführt werden. Sie werden anschließend gerundet und dem Benutzer entsprechend der Auflösungseinstellung des Messgeräts angezeigt. Obwohl die Anzeige des Messgeräts so verändert werden könnte, dass es mehrere Stellen mehr an Auflösung anzeigt, würde eine solche Erhöhung das Gerät nicht genauer machen, sondern lediglich die scheinbaren Schwankungen der Messwerte vergrößern.
Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit (R&R) sind entscheidende Faktoren, die eng mit Präzision und Genauigkeit zusammenhängen. Es ist hilfreich, sich die Wiederholbarkeit so vorzustellen, dass das Messgerät bei der Messung einer bestimmten Probe für einen einzelnen Benutzer den gleichen Messwert liefert. Die Fähigkeit verschiedener Benutzer, bei der Messung einer bestimmten Probe den gleichen Messwert zu erhalten, wird als Reproduzierbarkeit bezeichnet. Es gibt statistische Methoden wie Gage R&R-Studien, um die Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit verschiedener Instrumente zu vergleichen.
Aufgrund der Auswirkungen auf Gage R&R-Studien sollten bei der Bewertung von Instrumenten mehrere kritische Faktoren berücksichtigt werden.
1. Schwankungen innerhalb der zu messenden Probe. Wenn die Beschichtung und das Substrat aufgrund von Faktoren wie z. B. der Rauheit erhebliche Abweichungen aufweisen, müssen diese als Teil der R&R-Studie berücksichtigt werden. In der Paint Application Specification No. 2 (PA2) der Society for Protective Coatings (SSPC) heißt es ausdrücklich: "Magnetische Messgeräte reagieren zwangsläufig empfindlich auf sehr kleine Unregelmäßigkeiten der Beschichtungsoberfläche oder der Stahloberfläche direkt unterhalb der Sondenmitte. Wiederholte Messwerte auf einer rauen Oberfläche, selbst an sehr nahe beieinander liegenden Punkten, weichen häufig erheblich voneinander ab, insbesondere bei dünnen Schichten auf einer rauen Oberfläche mit hohem Profil." Die Abweichungen können durch die Befestigung der Probe und der Sonde minimiert werden, um sicherzustellen, dass die Messwerte an der gleichen Stelle abgelesen werden; dennoch muss der Benutzer sicherstellen, dass die Spezifikationen und die entsprechenden Wiederholbarkeitsziele für die Anwendung angemessen sind.
2. Auflösung der Messwerte. Ein Gerät ohne "hohe Auflösung", das dem Benutzer mehr signifikante Ziffern zur Verfügung stellt, kann scheinbar besser wiederholbare Ergebnisse liefern. Ein Gerät mit einer einstelligen Auflösung kann zum Beispiel folgende Werte anzeigen (2.1, 2.1, 2.1). Das gleiche Gerät im Modus "hohe Auflösung" könnte (2,06, 2,14, 2,07) anzeigen. Obwohl beide Zahlenreihen auf den ersten Blick gültig sind, scheint die erste Reihe weitaus wiederholbarer zu sein. Betrachten Sie dagegen die folgenden beiden Gruppen von Messwerten (2.1, 2.2, 2.1) und (2.14, 2.15, 2.14). In diesem Fall wirkt sich die Rundungsfunktion negativ auf die Wiederholbarkeit des Modus "geringe Auflösung" aus.
3. Die Genauigkeit der tatsächlichen Messung. Betrachten Sie bei einer Probe mit bekannter Dicke von 2,00 die Messwerte eines (präzisen) Instruments 2,21, 2,22, 2,21 gegenüber einem zweiten (genauen) Instrument 1,96, 2,04, 1,97. Wenn der wahre Wert der Schichtdicke bekanntlich 2,00 beträgt, welches Messgerät ist dann praktischer zu verwenden, das präzise Messgerät mit offensichtlicher Abweichung oder das genaue Messgerät mit etwas mehr Variabilität? Diese Faktoren sind bei der Auswahl eines Schichtdickenmessgeräts für jede Anwendung entscheidend.
