Messunsicherheit berechnen – Darauf müssen Sie achten

Messunsicherheit berechnen

Die Messunsicherheit hat eine hohe wirtschaftliche Bedeutung. Die Messunsicherheit entscheidet maßgeblich über die Höhe der Prüfkosten. Bereits kleine Messunsicherheiten, können zu hohen Prüfkosten führen.

Daher ist es umso wichtiger zu wissen, wie die Messunsicherheit berechnet wird und welche Faktoren darauf Einfluss nehmen.

Hier erfahren Sie, mit welchen Verfahren Sie die Messunsicherheit ermitteln können, wie Sie die Messunsicherheit verringern können und wie Sie die Ursachen der Messunsicherheit im Auge behalten.

So wird die Messunsicherheit ermittelt

Mittels experimenteller Verfahren, auch Messreihen genannt, wird die Messunsicherheit ermittelt. Auch diverse andere Methoden finden Anwendung.

In diesen Verfahren werden die Ursachen erkannt und in einem Zahlenwert angegeben.

Zusammengefasst werden diese Ursachen dann in einem sogenannten Messunsicherheitsbudget.

Es wird sozusagen ein Modell gebildet, welches die Messunsicherheit im Gesamten ermittelt.

Vergleichbare Messergebnisse sind im Bereich der Kalibrierung und Messtechnik unabdingbar. Deshalb sind bei der Bestimmung der Messunsicherheit einheitliche Vorgehensweisen von Nöten.

Messunsicherheit deuten und Prüfkosten verringern

Das Wissen über die Messunsicherheit, bildet die Grundlage für das Vergleichen und Akzeptieren von Messergebnissen.

Die Kenntnis ist damit äußerst wichtig. Fundierte Prüf- und Kalibrierentscheidungen können nicht ohne Wissen über die Messunsicherheit durchgeführt werden.

Nehmen Sie hierzu die „Goldene Regel der Messtechnik“ zur Hand.

Diese beinhaltet, dass das Verhältnis von Messunsicherheit zu Toleranz die Marke von 10 % nicht überschreiten sollte.

Damit erhalten Sie einen ersten Anhaltspunkt. Sie können entscheiden, wie geeignet ein bestimmter Messprozess für eine bestimmte Anwendung ist.

Die Messunsicherheit bestimmt außerdem, wie Sie bestimmte Messprozesse auslegen und überwachen.

Achten Sie hierbei auf ein sinnvolles Verhältnis von Toleranz, Fertigungsstreubreite und Messunsicherheit. Dies schafft die Voraussetzung für eine wirtschaftliche Fertigung.

Unnötig exakte Messungen treiben Ihre Prüfkosten in die Hohe, ein Messprozess mit hohen Messabweichungen erhöht jedoch Ihre Fehlerkosten.

Entscheiden Sie sich für das richtige Verhältnis, um Ihre Prüfkosten zu verringern.

Ursachen für die Messunsicherheit

Grundsätzlich ist zwischen fünf unterschiedlichen Ursachen zu unterscheiden. Jede davon nimmt unterschiedlich stark Einfluss auf die Messabweichung.

Weiter wird zwischen zufälliger und systematischer Messabweichung unterschieden. Die zufällige Messabweichung ist nicht beeinflussbar.

Diese kann höchstens mithilfe von mathematisch-statistischen Methoden abgeschätzt werden.

Die systematische Messabweichung setzt sich aus den bekannten oder auch unbekannten Einflussfaktoren zusammen. Dabei werden bekannte Faktoren addiert. Unbekannte Einflussfaktoren werden wie zufällige Messabweichungen behandelt.

Damit die Messabweichung möglichst genau berechnet werden kann, müssen alle Komponenten berücksichtigt werden.

Die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Einflussfaktoren müssen so gut wie möglich verstanden werden. Daher setzt die Bestimmung der Messunsicherheit großes Wissen und Erfahrung über zufällige und systematische Messabweichungen voraus.

Alle Ursachen für die Messunsicherheit sind jeweils auch abhängig von den für die Kalibrierung eingesetzten Methoden und Messgeräte.

Im Folgenden werden die fünf grundsätzlichen Ursachen genauer erläutert.

Umgebung

Ein wichtiger Faktor im Bereich der Umgebung ist die Temperatur. Diese kann auf Messungen Einfluss nehmen.

Dafür sorgen Temperaturabweichungen von der Referenztemperatur oder Temperaturschwankungen während der Messung.

Temperaturänderungen machen sich beispielsweise auch in der Längenausdehnung von Messmittel bemerkbar. Werden die Temperaturen fortlaufend gemessen, können Sie diese bei Ihrer Messung durch eine entsprechende Korrektion im Messergebnis berücksichtigen.

Auch die Luftfeuchtigkeit kann, besonders bei optischen Messungen, Einfluss auf das Messergebnis nehmen.

Warum?

Luft besitzt einen Brechungsindex. Die Feuchtigkeit in der Luft beeinflusst diesen Brechungsindex. Verändert sich demnach die Luftfeuchtigkeit, beeinflusst dies den Brechungsindex, welcher wiederum Einfluss auf das Messergebnis optischer Messungen hat.

Schwingungen werden teilweise von der Umgebung, aber auch vom jeweiligen Messgerät erzeugt. Seismische Schwingungen lass sich durch Fundamente und weitere schwingungsdämpfende Maßnahmen reduzieren.

Ebenfalls zu beachten sind Verschmutzungen. Verschmutzte Messmittel rufen zumeist Form- und Lageabweichungen hervor.

Achten Sie daher auf eine grundlegende und regelmäßige Reinigung Ihrer Messmittel.

Messgerät

Beim zu verwendenden Messgerät ist vor allem der Geräteaufbau von großer Bedeutung.

Dieser hat entscheidenden Einfluss auf die Deformation. Durchbiegung durch Eigengewicht oder durch das Gewicht von Werkstücken beeinflusst das Messergebnis.

Auch die zur Messung verwendeten Maßverkörperung muss bei der Bestimmung der Messunsicherheit berücksichtigt werden. Diese lösen sich mit der Zeit auf und sorgen dadurch für Abweichungen in der Messung.

Für die Auswertsoftware ist es wichtig, zertifizierte Musterdaten mit Eingangs- und Ergebnisdaten einzusetzen. Ansonsten können unvollkommene Algorithmen Auswirkungen auf die Messunsicherheit haben.

Material

Ihr eingesetztes Material besitzt viele Eigenschaften.

Dichte, Elastizität, Härte und viele weitere nehmen Einfluss auf die Messunsicherheit.

Verformungen des Materials entstehen durch das Eigengewicht von Spannkräften und durch einseitige Erwärmung.

Unterstützen Sie daher Ihr Material mit geeigneten Werkstückhalterungen und wählen Sie deren Auflagepunkte günstig aus, um die Verformungen möglichst klein zu halten.

Anwender

Der Kalibrier- oder Messtechniker hat zumeist größten Einfluss auf das Messergebnis. Es ist entscheidend, dass dieser die Messaufgabe richtig interpretiert.

Messtechniker müssen gut ausgebildet sein, um etwaige Einflüsse zu reduzieren.

Die Wahl der Aufspannung ist ein erster entscheidender Punkt. Werkstücke mit großem Verhältnis von Länge/Querschnitt sollten beispielsweise so unterstützt werden, dass sie sich aufgrund ihres Eigengewichts möglichst wenig verbiegen.

Außerdem spielt der Messablauf eine große Rolle. Mit einer geschickten Wahl des Messablaufs, wird das Messergebnis positiv beeinflusst.

Natürlich macht ein Mensch auch mal Fehler. Daher sind auch subjektive Einflüsse möglich. Hierzu zählen Ablese- oder Übertragungsfehler. Eine sorgfältige, routinierte und geschulte Arbeitsweise reduzieren jedoch diese Fehler.

Messstrategie

In einer Messstrategie werden Messmittel, Hilfseinrichtungen sowie die Art der Messung festgelegt.

Aufspanneinrichtungen, Beleuchtungen, Positionseinrichtungen können die Messunsicherheit beeinflussen. Sowohl positiv als auch negativ.

Wählen Sie Ihre Hilfsmittel unterstützend zum Messprozess aus und verringern Sie dadurch die Messunsicherheit.

Das Messverfahren legt das Prinzip und die Methode der Messung fest. Hierbei werden physikalische Grundlagen festgelegt. Ebenfalls wird entschieden ob relativ oder absolut gemessen wird.

Die Auswertestrategie legt das verwendete Assoziationsverfahren fest. Dies ist ein wesentliches Kriterium für das Ermitteln funktionsgerechter Messergebnisse. Darum hat dies einen entscheidenden Einfluss auf die Messunsicherheit. Hier werden ebenfalls, ob etwaige Messpunkte gefiltert werden und mit welchen Parametern diese Filter versehen werden.

Fazit

Die Einflüsse und Ursachen auf die Messunsicherheit bestehen folglich aus einer Vielzahl von Faktoren. Um die Messunsicherheit zu berechnen, müssen alle Komponenten berücksichtigt werden.

Gehen Sie daher Schritt für Schritt vor:

  • Listen Sie alle relevanten Einflussgrößen auf
  • Bilden Sie ein Modell, mit welchem Sie die Messunsicherheit ermitteln
  • Bestimmen Sie den Einfluss der einzelnen Einflussgrößen
  • Fassen Sie die Einflüsse zu einer kombinierten Standardmessunsicherheit zusammen
  • Geben Sie die ermittelte Messunsicherheit an

Sollten Sie weitere Fragen zur Berechnung haben, melden Sie sich gerne bei uns oder schreiben Sie uns Ihre Frage in die Kommentare.

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Falko Kreißig

Falko Kreißig ist Geschäftsführer der QMK GmbH und damit Inhaber eines nach DAkkS 17025 akkreditiertem Kalibrierlabor. Als gelernter Industrieelektroniker und mit viel Erfahrung im Berufsfeld des Qualitätsmanagement, informiert er im QMK Blog über Neuigkeiten zum Unternehmen und zu Thematiken aus der Messtechnik und dem Qualitätsmanagement.

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