Automatisierte Kalibrierung: vom Prüfplan zur gesteuerten Messung
Stand:
Kurz erklärt
Bei der automatisierten Kalibrierung steuert eine Software den Kalibrator und liest den Prüfling aus, Punkt für Punkt, nach einem hinterlegten Prüfplan. Der Mensch legt das Gerät an, startet den Ablauf und bewertet das Ergebnis. Was bei einem Tischmultimeter von Hand zwei Stunden dauern kann, läuft automatisiert oft in zwanzig bis dreißig Minuten, ohne Tippfehler und mit jedem Punkt dokumentiert. Voraussetzung sind Geräte mit Schnittstelle und ein Prüfplan, der die Messpunkte maschinenlesbar beschreibt.
Warum ist das wichtig?
Die manuelle Kalibrierung hat drei Schwächen: Sie ist langsam, sie ist fehleranfällig beim Ablesen und Abschreiben, und sie wird oft abgekürzt, wenn die Zeit knapp wird. Automatisierung behebt alle drei. Sie macht die Kalibrierung außerdem reproduzierbar: Jeder Prüfer fährt denselben Ablauf, jede Kalibrierung sieht gleich aus.
In Kalibrierlaboren ist Automatisierung seit Jahrzehnten verbreitet, vor allem in der Elektrotechnik. Für Werkslabore wird sie interessant, sobald mehr als einige Dutzend gleichartige Geräte kalibriert werden. Dann rechnet sich der Aufwand, einen Prüfplan einmal sauber zu erstellen.
Im Detail
Die drei Stufen der Automatisierung
| Stufe | Was automatisch läuft | Was der Mensch tut |
|---|---|---|
| Geführte Kalibrierung | Prüfplan gibt Punkte vor, berechnet Toleranz und Bewertung | Stellt Kalibrator ein, liest Prüfling ab, tippt Wert |
| Halbautomatisch | Software steuert den Kalibrator, berechnet, bewertet; bei Geräten mit Datenausgabe liest sie den Prüfling aus | Stellt Bereich oder Funktion am Prüfling um, tippt Werte bei Geräten ohne Schnittstelle |
| Vollautomatisch | Software steuert Kalibrator und Prüfling, liest beide aus, bewertet, erzeugt Schein | Schließt an, startet, prüft Ergebnis, gibt frei |
Schon die geführte Kalibrierung spart viel: Toleranzen werden nicht mehr aus Datenblättern abgelesen, Messpunkte nicht vergessen, Bewertungen nicht von Hand gerechnet.
Was ein Prüfplan enthält
Ein maschinenlesbarer Prüfplan beschreibt je Messpunkt:
- Funktion und Bereich des Prüflings (etwa Gleichspannung, 10-V-Bereich)
- Sollwert, den der Kalibrator ausgeben soll
- Toleranz, aus der Herstellerspezifikation berechnet
- Einstellungen am Prüfling, etwa Messbereich oder Filter
- Wartezeit vor dem Ablesen
- Anzahl der Ablesungen und wie daraus der Messwert gebildet wird
- Welche Unsicherheitsbeiträge eingehen
Dazu kommen Kopfdaten: Verfahren, Normale, Umgebungsbedingungen, Hinweise für den Prüfer. Ein guter Prüfplan ist gleichzeitig die dokumentierte Prüfanweisung, die das Audit verlangt.
Schnittstellen und Treiber
Kalibratoren und Tischmultimeter werden über GPIB, RS-232, USB oder LAN angesteuert, meist mit SCPI-Befehlen. Handmultimeter haben dagegen einen Drehschalter und höchstens eine Datenausgabe (IR oder USB); sie lassen sich auslesen, aber nicht umschalten. Für jedes Gerätemodell braucht die Software einen Treiber, der die Befehle kennt. Ob ein Gerät unterstützt wird, entscheidet oft über den Nutzen der Automatisierung. Wer ein neues Normal kauft, sollte vorher prüfen, ob es einen Treiber gibt oder ob der Hersteller die Befehle dokumentiert.
MET/CAL und die Prozedur-Welt
In der elektrischen Kalibrierung ist MET/CAL seit Jahrzehnten weit verbreitet. Prozeduren werden in einer eigenen Sprache geschrieben und liegen für sehr viele Gerätetypen vor. Viele Labore haben über Jahre eigene Prozeduren aufgebaut, und dieses Wissen ist ein Vermögen. Wer heute über Automatisierung nachdenkt, sollte prüfen, ob vorhandene Prozeduren weiterverwendet oder übernommen werden können, statt bei null anzufangen.
Was Automatisierung nicht ersetzt
- Die Sichtprüfung: Gehäuse, Leitungen, Sicherungen, Display.
- Die Plausibilität: Ein Prüfplan mit falscher Toleranz läuft fehlerfrei durch und bewertet falsch.
- Die Verantwortung: Freigeben muss ein Mensch, und die Normale müssen gültig sein.
- Mechanische Größen: Drehmoment, Länge, Druck lassen sich geführt, aber selten vollautomatisch kalibrieren.
Praxisbeispiel
Ein Werkslabor kalibriert 120 Handmultimeter von drei Typen. Bisher: Kalibrator von Hand einstellen, Wert ablesen, in eine Excel-Vorlage tippen, Toleranz aus dem Datenblatt nachschlagen. Pro Gerät 90 Minuten, zwei Tippfehler pro Woche, die im Audit auffallen.
Das Labor legt für jeden Typ einen Prüfplan an und fährt halbautomatisch: Die Software steuert den Kalibrator und liest das Multimeter über dessen USB-Datenausgabe aus, der Prüfer dreht nur noch den Bereichsschalter, wenn der Prüfplan es verlangt. Pro Gerät sind es etwa 35 Minuten inklusive Anschließen. Die 120 Geräte sind in gut zwei Wochen durch statt in sechs. Der Schein entsteht aus den Messwerten, die Toleranz kommt aus der Spezifikation am Gerätetyp. Der frei gewordene Prüfer kümmert sich um die Normale und die Drift-Auswertung, die vorher niemand gemacht hat.
So unterstützt calServer
- Prüfpläne als Text. Prüfpläne werden lesbar geschrieben, Bausteine wiederverwendet, Toleranzen aus der Spezifikation am Gerätetyp übernommen. Einmal angelegt, für jedes Gerät des Typs.
- MET/CAL aus calServer starten. Wer MET/CAL nutzt, startet es direkt aus der Kalibrierung. Mit der MET/TEAM-Anbindung (Expert) werden Ergebnisse in beide Richtungen abgeglichen.
- calScript und calServer Runner (Beta). calScript ist die Prüfplansprache, der Runner steuert Kalibrator und Multimeter am Messplatz, als Ergänzung zu MET/CAL und an Plätzen, an denen bisher von Hand kalibriert wird. Vorhandene MET/CAL-Prozeduren lassen sich bei Bedarf einlesen.
- Wiederholmessungen und Einschwingzeit. Ablesungen je Messpunkt und verworfene Einschwingwerte werden in den Grundeinstellungen als Vorgabe festgelegt und lassen sich je Prüfschritt anpassen.
- Bewertung mit Unsicherheit. Je Punkt wird nach der eingestellten Entscheidungsregel bewertet, die Unsicherheit kommt aus dem Prüfplan und der Normal-Spezifikation.
- Freigabe bleibt beim Menschen. Ist der Freigabevorgang eingeschaltet, wird der Schein beim Einreichen eingefroren und von einer zweiten Person freigegeben. Automatisierung endet vor der Verantwortung.
Prüfpläne gehören zur Kalibrierung ab Basis, calScript und Runner sind Beta, die MET/TEAM-Anbindung gehört zu Expert. Die Drift-Auswertung bietet das Modul „Messhistorie und Trend“. Prüfpläne in calServer, calScript und Runner, MET/TEAM-Anbindung oder Demo anfragen.
Häufige Fragen
Lohnt sich Automatisierung für ein kleines Labor? Nach unserer Erfahrung ab etwa 30 gleichartigen Geräten im Jahr. Der Prüfplan ist einmal Arbeit, danach spart jede Kalibrierung Zeit und Fehler. Darunter reicht oft die geführte Kalibrierung ohne Gerätesteuerung.
Brauche ich einen Kalibrator mit Schnittstelle? Für die Vollautomatik ja. Für die geführte Kalibrierung reicht jeder Kalibrator; der Prüfer stellt ihn ein und tippt den Wert ein.
Was passiert mit meinen MET/CAL-Prozeduren? Sie bleiben nutzbar. MET/CAL wird weiter aus dem Kalibriermanagement gestartet. Wo es besser passt, lassen sich einzelne Prozeduren zusätzlich in einen calScript-Plan übernehmen.
Kann ich einen Prüfplan für ein Gerät ohne Schnittstelle automatisieren? Halbautomatisch: Die Software steuert den Kalibrator und berechnet alles, der Prüfer liest nur den Wert ab und tippt ihn ein. Das spart nach unserer Erfahrung oft einen großen Teil der Zeit, vor allem beim Nachschlagen und Rechnen.