Rückverfolgbarkeit von Mess- und Prüfmitteln auf die nationalen Normale

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1 Eidgenössisches Justiz- und Polizeidepartement EJPD Bundesamt für Metrologie METAS Rückverfolgbarkeit von Mess- und Prüfmitteln auf die nationalen Normale R. Thalmann, METAS Outline Das Bundesamt für Metrologie METAS Begriffe Rückverfolgbarkeitsschema Normenforderungen Kalibrierintervalle Metrologische Infrastruktur in der Schweiz Messmöglichkeiten und Dienstleistungsangebot am METAS Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 2 1

2 Bundesamt für Metrologie METAS Messtechnisches Referenzzentrum der Schweiz Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 3 Bundesamt für Metrologie METAS Realisierung und internationaler Vergleich der Masseinheiten mit der erforderlichen Genauigkeit Nationale Normale Akkreditierung Seco Formelle Anerkennung der fachlichen und organisatorischen Kompetenz einer Konformitätsbewertungsstelle Gesetzliche Metrologie Metrologische Dienstleistungen Messungen zum Schutz von Mensch und Umwelt Gesetzgebung Konformitätsbewertungen Zulassungen Eichdienst Einheitenweitergabe an Wirtschaft und Wissenschaft Kalibrierung von Messmitteln/Normalen Messungen, Prüfungen Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 4 2

3 Begriffe: Rückverfolgbarkeit Definition: Die Rückverfolgbarkeit ist die Eigenschaft eines Messergebnisses oder des Wertes eines Normals, durch eine ununterbrochene Kette von Vergleichsmessungen mit angegebenen Messunsicherheiten auf geeignete Normale, im allgemeinen internationale oder nationale Normale, bezogen zu sein. In METAS Zertifikaten wird dies mit dem folgenden Wortlaut angegeben: Die angegebenen Messresultate sind auf nationale Normale und damit auf international abgestützte Realisierungen der SI- Einheiten rückverfolgbar. Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 5 Begriffe: Nationales Normal, Primärnormal Nationales Normal Normal, das in einem Land als Basis zur Festlegung der Werte aller anderen Normale der betreffenden Grösse anerkannt ist. Primärnormal Normal, das nach allgemeiner Beurteilung die höchsten metrologischen Forderungen erfüllt, mit einem Wert, der unabhängig von anderen Normalen für dieselbe Grösse akzeptiert ist. Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 6 3

4 Kalibrierkette Primärnormal Jodstabilisierter Laser Interferometrische Kalibrierung von Sekundärnormalen K Sekundär- oder Transfernormal Endmass der Klasse K 1 Gebrauchsnormal Endmass der Klasse 1 1 Prüfmittelüberwachung Messmittel zur Fertigungskontrolle Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 7 Bsp. komplexes Rückverfolgbarkeitsschema Laserinterferometer I 2 -stabilisierter Laser (Primärnormal) Laserinterferometer Längenmessmaschine Kalibrierkugel Charakterisierung Übertragungsfkt. Tastspitzen- Kalibrierung Referenzsoftware Längenmessmaschine Tastschnittgerät METAS Kalibrierkugel Rauhnormale Tastschnittgerät in der Fertigungskontrolle Rauheitsmessung Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 8 4

5 Normenforderungen Normenforderungen bzgl. der Rückverfolgbarkeit von Messresultaten und von Mess-/Prüfmitteln? Prüfmittelüberwachung Dokumentation Kalibrierintervalle kompetente Stellen Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 9 Normenforderungen: ISO Lenkung von Überwachungs- und Messmitteln... Soweit zur Sicherstellung gültiger Ergebnisse erforderlich, müssen die Messmittel a) in festgelegten Abständen oder vor dem Gebrauch kalibriert oder verifiziert werden anhand von Messnormalen, die auf internationale oder nationale Messnormale zurückgeführt werden können. Wenn es derartige Messnormale nicht gibt, muss die Grundlage für die Kalibrierung oder Verifizierung aufgezeichnet werden; b)... ANMERKUNG Für Anleitung siehe ISO und ISO Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 10 5

6 ISO Anforderungen an die Qualitätssicherung für Messmittel Teil 1: Bestätigungssystem für Messmittel 3.4 Metrologische Eigenschaft Eigenschaft, die das Resultat einer Messung beeinflussen kann. Guidance Examples of characteristics for measuring equipment include: - range, - bias, - repeatability, - stability, - hysteresis, - drift, - effects of influencing quantities, - resolution, - discrimination (threshold), - error - dead band. Metrological characteristics of measuring equipment are factors contributing to the measurement uncertainty which allows direct comparison with the metrological requirements towards establishing metrological confirmation. Qualitative statements of the metrological characteristics in terms of, for example, required accuracy of measuring equipment should be avoided. Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 11 ISO Metrologische Bestätigung Vorkehrungen, die sicher stellen, dass ein Mess-/Prüfmittel den Anforderungen an die beabsichtigte Verwendung entspricht. Die Metrologische Bestätigung ist entweder eine Kalibrierung oder eine Verifizierung (Überprüfung). Guidance Eine Nachkalibrierung ist nicht notwendig, wenn sich das Messmittel bereits in gültigem Kalibrierstatus befindet. Eine metrologische Bestätigung beinhaltet die Überprüfung, ob die Messunsicherheit und/oder die Abweichungen des Messmittels innerhalb der für die Verwendung festgelegten Spezifikationen befindet. Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 12 6

7 ISO (Software) Software Software used in the measurement processes and calculations of results shall be documented, identified and controlled to ensure suitability for continued use. Software, and any revisions to it, shall be tested and/or validated prior to initial use, approved for use, and archived. Testing shall be to the extent necessary to ensure valid measurement results. Guidance Software may be in several forms, such as embedded, programmable, or off-theshelf packages. Off-the-shelf software might not require testing. Testing may include virus checking, checking of user-programmed algorithms, or a combination thereof as necessary to achieve the required measurement result. Software configuration control can help maintain the integrity and validity of measurement processes using software. Archiving may be accomplished by creating back-up copies, off-site storage, or any other means to safeguard programming, ensure accessibility, and to provide the level of traceability necessary. Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 13 ISO (Kalibrier-/Prüflaboratorien) 6.4 Outside suppliers Outside suppliers shall be evaluated and selected based on their ability to meet the documented requirements. Guidance If an outside supplier is used for testing or calibration, the supplier should be able to demonstrate technical competence to a laboratory standard such as ISO/IEC Products and services provided by outside suppliers might require verification to the specified requirements. Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 14 7

8 ISO (Kalibrierintervall) Intervals between metrological confirmation The methods used to determine or change the intervals between metrological confirmation shall be described in documented procedures. These intervals shall be reviewed and adjusted when necessary to ensure continuous compliance with the specified metrological requirements. Guidance Data obtained from calibration and metrological confirmation histories, and advancing knowledge and technology, may be used for determining intervals between metrological confirmation. Records obtained using statistical process control techniques for measurements can be useful in determining whether or not to modify metrological confirmation intervals. The calibration interval may be equal to the metrological confirmation interval (see OIML D10). Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 15 ISO (Prüfmittelüberwachung, Dokum.) Records of the metrological confirmation process Records of the metrological confirmation process shall be dated and approved by an authorized person to attest to the correctness of the results, as appropriate. The records shall include the following, as necessary: a) the description and unique identification of the equipment manufacturer, type, serial number, etc.; b) the date on which the metrological confirmation was completed; c) the result of the metrological confirmation; d) the assigned interval for metrological confirmation; e) identification of the metrological confirmation procedure (see 6.2.1); f) the designated maximum permissible error(s); g) the relevant environmental conditions and a statement about any corrections necessary; h) the uncertainties involved in calibrating the equipment; i).. Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 16 8

9 ISO (Rückverfolgbarkeit) Traceability The management of the metrological function shall ensure that all measurement results are traceable to SI unit standards. Guidance Traceability is usually achieved through reliable calibration laboratories having their own traceability to national measurement standards. For example, a laboratory complying with the requirements of ISO/IEC could be considered reliable. National metrology institutes are responsible for national measurement standards and their traceability, including those instances where the national measurement standard is held by facilities other than the national metrology institute. Measurement results may be traceable through a national metrology institute external to the country where the measurement is made. Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 17 Rückführung: Zusammenfassung Sicherstellung richtiger Messungen durch Kalibrierung/Verifizierung Berücksichtigung der Anforderungen für die beabsichtigte Verwendung Prüfmitteltauglichkeit Forderung der Rückverfolgbarkeit der qualitätsrelevanten Messungen auf nationale Normale Nachweis der Kompetenz des Kalibrierlabors (z.b. ISO 17025) Verfahren zur Festlegung der Kalibrierintervalle Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 18 9

10 Messunsicherheit und Prüfmitteltauglichkeit Wie genau muss ein Prüfmittel sein? Wie viel genauer als die zu überprüfende Spezifikation muss ein Prüfmittel sein? 3 mal? 5 mal? 10 mal? Mit welcher Messunsicherheit soll ein Prüfmittel kalibriert werden? Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 19 Überprüfung einer Spezifikation/Toleranz Toleranz Spezifikation bestätigt Wert ausserhalb Spezifikation Keine sichere Aussage möglich Sollwert Messunsicherheit ist bei Konformitätsentscheid zu berücksichtigen Für einen zuverlässigen positiven Entscheid: Wert nahe beim Sollwert grosse Messunsicherheit erlaubt Wert nahe bei Toleranzgrenze kleine Messunsicherheit erlaubt Das optimale Verhältnis zwischen Toleranzbreite und Messunsicherheit ist eine Frage der Statistik: - Verteilung der Messwerte innerhalb Toleranzbreite - maximal tolerierbarer Ausschuss Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 20 10

11 Kalibrierintervalle U = 0.05 mm Anforderung Messunsicherheit für Prüfung (Anwendung) U P = 0.02 mm Messunsicherheit des Prüfmittels (Spezifikation, Kalibrierung) δl = 0.01 mm / y Stabilität des Prüfmittels (Abnützung, Drift, ) Einfacher Ansatz: 2 U P + ( t δl) 2 U Beispiel: t > 4 y Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 21 Kalibrierintervalle (ILAC G24 oder OIML D 10) Bestimmung des anfänglichen Kalibrierintervalls Herstellerempfehlungen Herstellerspezifikationen bzgl. Stabilität/Drift Normenforderungen bzgl. Stabilität/Drift Umwelteinflüsse Andere Erfahrungswerte Erforderliche Messunsicherheit Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 22 11

12 Anpassung des Kalibrierintervals Methode 1: staircase MPE (maximum permissible error) Erneute Kalibrierung stets, wenn die Abweichung des Wertes 80% des maximal zulässigen Fehlers (MPE) beträgt. Wie kann ich die Abweichung feststellen? Ist stets eine Kalibrierung möglich, wenn sie nötig ist? (Verfügbarkeit, Lieferfristen, nicht planbar) Zeit Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 23 Anpassung des Kalibrierintervals Methode 2: control chart t Aus der Geschichte (history) der Kalibrierwerte wird die Streuung und die Drift berechnet (z.b. durch lineare Regression). Daraus Berechnung des optimalen Kalibrierintervals. Für komplexe Geräte schwierig anzuwenden Individuelle Kalibrierintervalle nur bedingt anwendbar Planbare Kalibriertermine Zeit Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 24 12

13 Anpassung des Kalibrierintervals Methode 3: in-use time t Benutzungsdauer Für Geräte, die mit der Benutzungsdauer altern. Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 25 Die metrologische Infrastruktur der Schweiz Nationale Normale Gesetzliche Metrologie Metrologische Dienstleistungen Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 26 13

14 Die metrologische Infrastruktur der Schweiz staatlich hoheitlich (staatlich ermächtigt) Nationale Normale SVS SCS Schweizerischer Schweizerischer Eichdienst Kalibrierdienst marktwirtschaftlich (staatlich akkreditiert) Handel Sicherheit Gesundheit Umwelt geregelter Bereich Industrie, Forschung, Handwerk nicht geregelter Bereich Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 27 Metrologische Infrastruktur: Beispiel Länge Nationale Messbasis am METAS Realisierung der Meterdefinition mit Jod-stabilisiertem HeNe-Laser Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 28 14

15 Metrologische Infrastruktur: Beispiel Länge Kalibrierdienst am METAS Kalibrierung von Bezugsnormalen und Messmitteln höchster Genauigkeitsklasse Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 29 Metrologische Infrastruktur: Beispiel Länge Akkreditierte Stelle SCS006 Kalibrierung von Mess- und Bearbeitungsmaschinen und Messmitteln/Lehren Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 30 15

16 Metrologische Infrastruktur: Beispiel Länge Industrielle Fertigung Gesicherte Fertigungsqualität dank kalibrierten Messmitteln Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 31 Metrologische Infrastruktur: Beispiel Länge Kalibrierdienst am METAS Kalibrierung von Messmitteln für Eichämter und Eichstellen Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 32 16

17 Metrologische Infrastruktur: Beispiel Länge Kantonales Eichamt Eichung von Profilmessanlagen zur Bestimmung der Abmessungen von Fahrzeugen Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 33 Metrologische Infrastruktur: Beispiel Länge Strassenverkehr Erhöhte Sicherheit durch Einhalten der gesetzlichen Bestimmungen Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 34 17

18 Schweizerischer Kalibrierdienst SCS 90 akkreditierte Kalibrierstellen, davon 27 Messgrösse Länge 18 elektrische Messgrössen 18 Messgrösse Druck 5 thermische Messgrössen Kraft, Drehmoment, Feuchte, optische Grössen etc. Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 35 Schweizerischer Kalibrierdienst SCS Suche nach Kalibrierstelle, Messgrösse etc.: Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 36 18

19 Schweizerischer Kalibrierdienst SCS Verzeichnis ( scope ) jeder Kalibrierstelle Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 37 Messmöglichkeiten und Dienstleistungsangebot am METAS Die 22 METAS-Laboratorien Länge Nano- und Mikrotechnik Optik Faseroptik Zeit und Frequenz Masse und Wiegegeräte Kraft, Drehmoment, Druck Durchfluss und Volumen Thermometrie und Feuchte Ionisierende Strahlung (Radioaktivität) Elektr. Quantennormale Strom, Spannung und Impedanz Elektr. Energie und Leistung Hochfrequenz Elektromagnetische Verträglichkeit Gasanalytik Partikel und Aerosole Chemie Verkehr Akustik und Vibration Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 38 19

20 METAS Dienstleistungsdatenbank Dynamische Suche nach Dienstleistungen Ausdruck Dienstleistungskatalog pro Labor Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 39 Literatur Sicherstellung der Rückverfolgbarkeit von Messwerten auf nationale und internationale Normale, SAS Dokument Nr. 702.dw, ILAC-G24, OIML D 10, Guidelines for the determination of calibration intervals of measuring instruments, Rückverfolgbarkeit I R. Thalmann I SAQ-Bern I 40 20