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Sikora So investieren Sie ins optimale Messgerät

| Autor/ Redakteur: Dr. Hilmar Bolte / Peter Königsreuther

Dieser Beitrag eines Sikora-Experten soll deutlich machen, welche Rolle den Begriffen Messrate, Mittelung und Genauigkeit bei der Wahl eines für Extrusionslinien gut geeigneten Messgerätes beizumessen ist.

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Bild 1: Absolute Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit am Beispiel eines Schützen. Sikora will damit zeigen, was es in puncto Präzision im Hinblick auf die optimale Auswahl von Messsystemen für Extrusionslinien in der Kunststoffverarbeitung auf sich hat. Sikora ist auch Fakuma-Aussteller.
Bild 1: Absolute Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit am Beispiel eines Schützen. Sikora will damit zeigen, was es in puncto Präzision im Hinblick auf die optimale Auswahl von Messsystemen für Extrusionslinien in der Kunststoffverarbeitung auf sich hat. Sikora ist auch Fakuma-Aussteller.
(Bild: Sikora)

Ist über die Investition in ein Messgerät zu entscheiden, geht es abgesehen von den Kosten oft darum, welches „das Beste“ ist. So lassen sich Kenndaten, bei denen „mehr“ oder auch „weniger“ als „besser“ angesehen wird, scheinbar problemlos vergleichen. Diese Vereinfachung birgt jedoch Tücken. So ist etwa in der Digitalfotografie die Größe des Sensors und damit des einzelnen Pixels im Allgemeinen wichtiger als die Gesamtzahl der Pixel. Die Angabe der Pixelzahl ist in der Regel das relevante Verkaufsargument. Daher ist es sinnvoll, die Kenndaten zu einem Messgerät, ihre Definition und ihr Zusammenspiel genauer zu hinterfragen. Häufig fehlen erweiterte Angaben zu den Bedingungen, unter denen diese Kenndaten gelten, wie zum Beispiel die Temperatur und die Positionsabhängigkeit etc..

Mittelungen lenken von der Realität ab

Spezifikationen enthalten meist die folgenden Kenndaten: „Messbereich“, „Absolute Genauigkeit“ (auch „Richtigkeit“), „Wiederholgenauigkeit“ (auch „Präzision“) und „Messrate“. „Messbereich“ – die bedeutet, dass Objekte bis zu dieser Größe messbar sind. Manchmal ist dabei aber auch der Sichtbereich angegeben – also der Bereich, in dem sich die Messobjekte bewegen dürfen. Bisweilen fehlt auch die Angabe über die minimal und/oder die maximal messbare Größe. Umgangssprachlich ist die „Genauigkeit“ die Gesamtheit aller Messfehler. Für die Beurteilung eines Messgerätes muss aber differenziert werden: die „absolute Genauigkeit“ meint den Vergleich eines mittleren Messwertes mit einem zertifizierten Normal, die „Wiederholgenauigkeit“ ist definiert als Streuung der Messwerte unter gleichen Bedingungen und somit eine charakteristische Angabe für das Rauschen des Messwerts eines Messgeräts selbst. Die Angabe eines Zahlenwerts für die „Wiederholgenauigkeit“ allein ist nicht ausreichend. So kann es sein, dass ein Anbieter hier die Standardabweichung von Einzelwerten angibt, während ein anderer diese aus einer Sequenz gemittelter Werte ableitet. Eine gängige Visualisierung der Begriffe „absolute Genauigkeit“ (auch „Richtigkeit“ genannt) und „Wiederholgenauigkeit (auch „Präzision“ genannt) ist in Bild 1 gegeben (Zum Vergrößern, bitte anklicken).

Bild 1: Absolute Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit am Beispiel eines Schützen. Sikora will damit zeigen, was es in puncto Präzision im Hinblick auf die optimale Auswahl von Messsystemen für Extrusionslinien in der Kunststoffverarbeitung auf sich hat. Sikora ist auch Fakuma-Aussteller.
Bild 1: Absolute Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit am Beispiel eines Schützen. Sikora will damit zeigen, was es in puncto Präzision im Hinblick auf die optimale Auswahl von Messsystemen für Extrusionslinien in der Kunststoffverarbeitung auf sich hat. Sikora ist auch Fakuma-Aussteller.
(Bild: Sikora)

Die „Messrate“ eines Messgerätes ist die Häufigkeit pro Sekunde, mit welcher der Messwert generiert wird. Sie ist ein weiteres, wesentliches Vergleichskriterium, bei dem „mehr“ als „besser“ angesehen wird. Für einen objektiven Vergleich ist jedoch das Wissen um das Zusammenspiel aus Messrate, absoluter Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit einer Einzelmessung entscheidend. Es kann sein, dass ein Messgerät mit höherer Messrate, aber schlechterer Einzelwertgenauigkeit zur Regelung oder Charakterisierung eines Prozesses ungeeigneter ist als eines mit niedrigerer Messrate, aber höherer Einzelwertgenauigkeit. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine geringe Einzelwertgenauigkeit eine lange Mittelungszeit erforderlich macht. Dabei droht die Gefahr, dass tatsächliche Produktvariationen, die innerhalb dieser Mittelungszeit auftreten, durch die Mittelung künstlich geschönt werden – im schlimmsten Fall sogar, dass die Spezifikation verletzt wird, ohne dass das Messgerät dies sichtbar macht. Wie sehr die Mittelung eines Messwerts die Wahrnehmung beeinflussen kann, lässt sich bildlich am Beispiel des Temperaturverlaufs über eine Woche im September 2000 darstellen (Bild 2).

Bild 2: Hier ist ein sogenannter gemittelter Temperaturverlauf zu sehen. Der Graph wurde im Laufe einer Woche im September ermittelt, um zu demonstrieren, wie eine Mittelung die Wahrnehmung beeinflussen kann. Schon innerhalb eines Tages geht die Information über die tatsächlichen Amplituden verloren, sagt Sikora.
Bild 2: Hier ist ein sogenannter gemittelter Temperaturverlauf zu sehen. Der Graph wurde im Laufe einer Woche im September ermittelt, um zu demonstrieren, wie eine Mittelung die Wahrnehmung beeinflussen kann. Schon innerhalb eines Tages geht die Information über die tatsächlichen Amplituden verloren, sagt Sikora.
(Bild: Sikora)

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