1.1
Słowo metrologia ma długą tradycję i pochodzi od greckiego słowa oznaczającego miarę.
Znane jest powiedzenie, że wiedza o czymkolwiek jest kompletna tylko wtedy, gdy można to wyrazić
w liczbach i coś o tym wiadomo. Tak więc dla każdego rodzaju wielkości mierzonej, musi istnieć jednostka do jej mierzenia i wyrażania w liczbach tej jednostki. Ponadto, aby ta jednostka była
stosowana przez wszystkich, a nie przez jednego, który dokonuje pomiarów, musi istnieć uniwersalny standard
i różne jednostki dla różnych ważnych parametrów muszą być znormalizowane. Najważniejszym
parametrem w metrologii jest „długość”, która może być mierzona w kilku formach i na kilka sposobów.
Pomiary odgrywają istotną rolę w każdej dziedzinie badań, a dzisiejszy postęp naukowy i
technologiczny wynika z postępu w dziedzinie pomiarów. W ogóle,
pomiary są wykonane w celu zwiększenia naszej wiedzy i zrozumienia świata w celu
prowadzić lepsze życie. Nauka o pomiarach jest niezbędna dla handlu i stanowi podstawę nowoczesnej
nauki i technologii.
W metrologii, która dosłownie jest nauką o pomiarach, musimy pójść o krok do przodu
i zawracać sobie głowę również poprawnością pomiaru. Musimy zobaczyć, czy wynik
jest podany z wystarczającą poprawnością i dokładnością dla danej potrzeby, czy nie. Zajmujemy się więc
głównie metodami pomiarowymi opartymi na uzgodnionych jednostkach i wzorcach. Metrologia
zajmuje się więc ustalaniem, odtwarzaniem, konserwacją i przekazywaniem jednostek miar i ich wzorców. Praktyka metrologiczna obejmuje precyzyjne pomiary
wymagające użycia aparatury i sprzętu (instrumentów i niezbędnych akcesoriów), aby umożliwić uzyskanie
wymaganego stopnia dokładności.
Metrologia, nauka o pomiarach, obejmuje wszystkie aspekty zarówno teoretyczne, jak i praktyczne
w odniesieniu do pomiarów, niezależnie od ich niepewności i niezależnie od dziedziny nauki lub
technologii, w której występują. Tak więc metrologia jest również nauką o pomiarach związaną z
oceną ich niepewności. Ważne jest, aby zrozumieć, że samo mierzenie nie jest specyfiką
metrologii, ale jej sedno leży w walidacji wyniku, szczególnie poprzez określenie
jego rzeczywistych ograniczeń. Metrologia nie ogranicza się tylko do wzorców długości i masy, ale także innych
parametrów w sektorach o znaczeniu społecznym, takich jak zdrowie, bezpieczeństwo i ochrona środowiska.
Opanowanie nauki o pomiarach jest warunkiem wstępnym postępu w samej nauce.
Wytwórczość przemysłowa i wiele dziedzin życia wymaga działalności na wysokim poziomie naukowo-technicznym
, na którym każdy osiągnięty postęp musi być dokonany przez postęp w metrologii. Wzrastająca automatyzacja produkcji wymaga najwyższej dokładności. Trzeba pamiętać
słynne powiedzenie, że wiedza człowieka o naturze, wszechświecie i o tym, jak przystosować naturę do swoich
celów, postępuje wraz z jego zdolnością do precyzyjnych pomiarów.
Metrolog musi rozumieć podstawowe zasady, aby móc projektować i rozwijać
nowe przyrządy, a także jak najlepiej wykorzystywać dostępne przyrządy. Metrologia zajmuje się więc
również metodami, wykonywaniem i szacowaniem dokładności pomiarów, przyrządami pomiarowymi i kontrolerami. Dzisiejsze standardy precyzji i niezawodności są tak wysokie, że podstawowe instynkty i zmysły człowieka nie są w stanie im sprostać”. W tym celu należy
wykorzystać precyzyjne przyrządy pomiarowe oraz różnego rodzaju konwencjonalne i wyrafinowane
pomiary i komparatory.
Tak więc można powiedzieć, że metrologia zajmuje się głównie (i) ustalaniem jednostek
pomiarów, odtwarzaniem tych jednostek w postaci wzorców i zapewnianiem jednolitości
pomiarów, (ii) opracowywaniem metod pomiarowych, analizowaniem dokładności metod
pomiarów, ustalaniem niepewności pomiaru, badaniem przyczyn błędów pomiarowych i ich eliminowaniem.
W szerszym znaczeniu metrologia nie ogranicza się do pomiaru długości, lecz zajmuje się także
kontrolą przemysłową i jej różnymi technikami. Ze względu na wielką rewolucję przemysłową i ogromny
postęp, kontrola przemysłowa nie oznacza po prostu spełniania specyfikacji określonych
przez producentów. Raczej inspekcja w prawdziwym sensie dotyczy sprawdzania
produktu na różnych etapach jego wytwarzania od formy surowca do gotowego
produktu, a nawet zmontowanych części w formie maszyny również. Kontrolę przeprowadza się za pomocą przyrządów pomiarowych, a metrolog zajmuje się projektowaniem, produkcją i testowaniem przyrządów pomiarowych wszelkiego rodzaju. Metrologia dynamiczna zajmuje się pomiarem małych zmian o charakterze ciągłym.
Nauka pomiarowa rozwinęła się dzisiaj do elektronicznie sterowanych i kontrolowanych urządzeń,
komputerowych systemów monitorowania on-line, opto-mechanicznych, laserowych i światłowodowych
przyrządów itp.
W odniesieniu do pomiaru długości (kontrola wymiarów), będziemy zajmować się nieprecyzyjnymi i precyzyjnymi pomiarami liniowymi i badać różne przyrządy używane do tego
celu. Ważna jest również standaryzacja różnych jednostek i zbadamy, jakie są
różne standardy dla pomiarów liniowych i jak próbuje się zachować i utrzymać
te standardy. Zobaczymy też, jak wzorzec fali świetlnej pomaga nam w pozbyciu się wzorców materialnych
. Dla bardzo precyzyjnych pomiarów, metody oparte na zjawiskach interferencji fal świetlnych
stanowią również osobny rozdział.
Działalność metrologiczna rozpoczyna się od ustanowienia wzorców pomiarowych, oceny
różnych parametrów fizycznych, w tym wymiarów, rozwoju przyrządów pomiarowych i
technik pomiarowych oraz wzorcowania urządzeń testowych i pomiarowych. Wszystko to jest niezbędne do prawidłowego
operacyjnego pomiaru jakości oraz produktów i usług dostarczanych przez przemysł. Dzisiejszy przemysł wymaga nie tylko jednorazowej osiągalności, ale dąży do zgodności obejmującej takie
aspekty jak powtarzalność, odtwarzalność, zamienność, bardzo wiele wymiarów i cech charakterystycznych oraz dowodów na to, dla zaufania zarówno producentów jak i klientów. Jest to możliwe dzięki
tworzeniu norm i technik pomiarowych.
Dzięki masowej produkcji można bardzo łatwo zdać sobie sprawę, że nie jest możliwe zmierzenie
różnych elementów komponentu konwencjonalnymi metodami. Dlatego też inne urządzenia, tj. sprawdziany i komparatory
będą szczegółowo badane. Ponadto nie jest również wskazane mierzenie wszystkich elementów
w produkcji masowej, jeżeli wychodzą one z automatów. Zobaczy się, że kontrola kilku komponentów z dużej partii jest wystarczająca w ramach badania statystycznej kontroli jakości, której znajomość jest obecnie bardzo istotna.
W odniesieniu do montażu i dopasowania różnych komponentów, jakiś system limitów i pasowań musi być przestrzegany przez cały czas, a my przestudiujemy Indyjski Standard dla „Limitów i Pasowań”. Dla zmontowanych
produktów w formie maszyny, istotne jest, aby ruchy względne różnych części maszyny
odbyły się w pożądany sposób. W tym celu badania osiowania obrabiarek są bardzo istotne.
Wiele razy w rzeczywistej produkcji pomiar kąta stanowi duży problem, a jego
dokładne zrozumienie i różne techniki z nim związane oraz podział kołowy stanowią
ważną część metrologii. Czasami spotykamy się z różnymi pomiarami, które są naprawdę
dość typowe i problemy tego typu mogą być łatwo rozwiązane z pomocą pewnych zależności trygonometrycznych
. Pomiary takie będą badane w rozdziale Pomiary różne.
Można tu podkreślić, że człowiek musi posługiwać się różnymi przyrządami i zmysł dotyku odgrywa tu bardzo ważną rolę. Aby wszyscy ludzie uzyskiwali takie same odczyty dla danego elementu za pomocą tego samego przyrządu, przyrząd powinien być zaprojektowany w taki sposób, aby między elementem a przyrządem był zawsze
stały nacisk. Również przyrząd musi być trzymany w taki sposób, aby
zmysł 'czucia’ obecny w dłoni był swobodny do podjęcia prawidłowej decyzji. Jednak w Uniwersalne maszyny,
próbuje wyeliminować ludzkie błędy z powodu różnych zmysłów dotyku i feel.
Dobre maszyny i ich prawidłowe funkcjonowanie wymaga bardzo dobrze wykończone powierzchnie i dlatego
badania wykończenia powierzchni i różne metody do oszacowania go ilościowo jest bardzo istotne. Najczęściej używanym narzędziem w ręku metrologa jest „wskaźnik zegarowy”, który zostanie szczegółowo przestudiowany
oddzielnie. Na uwagę zasługują również badania sprawdzianów i pomiary dynamiczne.
Zajmiemy się również pomiarem gwintów śrubowych i pomiarami kół zębatych oraz
sprawdzianami do gwintów śrubowych, gdyż są to najczęściej spotykane części w warsztacie i
maszynach.
Rozdział jest również poświęcony nieniszczącym badaniom metali i stopów, aby zapoznać się
z tymi metodami, które nie niszczą materiału, a jednocześnie sprawdzają wszystkie pożądane
właściwości i badają wewnętrzną strukturę materiałów pod kątem jednorodności.
Istnieje duża świadomość na temat jakości, a branże przyjmują podejście Total
Quality Management. Rozdziały zostały więc poświęcone Programom Zapewnienia Jakości i
Totalnemu Zarządzaniu Jakością w odniesieniu do ISO 9000. Jeden z rozdziałów poświęcony jest również systemom wizyjnym. W szerszym znaczeniu metrologia (nauka i sztuka precyzyjnych pomiarów, testowania i
oceny) jest nauką macierzystą dla rozwoju technologicznego. Postęp w przemyśle
zależy w dużym stopniu od jakości i wiarygodności dokładności wymiarowej oraz precyzji
pomiaru innych cech fizycznych.
1.1.1. pomiarów. Brak przepisów prawnych dotyczących różnych miar prowadzi do dużej niepewności.
Metrologia prawna jest kierowana przez krajową organizację, mianowicie Krajową Służbę Metrologii Prawnej, której celem jest rozwiązywanie problemów metrologii prawnej w danym kraju. Jej funkcje
polegają na zapewnieniu zachowania wzorców krajowych i zagwarantowaniu ich dokładności przez porównanie ich z wzorcami międzynarodowymi, a także na nadaniu odpowiedniej dokładności wzorcom wtórnym danego kraju przez porównanie ich z wzorcami międzynarodowymi.
Współczesna organizacja metrologii obejmuje szereg organizacji międzynarodowych, takich jak (a) Międzynarodowa Organizacja Miar i Wag oraz (6) Krajowa Służba Metrologii Prawnej, których ostatecznym celem jest utrzymanie jednolitości miar na całym świecie.ardyzację) przyrządów pomiarowych, testowanie prototypów/modeli przyrządów pomiarowych, badanie przyrządu pomiarowego w celu sprawdzenia jego zgodności z wymaganiami ustawowymi itp.
Metrologia prawna ma zastosowanie w :
(i) Transakcjach handlowych (ilość netto)
(ii) Pomiarach przemysłowych (właściwa kontrola dokładności pomiaru, tak aby zapewnić
zamienność w celu promowania produkcji masowej.
(iii) Pomiarach potrzebnych do zapewnienia zdrowia publicznego i bezpieczeństwa ludzi.
Prawo krajowe odnoszące się do metrologii prawnej obejmuje następujące punkty:
(i) Prawne jednostki miar. W 1976 r. Parlament uchwalił kompleksową ustawę, the
Standards of Weights and Measures Act 1976, aby ustanowić Międzynarodowy Układ Jednostek Miar (SI),
aby uregulować handel międzypaństwowy w zakresie wag i miar oraz przewidzieć inne sprawy
ważne z punktu widzenia ochrony konsumenta.
(ii) fizyczna prezentacja jednostek prawnych ;
(Hi) hierarchia norm – ich utrzymanie i nadzór;
Normy krajowe (Echelon-I)
Normy odniesienia (Echelon-II)
Normy pomocnicze (Echelon-Ill A)
Normy robocze (Echelon-Ill B)
(iv) specyfikacje lub przepisy techniczne dotyczące przyrządów pomiarowych w zakresie ich wymagań
metrologicznych i technicznych ;
(v) kontrola metrologiczna przyrządów pomiarowych; (zatwierdzenie modelu, legalizacja pierwotna, legalizacja okresowa, legalizacja po naprawie, kontrola użytkowania przyrządów pomiarowych)
(vi) kontrola metrologiczna towarów paczkowanych ;
(vii) kontrola produkcji, naprawy i sprzedaży przyrządów pomiarowych ;
(viii) organizacja/służba zajmująca się metrologią prawną ;
(ix) nakładanie i pobieranie opłat ;
(x) kary za naruszenia ;
(xi) szkolenie personelu.
1.1.2.

Metrologia deterministyczna.

Jest to nowa filozofia, w której pomiar części jest
zastąpiony przez pomiar procesu. W metrologii deterministycznej w pełni wykorzystuje się
deterministyczną naturę maszyn produkcyjnych (maszyny sterowane automatycznie są całkowicie deter-
ministyczne w działaniu), a wszystkie podsystemy produkcyjne są optymalizowane w celu utrzymania
deterministycznej wydajności w ramach akceptowalnych poziomów jakości. W tej nauce, procesy systemowe
są monitorowane przez czujniki temperatury, ciśnienia, przepływu, siły, wibracji, akustyczne „odciski palców”,
te czujniki są szybkie i nieinwazyjne. Stosowane są nowe techniki takie jak kompensacja błędów 3D przez systemy CNC (Computer Numerical Control) oraz systemy eksperckie, prowadzące do w pełni
adaptacyjnego sterowania. Technologia ta jest stosowana w maszynach produkcyjnych o bardzo wysokiej precyzji i
systemach sterowania w celu osiągnięcia dokładności w mikrotechnologii i nanotechnologii.

.