Metrologia-blog.pl

Przyrządy pomiarowe, zarządzanie jakością i wyposażeniem, dobra praktyka pomiarowa, szkolenia

procedura wzorcowania przyrządu pomiarowego
Metrologia tradycyjna Metrologia współrzędnościowa Pomiary Wszystko Wzorcowanie przyrządów pomiarowych

Procedura pomiarowa – jak opracować dobrą procedurę pomiaru lub wzorcowania przyrządu pomiarowego?

Witajcie,

Jakiś czas temu pisałem na temat tego, z czego powinna składać się porządnie napisana instrukcja wzorcowania/ sprawdzenia. Wpis ten dotyczył jednak samej struktury i zawartości samego dokumentu. Aby uzupełnić zagadnienie, dziś wskażę na czym taka instrukcja powinna bazować, a więc jak powinna wyglądać skuteczna procedura pomiarowa. Tekst napisałem w ten sposób, aby zawarte w nim wytyczne można było zastosować zarówno do wzorcowania jak i pomiarów, gdyż fundamentalne założenia obu procesów są takie same.

Procedura a metoda pomiarowa

Słownik PKN/VIM używa określenia procedura pomiarowa, co w kontekście systemów zarządzania ISO nie jest moim zdaniem najtrafniejszym wyborem, gdyż nazwa ta kojarzy nam się z dokumentem systemowym – nie polemizuję, zwracam jedynie uwagę czytelników.

Cytując za słownikiem:

Procedura pomiarowa – szczegółowy opis pomiaru pozostający w zgodności z jedną lub więcej zasadą pomiaru oraz z daną metodą pomiarową, oparty na modelu pomiaru i zawierający sposób obliczeń niezbędnych do otrzymania wyniku pomiaru.

Metoda pomiarowa to natomiast ogólny opis logicznego uporządkowania działań wykonywanych przy pomiarze.

Aby wyczerpać temat należy przytoczyć także definicję zasady pomiaru, która to jest zjawiskiem fizycznym, chemicznym lub biologicznym służącym jako podstawa pomiaru. Jako przykład zasady pomiaru można podać choćby zjawisko stosowane w czujnikach indukcyjnych polegające na zmianie indukcyjności cewki).

Na podstawie powyższych definicji możemy określić następujące zależności między nimi – instrukcja wzorcowania/ pomiaru jest dokumentem systemowym opisującym procedurę pomiarową, wykorzystującą metody pomiarowe, oparte na zasadzie pomiaru:

Relacja między składnikami procedury pomiarowej

Naturalnie w jednej procedurze możemy korzystać z wielu metod, które mogą oparte być na różnych zasadach pomiaru.

Metody pomiarowe

Metoda pomiarowa to najprościej ujmując bardzo ogólny sposób postępowania przy pomiarze. Najogólniej metody pomiarowe przyjęło się dzielić na bezpośrednie i pośrednie.

Bezpośrednia metoda pomiarowa – wartość wielkości zmierzona otrzymywana jest bezpośrednio, bez dodatkowych obliczeń, które wynikałyby ze stosowania w pomiarze innych wielkości. Wśród metod bezpośrednich wyróżniamy metody takie jak:

  • bezpośredniego porównania – porównanie wartości wielkości mierzonej z wartością wzorca
  • metoda wychyleniowa – wykorzystująca wychylenie urządzenia wskazującego w celu wyznaczenia wartości wielkości mierzonej
  • różnicowa – wartość wielkości jest wyznaczana przez pomiar różnicy dwóch zbliżonych wartości wielkości
  • różnicowa wychyleniowa – metoda różnicowa wykorzystująca do pomiaru różnicy czujnik
  • różnicowa koincydencyjna – polega na obserwacji wzajemnego położenia sygnałów lub wskazów w celu wyznaczenia małej różnicy między porównywanymi wartościami
  • różnicowa zerowa – wartość mierzona jest porównywana do znanej wartości wzorcowej przez ich zrównanie.

Pośrednia metoda pomiarowa – polega na wyznaczeniu wartości wielkości wynikowej na podstawie zależności między różnymi wartościami wielkości wyznaczonymi bezpośrednio (np. wyznaczenie wartości kąta stożka na podstawie średnicy kul pomiarowych).

Dobra procedura pomiarowa – czyli jaka?

Na podstawie samej definicji oraz doświadczenia, możemy wskazać kilka istotnych cech, którymi powinna charakteryzować się porządnie napisana procedura wzorcowania lub pomiaru:

  1. Szczegółowość – procedura powinna opisywać postępowanie przy pomiarze/ wzorcowaniu na tyle precyzyjnie, aby nie pozostawiać wątpliwości ani zbytniej swobody w jej interpretacji. Nie bądźmy po pierwsze zbyt ogólni – jeśli definiujemy ilość punktów pomiarowych, to wskażmy ile punktów dla jakiego zakresu oraz dokładnie jakie mają być to punkty. Podajmy jakiej klasy wzorzec ma zostać użyty zamiast podawać ogólne określenia (np. komplet płytek wzorcowych klasy 1 wg wymagań normy ISO 3650 zamiast suche: „płytki wzorcowe”). To samo w kwestii kolejno wykonywanych czynności: ile powtórzeń, jak bazować itp.
  2. Zgodność z metodą i zasadą pomiaru – sprawa prosta. Dobrze napisana instrukcja powinna zapewniać działanie zgodne z zawartą w niej procedurze, a to z kolei zapewnia zgodność z metodą i zasadą pomiaru.
  3. Zapewnienie powtarzalności i odtwarzalności. Dobra procedura powinna stosować zweryfikowane wcześniej, najlepiej eksperymentalnie, metody pomiarowe. Bardzo często posiłkujemy się zaleceniami i poradami dostępnymi z różnych źródeł, co niestety nie zawsze znajduje odzwierciedlenie w naszych warunkach. Prawda jest taka, że często lepiej będzie nam przyjąć metodę samodzielnie opracowaną, ale dającą się powtarzalnie i odtwarzalnie wykonywać, niż dążyć na siłę do podpatrzonego gdzieś „ideału”. Próbując przeszczepić metody np. stosowane w profesjonalnych laboratoriach musimy mierzyć siły na zamiary i zdawać sobie sprawę z ograniczeń sprzętowych czy też środowiskowych. Z drugiej strony oczywiście nie ma co wynajdywać koła na nowo i dobrze jest podeprzeć się znanym i sprawdzonym postępowaniem. Na temat powtarzalności i odtwarzalności będzie niebawem osobny wpis, dziś zaznaczę tylko ogólne założenia.
    1. Powtarzalność – zachodzi wtedy, gdy operator jest w stanie otrzymywać spójne wyniki wykonując kolejne powtórzenia pomiaru w serii. Inaczej: ten sam operator, w tych samych warunkach, w krótkich odstępach czasu otrzymuje zbieżne wyniki pomiaru.
    2. Odtwarzalność – zachodzi wtedy, gdy ten sam lub inny operator stosując tę samą procedurę są w stanie uzyskać zbieżne wyniki mierząc/ wzorcując ten sam obiekt.
  4. Odzwierciedlenie zasady działania wzorcowanego obiektu – dobrze napisana procedura wzorcowania/ sprawdzenia, do wyznaczenia odchyłek lub błędów wskazania wykorzystuje tę samą metodę, jaką na co dzień wykorzystuje przyrząd w wykonywaniu rutynowych pomiarów. Podczas wzorcowania ręcznych narzędzi pomiarowych należy na przykład zapewniać właściwy nacisk pomiarowy – zapewnia to na przykład wzorcowanie na płytkach. Gdybyśmy jednak chcieli wyznaczyć błąd wskazania rozsuwając szczęki na daną wartość i zmierzyli odległość między nimi na przykład projektorem (a więc bezstykowo), to otrzymane wyniki nie będą miały nic wspólnego z rzeczywistością!
  5. Właściwa niepewność pomiaru – punkt ten powinien w zasadzie być punktem wyjścia podczas wyboru i opracowywania procedury pomiaru i wzorcowania. Zacznijmy od określenia dopuszczalnego błędu wskazania (tolerancji wymiaru) i postarajmy się dopasować do tego naszą procedurę stosując zasadę 10% tolerancji. Przykładowo, jeśli sprawdzamy mikromierz zewnętrzny, którego MPE przyjęliśmy na poziomie +/- 0,004 mm, to idealnie nasz proces wzorcowania powinien cechować się niepewnością mniejszą niż +/- 0,0004 mm. Oczywiście nie zawsze jest to możliwe, więc przyjąć można, że niepewność pomiaru powinna zawierać się między 10 a 30%. Jeśli na wewnętrzne potrzeby nie liczymy niepewności pomiaru, to możemy posłużyć się odchyleniem standardowym, albo przynajmniej dobrać wzorzec, którego błąd jest mniejszy niż wspomniane 10%. Inaczej nasze decyzje o dopuszczeniu bądź odrzuceniu przyrządu będą mocno ryzykowne…. W drugą stronę również jednak nie warto przesadzać – jeśli mamy szerokie tolerancje, to lepiej stworzyć procedurę realistyczną i dopasowaną do naszych potrzeb i warunków.
  6. Model i równanie pomiaru – na profesjonalnym poziomie w celu uzyskania wyniku pomiaru stosuje się model i równanie pomiaru. Surowy wynik jest poprawiany w celu skorygowania błędów systematycznych. Na wewnętrzne potrzeby polecam przynajmniej, aby w instrukcji zawarte było równanie określające sposób uzyskania wyniku. Nawet jeśli ma ono mieć maksymalnie prostą postać w stylu – „wartość średnia z serii powtórzeń minus wartość wzorca”, to warto taki zapis zawrzeć. Będzie on pełnił w naszej instrukcji funkcję podobną do funkcji obrazków w instrukcjach stanowiskowych, a więc zwiększał prawdopodobieństwo, że proces zostanie wykonany prawidłowo.

Jak zwykle na koniec zachęcam do poświęcenia czasu na eksperymenty. Jeśli sprawdzacie przyrządy pomiarowe samodzielnie, zacznijcie od wykonania sprawdzenia tego samego narzędzia przez różnych operatorów – różnice w Waszych wynikach są pierwszym sygnałem, że instrukcja i procedura powinny zostać zweryfikowane. Oczywiście druga sprawa to umiejętności i doświadczenie, ale zacznijmy od podstaw, a w naszym technicznym metrologicznym świecie podstawą są dobrze opracowane dokumenty i normalizacja.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ