Kalibrierung vs. Verifizierung: Die Sprache der Genauigkeit
Präzise Messungen sind das Fundament jeder mechanischen Prüfung. Das Verständnis der Unterschiede zwischen Kalibrierung und Verifizierung ist entscheidend, um die Genauigkeit, Rückführbarkeit und Konformität Ihres Prüfsystems sicherzustellen. Ganz gleich, ob Sie neue Materialien qualifizieren, Produktionsläufe validieren oder die Einhaltung von Branchenstandards sicherstellen – die Zuverlässigkeit Ihrer Daten hängt von einem wesentlichen Prinzip ab: Ihre Prüfmittel müssen sowohl kalibriert als auch verifiziert sein.
Obwohl diese beiden Begriffe oft synonym verwendet werden, stellen sie unterschiedliche Prozesse mit verschiedenen Zielsetzungen dar. Die Unterscheidung zu verstehen, ist für jedes Labor unerlässlich, das auf Kraftmesssysteme wie Universal- oder dynamische Prüfsysteme von Instron angewiesen ist.
Dieser Artikel erläutert diese Konzepte anhand international anerkannter Metrologie-Rahmenwerke und häufig referenzierter Kraftmessnormen, darunter das International Vocabulary of Metrology (VIM), ASTM E4, ASTM E74, ISO 376 und ISO 7500-1.
Warum Genauigkeit eine eigene Sprache benötigt
In der Messwissenschaft ist Klarheit unerlässlich. Begriffe wie Kalibrierung, Verifizierung, Genauigkeit, Präzision, Messunsicherheit und Rückführbarkeit haben präzise Definitionen, die bestimmen, wie Prüflabore arbeiten und wie die Leistung von Geräten bewertet wird.
Ohne eine gemeinsame Sprache der Genauigkeit:
- sinkt das Vertrauen in Testergebnisse.
- werden Audits anspruchsvoller.
- steigen Compliance-Risiken.
- können Geräte falsch interpretiert oder missbraucht werden.
Um diese Probleme zu vermeiden, ist es wichtig, Kalibrierung und Verifizierung korrekt zu definieren.
Was ist Kalibrierung?
Gemäß dem Internationalen Wörterbuch der Metrologie (VIM 2.39) [JCGM 200:2012] ist Kalibrierung:
Ein Vorgang, der eine Beziehung zwischen den von einem Messgerät angezeigten Werten und den entsprechenden, durch ein Referenznormal realisierten Werten herstellt, jeweils mit den damit verbundenen Messunsicherheiten.
In der Praxis ist die Kalibrierung ein Vergleich zwischen einem kalibrierten Referenzgerät und einem Prüfling, wie z. B. der Kraftmessdose eines Prüfsystems oder einem Kraftmesssystem.
Eine Kalibrierung umfasst in der Regel den Vergleich zwischen:
- einem Kraftbezugsnormal (zum Beispiel Kraftmessgeräte, die nach ASTM E74 oder ISO 376 kalibriert sind)
- und dem zu bewertenden Instrument (wie eine Universalprüfmaschine, die nach ASTM E4 oder ISO 7500-1 bewertet wird).
Der Zweck der Kalibrierung besteht darin, festzustellen, wie genau die Messwerte des Instruments mit rückführbaren Referenzwerten übereinstimmen.
Merkmale der Kalibrierung
- Erzeugt Messdaten.
- Berichtet die Messunsicherheit.
- Stellt die metrologische Rückführbarkeit her.
- Liefert Daten, die auf die Notwendigkeit einer Justierung hinweisen können.
- Bestimmt keinen Pass/Fail-Status (Bestanden/Nicht bestanden).
Was ist Verifizierung?
Gemäß VIM 2.44 ist Verifizierung: die Bereitstellung objektiver Nachweise, dass ein Objekt festgelegte Anforderungen erfüllt.
In der Praxis ist die Verifizierung eine Konformitätsbewertung, die bestätigt, ob das Instrument die spezifizierten Leistungsanforderungen erfüllt, die in Normen definiert sind, wie zum Beispiel:
- ASTM E4: Standardverfahren für die Kraftkalibrierung und Verifizierung von Prüfmaschinen.
- ISO 7500-1: Metallische Werkstoffe – Kalibrierung und Verifizierung von statischen einachsigen Prüfmaschinen – Teil 1: Zug- und Druckprüfmaschinen – Kalibrierung und Verifizierung der Kraftmesseinrichtung.
Merkmale der Verifizierung
- Liefert eine Pass/Fail-Bewertung.
- Verwendet Kalibrierdaten und, falls zutreffend, die Messunsicherheit basierend auf der angewendeten Entscheidungsregel.
- Bestätigt die Konformität mit spezifizierten Anforderungen.
- Kann zu einer Justierung führen, wenn das System die erforderlichen Toleranzen nicht einhält.
- Stellt keine Kalibrierbeziehung her.
Verifizierung beantwortet die Frage:
„Entspricht dieses Gerät den geforderten Leistungskriterien?“
Die Eignung für eine spezifische Anwendung wird typischerweise durch Validierung festgestellt, eine spezialisierte Form der Verifizierung.
Die Kalibrierung beantwortet die Frage:
„Wie verhält sich das Instrument im Vergleich zu einem rückführbaren Referenznormal?“ Sie stellt nicht fest, ob das Instrument spezifizierte Leistungsanforderungen erfüllt. Diese Feststellung erfolgt durch die Verifizierung.
Kalibrierung vs. Verifizierung: Ein direkter Vergleich
| Aspekt | Kalibrierung | Verifizierung |
| Definiert durch | VIM 2.39 | VIM 2.44 |
| Zweck | Messbeziehung und Unsicherheit herstellen | Konformität mit spezifizierten Anforderungen bestätigen |
| Ergebnis | Messdaten, Rückführbarkeit, Unsicherheit | Pass/Fail-Entscheidung |
| Häufig angewendete Normen | ASTM E74, ISO 376, ASTM E4, ISO 7500-1 | ASTM E4, ISO 7500-1, ASTM E74, ISO 376 |
| Rückführbarkeit | Hergestellt durch Kalibrierkette | Basiert auf der durch Kalibrierung hergestellten Rückführbarkeit |
| Justierung | Kalibrierdaten können Notwendigkeit zur Justierung anzeigen | Justierung kann erfolgen, wenn Verifizierung Nichtkonformität feststellt |
| Häufigkeit | Festgelegt durch Qualitätssystem, regulatorische Anforderungen oder risikobasierte Intervallanalyse | Festgelegt durch Qualitätssystem, regulatorische Anforderungen oder Prüfnormen |
Die Kalibrierung stellt Genauigkeit und Rückführbarkeit her, während die Verifizierung die Konformität mit Leistungsanforderungen bestätigt. Beide Prozesse sind notwendig, um die Integrität der Messungen aufrechtzuerhalten.
Die Grundlagen präziser Messungen
Das Verständnis von Kalibrierung und Verifizierung erfordert die Kenntnis von drei grundlegenden metrologischen Konzepten.
Genauigkeit vs. Präzision (VIM 2.13, 2.15)
- Genauigkeit beschreibt die Nähe zu einem Referenzwert.
- Präzision beschreibt die Wiederholbarkeit von Messungen.
Ein System kann konsistente Ergebnisse liefern (hohe Präzision), aber dennoch ungenau sein, wenn die Messungen konsequent von den Referenzwerten abweichen.
Messunsicherheit (VIM 2.26)
Die Messunsicherheit ist definiert als ein Parameter, der die Streuung der Werte charakterisiert, die der Messgröße vernünftigerweise zugeordnet werden können.
Warum Unsicherheit wichtig ist:
- Alle Messungen enthalten Unsicherheiten.
- Verifizierungsentscheidungen können die Unsicherheit je nach angewendeter Entscheidungsregel einbeziehen.
- Der Messfehler bestimmt die Nähe zu Toleranzgrenzen, während die Unsicherheit auch ein Schlüsselfaktor für die Wahrscheinlichkeit einer falschen Annahme oder Ablehnung (PFA und PFR) ist, die Risikoausdrücke darstellen.
Metrologische Rückführbarkeit (VIM 2.41)
Rückführbarkeit ist eine ununterbrochene, dokumentierte Kalibrierkette, die Messergebnisse mit anerkannten Referenznormalen verbindet.
Für die Kraftkalibrierung folgt die Rückführbarkeitskette in der Regel diesem Schema:
- Realisierung von Messeinheiten durch das Internationale Einheitensystem (SI).
- Nationale oder Primärnormale (oft unter Verwendung von Totlast-Kraftnormalen realisiert).
- Referenz-Kraftmessgeräte (kalibriert nach ASTM E74 oder ISO 376).
- Gebrauchsnormalen
- Kundenprüfsysteme (verifiziert nach ASTM E4 oder ISO 7500-1).
Diese Rückführbarkeitskette stellt sicher, dass Messergebnisse vertretbar, zuverlässig und konform mit Qualitätsanforderungen sind.
Wie Kalibrierung und Verifizierung auf Instron-Systeme angewendet werden
Universalprüfmaschinen von Instron verlassen sich auf standardisierte Verfahren, um die Messintegrität aufrechtzuerhalten.
Die Kalibrierung umfasst:
- Verwendung von Kraftmessgeräten, die ASTM E74 oder ISO 376 entsprechen.
- Vergleich von Werten an mehreren Lastpunkten.
- Feststellung von Unsicherheit und Rückführbarkeit.
Die Verifizierung umfasst:
- Anwendung von Leistungstoleranzen nach ASTM E4 oder ISO 7500-1.
- Feststellen, ob die Maschine den erforderlichen Leistungsgrenzen entspricht.
- Erstellung einer Pass/Fail-Entscheidung.
Viele Prüfnormen, einschließlich ASTM E4, erfordern die Erfassung von Kalibrierdaten während des Verifizierungsprozesses, was bedeutet, dass diese Aktivitäten oft zusammen durchgeführt werden.
Die Kalibrierung stellt sicher, dass die Maschine genaue Messdaten liefert. Die Verifizierung bestätigt, dass das System den spezifizierten Anforderungen entspricht.
Wann Kalibrierung* und Verifizierung durchzuführen sind
Eine Kalibrierung wird in der Regel durchgeführt bei:
- Installation neuer Kraftmessdosen oder Kraftmesskomponenten.
- Nach Reparaturen oder dem Austausch von Komponenten.
- Nach Überlastungsereignissen.
- In Intervallen, die durch Qualitätssysteme oder risikobasierte Kalibrieranalysen definiert sind.
- Nach dem Standortwechsel von Prüfmitteln (erforderlich nach ASTM E4).
Eine Verifizierung wird in der Regel durchgeführt bei:
- Durchführung von Abnahme- oder kritischen Produktionsprüfungen.
- Durchführung routinemäßiger Qualitätsprüfungen.
- Nach dem Standortwechsel von Prüfmitteln (erforderlich nach ASTM E4).
- Bestätigung der laufenden Konformität zwischen den Kalibrierintervallen.
Warum die falsche Verwendung der Begriffe Probleme verursacht
Die Verwechslung von Kalibrierung und Verifizierung kann zu Folgendem führen:
- Nicht bestandene externe Audits.
- Nicht konforme Prüfberichte.
- Falsch angegebene Geräteleistung.
- Falsche Annahmeentscheidungen.
- Verlust der messtechnischen Rückführbarkeit.
In regulierten Branchen – einschließlich der biomedizinischen, Luft- und Raumfahrt- sowie Automobilprüfung – können diese Risiken erhebliche betriebliche und regulatorische Folgen haben.
Instron-Expertise
Bei Instron haben wir uns darauf spezialisiert, sicherzustellen, dass Materialprüfsysteme die Genauigkeit, Rückführbarkeit und Konformität beibehalten, die für anspruchsvolle Prüfumgebungen erforderlich sind.
Unsere Fähigkeiten umfassen:
- ISO/IEC 17025 akkreditierte Vor-Ort-Kalibrierdienste durch NVLAP unter dem Labocode 200301-0.
- Kraftkalibrierungen und Verifizierungen nach ASTM E4 und ISO 7500-1.
- Primäre Kraftrealisierung unter Verwendung von Totlastnormalen, mit Sekundärnormalen, die nach ASTM E74 und ISO 376 kalibriert sind.
- Expertenanalyse der Messunsicherheit.
- Beratung zu Kalibrierintervallen und Anforderungen an Qualitätssysteme.
Unsere Servicetechniker sind werksgeschult und werden über das globale Kalibrierlabor-Netzwerk von Instron auditiert, was eine konsistente und zuverlässige Messleistung gewährleistet.
Um mehr über die Wahl des richtigen Kalibrieranbieters zu erfahren, lesen Sie Wie Kalibrieranbieter Ihr Risiko beeinflussen.
Zusammenfassung
- Die Kalibrierung stellt Messbeziehungen, Unsicherheit und Rückführbarkeit her.
- Die Verifizierung bestätigt die Konformität mit spezifizierten Leistungsanforderungen.
- Die beiden Prozesse erfüllen unterschiedliche, aber komplementäre Rollen.
- Beide sind erforderlich, um zuverlässige, vertretbare und konforme Prüfergebnisse zu erzielen.
Das Verständnis der Sprache der Genauigkeit ermöglicht es Laboren, fundierte Entscheidungen zu treffen, die Compliance zu wahren und vertrauenswürdige Daten zu produzieren.
*Hinweis zur „Software-Kalibrierung“ in Bluehill Universal (BHU)
Viele Anwender führen die elektronische Funktion „Kalibrierung“ innerhalb von Bluehill Universal (BHU) aus. Diese Funktion führt eine Shunt-Kalibrierung durch, welche die Messelektronik abgleicht und interne Widerstandsjustierungen zurücksetzt. Obwohl diese Software-Kalibrierung dazu beitragen kann, die Messstabilität zwischen den Servicebesuchen aufrechtzuerhalten, ist sie kein Ersatz für die rückführbare Kalibrierung, die mit Referenznormalen durch Instron-Servicetechniker durchgeführt wird. Eine regelmäßige Vor-Ort-Kalibrierung bleibt unerlässlich, um die metrologische Rückführbarkeit und die Konformität mit den geltenden Prüfnormen zu gewährleisten.