1.1
Das Wort Metrologie hat eine lange Tradition und leitet sich vom griechischen Wort für Maß ab.
Es ist ein bekanntes Sprichwort, das besagt, dass das Wissen über etwas nur dann vollständig ist, wenn es in Zahlen ausgedrückt werden kann
und etwas über es bekannt ist. So muss es für jede Art von Messgröße eine Einheit geben, um sie zu messen und in Zahlen dieser Einheit auszudrücken. Damit diese Einheit von allen befolgt wird und nicht nur von demjenigen, der die Messungen vornimmt, muss es einen universellen Standard geben, und die verschiedenen Einheiten für verschiedene wichtige Parameter müssen standardisiert werden. Der wichtigste
Parameter in der Metrologie ist die „Länge“, die in verschiedenen Formen und auf verschiedene Arten gemessen werden kann.
Messungen spielen in allen Bereichen der Forschung eine wichtige Rolle, und der heutige wissenschaftliche und
technologische Fortschritt ist das Ergebnis von Fortschritten auf dem Gebiet der Messungen. Im Allgemeinen werden
Messungen durchgeführt, um unser Wissen und unser Verständnis der Welt zu erweitern, damit wir ein besseres Leben führen können
. Die Wissenschaft des Messens ist für Handel und Gewerbe unerlässlich und bildet die Grundlage der modernen
Wissenschaft und Technologie.
In der Metrologie, die wörtlich die Wissenschaft des Messens ist, müssen wir einen Schritt weiter gehen
und uns auch um die Richtigkeit der Messung kümmern. Wir müssen sehen, ob das Ergebnis
mit ausreichender Richtigkeit und Genauigkeit für den jeweiligen Bedarf gegeben ist oder nicht. Wir befassen uns also in erster Linie mit Messmethoden, die auf vereinbarten Einheiten und Normen beruhen. Die Metrologie
befasst sich also mit der Festlegung, Reproduktion, Erhaltung und Weitergabe von Maßeinheiten und deren Normen. Die Praxis der Metrologie umfasst präzise Messungen, die den Einsatz von Geräten und Ausrüstungen (Instrumente und notwendige Hilfsmittel) erfordern, um den geforderten Genauigkeitsgrad zu erreichen.
Metrologie, die Wissenschaft vom Messen, umfasst alle Aspekte, die sich sowohl theoretisch als auch praktisch
auf Messungen beziehen, ungeachtet ihrer Unsicherheit und in welchen Bereichen der Wissenschaft oder
Technologie sie auftreten. Metrologie ist also auch die Wissenschaft vom Messen, verbunden mit der
Auswertung der Messunsicherheit. Es ist wichtig zu verstehen, dass das Messen allein nicht die Spezifität
der Metrologie ist, sondern dass der Kern der Metrologie in der Validierung des Ergebnisses liegt, insbesondere durch die Spezifizierung
seiner tatsächlichen Grenzen. Die Metrologie beschränkt sich nicht nur auf Längen- und Massennormale, sondern auch auf andere
Parameter in Bereichen von gesellschaftlichem Interesse, wie Gesundheit, Sicherheit und Umweltschutz.
Die Beherrschung der Wissenschaft des Messens ist eine Voraussetzung für den Fortschritt in der Wissenschaft selbst.
Die industrielle Fertigung und viele Lebensbereiche erfordern eine Tätigkeit auf hohem wissenschaftlich-technischem
Niveau, bei der jeder Fortschritt durch Fortschritte in der Metrologie erreicht werden muss. Die
zunehmende Automatisierung der Fertigung erfordert ein Höchstmaß an Genauigkeit. Man muss sich an das berühmte Sprichwort erinnern, dass das Wissen des Menschen über die Natur, das Universum und darüber, wie er die Natur seinen Zwecken anpassen kann, im Gleichschritt mit seiner Fähigkeit, genau zu messen, voranschreitet.
Der Metrologe muss die zugrundeliegenden Prinzipien verstehen, um in der Lage zu sein, neue Instrumente zu entwerfen und zu entwickeln, aber auch, um die vorhandenen Instrumente optimal zu nutzen. Die Metrologie befasst sich daher auch mit den Methoden, der Durchführung und der Einschätzung der Genauigkeit von Messungen, den Messgeräten und den Prüfern. Die heutigen Anforderungen an Präzision und Zuverlässigkeit sind so hoch
, dass die grundlegenden Instinkte und Sinne des Menschen nicht ausreichen, um sie zu bewältigen“. Zu diesem Zweck müssen Präzisionsmessgeräte und verschiedene Arten von konventionellen und hochentwickelten Messgeräten und Komparatoren eingesetzt werden.
Die Metrologie befasst sich also hauptsächlich mit (i) der Festlegung der Maßeinheiten, der Reproduktion dieser Einheiten in Form von Normalen und der Sicherstellung der Einheitlichkeit von Messungen, (ii) der Entwicklung von Messmethoden, (iii) der Analyse der Genauigkeit von Messmethoden, der Ermittlung der Messunsicherheit, der Erforschung der Ursachen von Messfehlern und deren Beseitigung.
Im weiteren Sinne beschränkt sich die Metrologie nicht auf die Längenmessung, sondern befasst sich auch
mit der industriellen Inspektion und ihren verschiedenen Techniken. Aufgrund der großen industriellen Revolution und des großen
Fortschritts bedeutet die industrielle Inspektion nicht einfach die Erfüllung der von den Herstellern festgelegten
Spezifikationen. Vielmehr geht es bei der Inspektion im eigentlichen Sinne darum, ein
Produkt in den verschiedenen Stadien seiner Herstellung zu überprüfen, angefangen beim Rohmaterial bis hin zu den fertigen
Produkten und sogar zu montierten Teilen in Form von Maschinen. Die Prüfung erfolgt mit Hilfe von Messgeräten
, und der Messtechniker ist eng mit der Entwicklung, Herstellung und Prüfung von Messgeräten
aller Art befasst. Die dynamische Messtechnik befasst sich mit der Messung kleiner, kontinuierlicher Schwankungen.
Die Messtechnik hat sich heute zu elektronisch betriebenen und gesteuerten Ausrüstungen,
computergestützten Systemen für die Online-Überwachung, optomechanischen, laser- und faseroptischen Instrumenten usw. entwickelt.
In Bezug auf die Längenmessung (Maßkontrolle) werden wir uns mit nicht-
präzisen und präzisen linearen Messungen befassen und die verschiedenen Instrumente untersuchen, die für diesen Zweck
verwendet werden. Die Normierung der verschiedenen Einheiten ist ebenfalls wichtig, und wir werden untersuchen, welche
verschiedenen Normen für lineare Messungen bestehen und wie versucht wird, diese Normen zu erhalten und zu pflegen
. Wir werden auch sehen, wie das Lichtwellennormal uns dabei hilft, materielle
Normale abzuschaffen. Für sehr genaue Messungen werden Methoden, die auf Lichtwelleninterferenzphänomenen beruhen, ein eigenes Kapitel bilden.
Metrologische Aktivitäten beginnen mit der Festlegung von Messnormalen, der Bewertung verschiedener physikalischer Parameter einschließlich der Abmessungen, der Entwicklung von Messinstrumenten und -techniken sowie der Kalibrierung von Prüf- und Messgeräten. All dies ist für die korrekte Messung der Qualität und der von der Industrie gelieferten Produkte und Dienstleistungen unerlässlich. Die heutige Industrie verlangt nicht nur eine einmalige Erreichbarkeit, sondern strebt eine Konformität an, die solche
Aspekte wie Wiederholbarkeit, Reproduzierbarkeit, Austauschbarkeit, sehr viele Dimensionen und Charakteristika und deren Nachweis umfasst, um das Vertrauen von Herstellern und Kunden zu gewinnen. Dies wird durch die
Schaffung von Normen und Messtechniken ermöglicht.
Durch die Massenproduktion kann sehr leicht festgestellt werden, dass es nicht möglich ist, die
verschiedenen Elemente eines Bauteils mit herkömmlichen Methoden zu messen. Daher werden andere Geräte, z.B. Lehren und
Vergleichsgeräte, näher untersucht. Außerdem ist es nicht ratsam, alle Bauteile in der Massenproduktion zu messen, wenn sie aus automatischen Maschinen kommen. Es wird sich zeigen, dass die Inspektion von einigen wenigen Bauteilen einer großen Charge im Rahmen der statistischen Qualitätskontrolle ausreicht, deren Kenntnis heutzutage sehr wichtig ist.
Beim Zusammenbau und der Montage verschiedener Bauteile muss ein System von Grenzwerten und Passungen durchgängig befolgt werden, und wir werden die indische Norm für „Grenzwerte und Passungen“ untersuchen. Für zusammengesetzte
Produkte in Form von Maschinen ist es wichtig, dass die Relativbewegungen der verschiedenen Maschinenteile
in der gewünschten Weise erfolgen. Zu diesem Zweck ist das Studium der Ausrichtungsprüfungen von Werkzeugmaschinen sehr wichtig.
In der Produktion stellt die Winkelmessung oft ein großes Problem dar, und ihr
gründliches Verständnis und die verschiedenen Techniken, die damit verbunden sind, sowie die kreisförmige Einteilung bilden einen
wichtigen Teil der Metrologie. Manchmal stoßen wir auf verschiedene Messungen, die sehr typisch sind, und Probleme dieser Art können mit Hilfe einiger trigonometrischer Zusammenhänge leicht gelöst werden. Solche Messungen werden im Kapitel „Verschiedene Messungen“ untersucht.
Es sei an dieser Stelle betont, dass der Mensch mit verschiedenen Instrumenten umgehen muss und das „Gefühl“
eine sehr wichtige Rolle spielt. Damit alle Menschen mit demselben Messgerät die gleichen Messwerte für ein Bauteil erhalten, sollte das Messgerät so konstruiert sein, dass zwischen dem Bauteil und dem Messgerät immer ein konstanter Druck ausgeübt wird. Auch muss das Instrument so gehalten werden, dass das
Gefühl in der Hand frei ist, um eine korrekte Entscheidung zu treffen. Bei Universalmaschinen wird jedoch versucht, menschliche Fehler aufgrund des unterschiedlichen Tastsinns auszuschließen.
Gute Maschinen und ihr einwandfreies Funktionieren erfordern sehr gut bearbeitete Oberflächen, weshalb die Untersuchung der Oberflächenbeschaffenheit und verschiedene Methoden zu ihrer quantitativen Einschätzung sehr wichtig sind. Ein
am häufigsten verwendetes Werkzeug in der Hand des Messtechnikers ist die „Messuhr“, die im Detail
separat untersucht werden wird. Auch die Prüfung von Lehren und dynamische Messungen verdienen volle Aufmerksamkeit.
Wir werden uns auch mit der Gewindemessung und der Messung von Zahnrädern und
Gewindelehren befassen, da dies die gängigsten Teile sind, denen man in einer Werkstatt und
Maschinen begegnet.
Ein Kapitel ist auch der zerstörungsfreien Prüfung von Metallen und Legierungen gewidmet, um sich mit den Methoden vertraut zu machen, die das Material nicht zerstören und gleichzeitig alle gewünschten
Eigenschaften prüfen und die innere Struktur der Materialien auf Homogenität untersuchen.
Es gibt ein großes Bewusstsein für Qualität und die Industrie übernimmt den Ansatz des Total
Qualitätsmanagements. Daher sind den Qualitätssicherungsprogrammen und dem
Gesamtqualitätsmanagement unter Bezugnahme auf ISO 9000 Kapitel gewidmet. Ein Kapitel ist auch den Bildverarbeitungssystemen gewidmet.
Im weiteren Sinne ist die Metrologie (die Wissenschaft und Kunst der Präzisionsmessung, -prüfung und -auswertung) die Mutterwissenschaft der technologischen Entwicklung. Der Fortschritt in der Industrie
hängt in hohem Maße von der Qualität und Zuverlässigkeit der Maßgenauigkeit und der Präzision
der Messung anderer physikalischer Eigenschaften ab.
1.1.1.

Gesetzliches Messwesen.

Das gesetzliche Messwesen ist der Teil des Messwesens, der sich mit Messeinheiten, Messverfahren und Messgeräten im Zusammenhang mit den
gesetzlichen, technischen und rechtlichen Anforderungen beschäftigt. Sie gewährleistet die Sicherheit und angemessene Genauigkeit der Messungen. Eine fehlende Gesetzgebung in Bezug auf verschiedene Maßnahmen führt zu großer Unsicherheit.
Das gesetzliche Messwesen wird von einer nationalen Organisation geleitet, nämlich dem Nationalen Dienst für gesetzliches
Messwesen, dessen Ziel es ist, die Probleme des gesetzlichen Messwesens in einem bestimmten Land zu lösen. Seine Aufgaben
sind die Erhaltung der nationalen Normale und die Gewährleistung ihrer Genauigkeit durch Vergleich
mit den internationalen Normalen; außerdem soll er den Sekundärnormalen des Landes durch Vergleich mit den internationalen Normalen eine angemessene Genauigkeit verleihen.
Die heutige Organisation des Messwesens umfasst eine Reihe internationaler Organisationen, nämlich (a) die Internationale Organisation für Maß und Gewicht und (b) den Nationalen Dienst für das gesetzliche Messwesen, dessen Ziel es ist, die Einheitlichkeit der Messungen in der ganzen Welt zu erhalten.
Die Tätigkeiten des Dienstes für gesetzliches Messwesen sind: Kontrolle (Prüfung, Verifizierung, Standardisierung) von Messgeräten; Prüfung von Prototypen/Modellen von Messgeräten;
Prüfung eines Messgerätes, um seine Konformität mit den gesetzlichen Anforderungen zu überprüfen, usw.
Das gesetzliche Messwesen findet Anwendung in:
(i) Handelsgeschäften (Nettomenge)
(ii) industriellen Messungen (angemessene Kontrolle der Messgenauigkeit, um die
Austauschbarkeit zu gewährleisten, um die Massenproduktion zu fördern.
(iii) Messungen, die zur Gewährleistung der öffentlichen Gesundheit und der menschlichen Sicherheit erforderlich sind.
Ein nationales Gesetz über das gesetzliche Messwesen umfasst folgende Punkte:
(i) Gesetzliche Maßeinheiten. Im Jahr 1976 erließ das Parlament ein umfassendes Gesetz, das
Standards of Weights and Measures Act 1976, um das Internationale Einheitensystem (SI) einzuführen,
den zwischenstaatlichen Handel mit Gewichten und Maßen zu regeln und andere Angelegenheiten
zu regeln, die vom Standpunkt des Verbraucherschutzes aus wichtig sind.
(ii) Physikalische Darstellung der gesetzlichen Einheiten;
(Hi) Hierarchie der Normen – ihre Pflege und Aufbewahrung;
Nationale Normen (Echelon-I)
Referenznormen (Echelon-II)
Sekundärnormen (Echelon-Ill A)
Arbeitsnormen (Echelon-Ill B)
(iv) Spezifikationen oder technische Vorschriften für Messgeräte in Bezug auf ihre
metrologischen und technischen Anforderungen;
(v) messtechnische Kontrolle von Messgeräten ; (Bauartzulassung, Ersteichung,
periodische Eichung; Eichung nach Reparaturen, Überprüfung der Verwendung von Messgeräten)
(vi) messtechnische Kontrolle von Fertigpackungen ;
(vii) Kontrolle von Herstellung, Reparatur und Verkauf von Messgeräten ;
(viii) Organisation/Dienststelle des gesetzlichen Messwesens ;
(ix) Erhebung und Einziehung von Gebühren ;
(x) Ahndung von Zuwiderhandlungen ;
(xi) Schulung von Personal.
1.1.2.

Deterministische Metrologie.

Hierbei handelt es sich um eine neue Philosophie, bei der die Teilemessung durch die Prozessmessung ersetzt wird. In der deterministischen Metrologie wird der
deterministische Charakter von Produktionsmaschinen voll ausgenutzt (Maschinen mit automatischer Steuerung sind in ihrer Leistung völlig deter-
ministisch), und alle Teilsysteme der Fertigung werden optimiert, um die
deterministische Leistung innerhalb eines akzeptablen Qualitätsniveaus zu erhalten. In dieser Wissenschaft werden die Systemprozesse
durch Temperatur-, Druck-, Durchfluss-, Kraft-, Vibrations- und akustische „Fingerabdruck“-Sensoren überwacht,
die schnell und nicht-intrusiv sind. Neue Techniken wie die 3D-Fehlerkompensation durch CNC-Systeme (Computer Numerical Control) und Expertensysteme werden angewandt, was zu einer vollständig anpassungsfähigen Steuerung führt. Diese Technologie wird für hochpräzise Fertigungsmaschinen und
Steuerungssysteme eingesetzt, um Genauigkeiten in der Mikro- und Nanotechnologie zu erreichen.