Messunsicherheit bei der Werkstoffprüfung
Kein Messergebnis ist exakt — jede Messung ist mit einer Messunsicherheit behaftet. Für Werkstoffprüfer ist das Verständnis der Messunsicherheit essenziell, da sie direkt beeinflusst, ob ein Befund als konform oder nicht konform bewertet wird. Der international anerkannte Leitfaden zur Angabe der Messunsicherheit ist das GUM (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, JCGM 100:2008), veröffentlicht vom BIPM.
Grundbegriffe
- Messunsicherheit: Ein Parameter, der mit dem Messergebnis verknüpft ist und die Streuung der Werte kennzeichnet, die der Messgröße zugeordnet werden können.
- Standardmessunsicherheit u: Messunsicherheit ausgedrückt als Standardabweichung.
- Erweiterte Messunsicherheit U: U = k · u, wobei k der Erweiterungsfaktor ist (üblicherweise k = 2 für ca. 95 % Überdeckungswahrscheinlichkeit).
- Messunsicherheitsbudget: Vollständige Auflistung aller Unsicherheitsquellen und ihrer Beiträge.
Typ A und Typ B Unsicherheiten
Das GUM unterscheidet zwei Auswertungsmethoden:
- Typ-A-Unsicherheit: Ermittlung durch statistische Analyse wiederholter Messungen. Die Standardunsicherheit ergibt sich aus der experimentellen Standardabweichung des Mittelwerts: u_A = s/√n. Voraussetzung ist eine ausreichende Anzahl von Wiederholungsmessungen (n ≥ 10 empfohlen).
- Typ-B-Unsicherheit: Ermittlung durch andere Methoden als statistische Analyse — z. B. aus Kalibrierscheinen, Herstellerangaben, Normen, Erfahrungswissen oder physikalischen Überlegungen. Die Standardunsicherheit wird aus dem angegebenen Grenzwert und der angenommenen Verteilung abgeleitet (Rechteckverteilung: u_B = a/√3).
Typische Unsicherheitsquellen in der ZfP
In der Werkstoffprüfung wirken zahlreiche Einflussgrößen auf die Messunsicherheit:
- Ultraschallprüfung (UT): Schallgeschwindigkeit im Material, Kopplung, Gerätelinearität, Prüfkopfgeometrie, Positioniergenauigkeit, Temperatureinfluss.
- Härteprüfung: Prüfkraft, Eindringkörper-Geometrie, Oberflächenrauheit, Probenvorbereitung, Auflicht-Mikroskop-Ablesefehler.
- Geometrische Messungen (Wanddicke, Risstiefe): Kalibrierung des Geräts, Messpunktauswahl, Bedienereinfluss.
- Eindringprüfung (PT): Einwirkzeit, Temperatur, Beleuchtungsstärke bei der Auswertung.
Auswirkungen auf Befunde und Konformitätsentscheidungen
Die Messunsicherheit hat direkte praktische Konsequenzen bei der Bewertung von Prüfbefunden:
- Liegt ein Messwert nahe einer Akzeptanzgrenze, muss die Messunsicherheit bei der Konformitätsentscheidung berücksichtigt werden (Regel der geteilten Beweislast nach ISO 14253-1).
- Gemäß ISO 14253-1 gilt: Ein Bauteil ist nur dann eindeutig konform, wenn der Messwert zuzüglich der erweiterten Messunsicherheit die Toleranzgrenze nicht überschreitet.
- In der ZfP-Praxis empfiehlt sich die Angabe der Messunsicherheit im Prüfbericht, besonders bei Grenzwertprüfungen, um Rückfragen und Fehlinterpretationen zu vermeiden.
Für akkreditierte Prüflabors nach DIN EN ISO/IEC 17025 ist die Ermittlung und Angabe der Messunsicherheit verpflichtend.