Technische encyclopedie

Winkler Prins (1975)

Gepubliceerd op 06-11-2024

GEOMETRISCHE MEETTECHNIEK

betekenis & definitie

(Fr.: métrologie; Du.: Längenmesstechnik; Eng.: dimensional metrology), ook: fabricagemeettechniek, lengtemeettechniek, werkplaatsmeettechniek, meettechniek voor het bepalen van de geometrie van een voorwerp (werkstuk), met als doel na te gaan of het overeenstemt met het ontwerp op de tekening, of om uit te maken of de samenstellende delen bij montage zullen passen en/of de hun toe gedachte functie zullen kunnen verrichten.

Het bepalen van afmetingen op zich is echter niet voldoende om de geometrie te beschrijven; gegevens omtrent de plaats en gegevens die iets zeggen over de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van het meetresultaat dienen te worden toegevoegd.De geometrische meettechniek nu richt zich op de verkrijging van gegevens betreffende lengte, plaats, nauwkeurigheid, betrouwbaarheid, en op de verwerking van die gegevens. Hierbij wordt niet slechts gedacht aan de hantering van meetinstrumenten, doch aan het totaal van handelingen dat moet worden verricht om de grootte van een onbekende te leren kennen, d.w.z. de voorbereiding van een te meten voorwerp, de keuze van het meetinstrument en de meetmethode, de bouw van een meetopstelling, de bediening van het meetinstrument, de verwerking van de meetgegevens en de interpretatie van de meetresultaten.

Meten.

Voor meten zijn verscheidene definities bedacht; goed bruikbaar is bijv.: meten is het vergelijken van een onbekende met een standaard met als doel de grootte van die onbekende te leren kennen. Het vergelijken geschiedt proefondervindelijk met een meetinstrument, waarbij onvermijdelijk met een zekere onnauwkeurigheid wordt gewerkt. De standaard is een (stoffelijke) representant van de eenheid waarvan de grootte en de naam per definitie zijn vastgesteld (zie Meter).

Bij een lengtemeting treedt een waarnemer via een lengtemeetinstrument in contact met een onbekende (het te meten voorwerp) en een lengtestandaard. De gehele aanpak is erop gericht de werkelijke maat die de onbekende heeft zo goed mogelijk met het meetresultaat te benaderen.



Storende invloeden
op de meting werken dit streven tegen. Sommige storingen hebben een constante (systematische) afwijking ten gevolge, waarvoor kan worden gecorrigeerd. Andere storingen veroorzaken niet-constante (toevallige) afwijkingen, waarvoor niet kan worden gecorrigeerd. Deze afwijkingen, waarvoor een bovengrens redelijk is te schatten, maken dat het meetresultaat, dus de aan de onbekende toegekende kwantitatieve waarde of maat, bestaat uit twee delen: d.w.z. een grondmaat, afgeleid uit de waarnemingen die de meting opleverde, en een onzekerheidsinterval, voortkomend uit de (schattingen der) diverse toevallige afwijkingen.



De nauwkeurigheid
van de meting komt tot uiting in de grootte van het onzekerheidsinterval. Ook de betrouwbaarheid hangt samen met het onzekerheidsinterval. Als de bovengrens van de toevallige afwijkingen goed is geschat, is de kans groot, dat de werkelijke maat van een gemeten voorwerp inderdaad valt binnen de (onzekerheids)grenzen van het meetresultaat. De grootte van de betrouwbaarheid kan op grond van statistische overwegingen worden uitgedrukt in een percentage. De volledige opgave van een meetresultaat luidt dan: meetresultaat = (grondmaat ± ½ onzekerheidsinterval), met een betrouwbaarheid van n%. Bijv. als n = 95 bestaat er 5% kans dat de werkelijke maat afwijkt van het opgegeven meetresultaat.

Indien van een meetresultaat zonder meer het onzekerheidsinterval verkleind wordt, daarmee een nauwkeuriger meting suggererend, stijgt de kans dat de werkelijke maat buiten de onzekerheidsgrenzen van het maatresultaat valt, d.w.z. daalt de betrouwbaarheid. Indien daarentegen een reeds uitgevoerde meting nauwkeuriger wordt herhaald, dan wordt het onzekerheidsinterval kleiner met behoud van het betrouwbaarheidspercentage.

Nadat voor een bepaalde meting het meetinstrument en de meetmethode zijn vastgesteld, kan de meetopstelling worden gebouwd, waarin de onbekende met behulp van het meetinstrument kan worden vergeleken. Deze elementaire methode is vaak erg tijdrovend maar soms niet te vermijden, zoals bij rechtheidsmeting over grotere afstanden en vlakheidsmeting. In andere gevallen behoeft deze weg niet te worden bewandeld, bijv. bij de oppervlaktegesteldheidsmeting en bij de rondheidsmeting. Daarbij zijn als het ware het meetinstrument en de meetopstelling tot een groter instrument samengebouwd, waarin het te meten voorwerp kan worden opgenomen. Voorbeelden hiervan zijn de universele meetmicroscoop die direct geschikt is voor een nauwkeurige meting van uiteenlopende parameters (lengte, diameter, hoek en combinaties hiervan zoals bijv. bij een schroefdraad), en de lengtemeetbank, eveneens een uiterst nauwkeurig meetinstrument.

Een gevaar bij dergelijke instrumenten is dat men aangelokt door het bedieningscomfort en de snelheid van werken te lichtvaardig besluit die instrumenten in een bepaald geval te gebruiken terwijl dat niet verantwoord is in verband met het feit dat de meetapparatuur veel nauwkeuriger is dan voor het meetresultaat wordt vereist. In zo’n geval is het wenselijk een eenvoudiger meetmethode toe te passen. Anderzijds zijn er gevallen waarin men op grond van nauwkeurigheidsoverwegingen op de uitgebreide apparatuur zou zijn aangewezen, ware het niet dat deze op grond van de vorm van het werkstuk (ook de grootte vormt o.a. vaak een belemmering) niet bruikbaar is. Ook dan is men weer op een elementaire toepassing van de definitie van meten aangewezen.

Veelal wordt voor een elementaire meting als meetinstrument een meetklok gebruikt. De meetklok, die in zijn ‘oervorm’ in de loop der jaren al vele verbeteringen heeft ondergaan, bezit een aantal nadelen, en wel vooral: de eigen afmetingen, waardoor het doorgaans onmogelijk is tegelijkertijd te meten op twee dicht bijeen gelegen plaatsen, en de schaalverdeling, die met de taster een geheel vormt, waardoor aflezing zeer moeilijk is.

Een aanzienlijke verbetering hierop is de elektronische meetklok; de taster vormt niet meer een geheel met de rest van het instrument. Een bijkomend voordeel is de omschakelbaarheid naar verschillende meetbereiken. Een verbetering op deze uitvoering is tenslotte die waarbij de uitlezing door middel van een uitslaginstrument is vervangen door een cijferindicatie. Deze trend naar digitalisering wordt ook in de lengtemeettechniek steeds sterker. Andere voorbeelden daarvan zijn het digitale meetsysteem van een elektronisch meetinstrument en de optische tegenhanger hiervan.

De beschreven meetinstrumenten zijn overwegend tasterinstrumenten, d.w.z. dat voor de meting een direct mechanisch contact met de onbekende nodig is. Als dat niet is toegestaan (omdat het te meten voorwerp door aanraking vervormt of niet toegankelijk is), bestaat de behoefte aan contactloze meetmethoden. Dit zijn veelal optische methoden (microscoop, interferentiemicroscoop), of optisch-elektronische methoden (bijv. laserinterferometer, aligneren door middel van de laser). Lengtemeting door middel van holografische interferentie, gebaseerd op driedimensionale fotografie met behulp van laserlicht, is in ontwikkeling.

< >