Verbesserungen an der Replika-Bandprüfmethode
(ASTM D4417C / NACE SP287 / ISO 8503-5)

Michael Beamish, Vizepräsident, DeFelsko

Abstrakt

Die Replica-Tape-Methode ist ein bewährtes Verfahren, das von Prüfern weltweit seit Jahrzehnten zur Messung der Höhe von Oberflächenprofilen eingesetzt wird. Frühere Studien haben gezeigt, dass die Methode hochpräzise und genau ist, aber eine komplizierte Poliertechnik und die Notwendigkeit, in einigen Messbereichen den Mittelwert aus zwei verschiedenen Sorten von Replikabändern zu bilden, machten die Methode für einige Anwender zu einer Herausforderung. In diesem Beitrag werden zwei Änderungen an der Methode vorgeschlagen: ein aktualisiertes Polierwerkzeug und eine linearisierte Messskala, die eine Mittelwertbildung überflüssig macht. Es wurde eine Studie durchgeführt, um die Genauigkeit und Präzision dieser aktualisierten Methode zu bestimmen. Dabei wurden Messungen von 15 Anwendern mit unterschiedlicher Erfahrung an einer Reihe von Testplatten durchgeführt, die mit verschiedenen Strahlmitteln und Profilhöhen gestrahlt wurden.

Schlüsselwörter: Inspektion, Beschichtungsinspektion, Testex-Band, Replika-Band, Polieren, Oberflächenprofil, Oberflächenrauhigkeit, ASTM D4417, NACE SP0287, ISO 8503-5

Einführung

Vor dem Auftragen einer industriellen Schutzbeschichtung wird das Substrat durch Strahlen oder mechanisches Strahlen vorbereitet. Durch das Strahlen werden Walzzunder und Korrosion vom Substrat entfernt und gleichzeitig eine zusätzliche Oberfläche geschaffen, die durch die Erzeugung eines komplexen Musters von Erhebungen und Vertiefungen gegen schiere Kraft geschützt ist1.

Diese zusätzlichen Spitzen und Täler, die als Oberflächenprofil bezeichnet werden, variieren aufgrund von Faktoren wie Strahlmittelgröße, Strahlmittelform, Strahlmittelzusammensetzung, Strahldruck, Größe der Strahldüsenöffnung und der Position, in der die Strahldüse in Bezug auf die Oberfläche gehalten wird.

Die Sicherstellung eines ausreichenden Oberflächenprofils ist seit Jahrzehnten eine gängige Anforderung der Qualitätskontrolle. In der Vergangenheit wurden Platten mit einem wünschenswerten Oberflächenprofil zu Beginn eines Auftrags erstellt und von den Prüfern als Maßstab für den taktilen und visuellen Vergleich verwendet. Später wurden kommerziell hergestellte Vergleichspaneele eingeführt, die eine Reihe von standardisierten Musteroberflächenprofilen zum Vergleich enthielten. Die handelsüblichen Vergleichstafeln stellten zwar eine erhebliche Verbesserung gegenüber früheren Methoden dar, doch handelte es sich dabei um eine qualitative Methode, bei der die Entscheidung vom Urteilsvermögen des Prüfers abhing.  

In den 1970er Jahren wurde eine alternative Methode zur Messung des Oberflächenprofils eingeführt: Testex Replica Tape. Das Replika-Band besteht aus einem komprimierbaren Schaumstoff, der auf ein inkompressibles Mylar-Substrat geklebt ist, das wiederum auf ein Klebeetikett mit einem Loch geklebt ist, das den Zugang zum Schaumstoff/Mylar ermöglicht. Das Abdruckband wird auf die gestrahlte Oberfläche geklebt, und ein Handgerät mit einer kugelförmigen Kugel an einem Ende wird gegen die Mylarseite des Schaumstoffs/Mylars gedrückt, wodurch der Schaumstoff in die Oberfläche gedrückt wird und schließlich ein Negativabdruck entsteht. Das Abdruckband wird dann von der Oberfläche entfernt, und die Höhe des Schaumstoffs/Mylars wird gemessen. Durch Subtraktion der Dicke des Mylarsubstrats kann die Höhe des Schaumstoffabdrucks bestimmt werden, wodurch die Höhe des Oberflächenprofils von Spitze zu Tal ermittelt wird.

Abbildung 1: Überblick über den Polierprozess

Das Abdruckbandverfahren bot eine schnelle, kostengünstige und quantitative Methode, die vor Ort eingesetzt werden konnte. Es gewann schnell an Popularität und gehört auch 50 Jahre später noch zu den beliebtesten Methoden der Oberflächenprofilmessung.

Es gibt drei "Qualitäten" von Replica-Bändern, die üblicherweise in der Schutzbeschichtungsindustrie verwendet werden: Coarse, für Profile zwischen 20 - 50 µm (0,8 - 2 mils), X-Coarse für Profile zwischen 40 - 115 µm (1,5 - 4,5 mils), und X-Coarse Plus, für Profile zwischen 70 - 150 µm (4 - 6 mils).

Historische Versuche zur Bestimmung der Genauigkeit von Bandreproduktionen

Versuche, die Genauigkeit und Präzision von Replika-Bändern zu bestimmen, gehen auf das Jahr 1987 zurück, als ein Expertengremium von der National Association of Corrosion Engineers (später NACE International, später AMPP)2 einberufen wurde. In der Studie aus dem Jahr 1987 wurden Messungen mit Replika-Bändern, die von 7 Mitarbeitern an 14 Platten durchgeführt wurden, mit Messungen verglichen, die mit einem Mikroskop durchgeführt wurden, das auf die Spitzen und Täler des Oberflächenprofils fokussiert war. In 11 von 14 Fällen stimmten die Messungen mit dem Abdruckband und dem Fokussiermikroskop innerhalb der 95 %-Konfidenzgrenzen (zwei Standardabweichungen) überein. Der durchschnittliche Unterschied zwischen den beiden Arten von Messverfahren betrug 4,5 μm (0,18 mils). Die durchschnittliche Standardabweichung für die von den Bedienern vorgenommenen Messungen betrug 5,4 μm (0,21 mils), was einem 95 %-Konfidenzintervall von ±10,8 μm (0,42 mils) entspricht.

Im Jahr 2012 wurde vom Unterausschuss ASTM D01.46 eine Folgestudie mit dem Ziel durchgeführt, die Wiederholbarkeit und Genauigkeit von Replika-Bändern gemäß ASTM D44173 zu ermitteln. Fünf Platten wurden von drei Bedienern in elf Laboratorien gemessen, was insgesamt 33 Replika-Bandmessungen pro Platte ergab. Die Wiederholbarkeit (95% Konfidenzintervall) der Messungen lag je nach Platte zwischen ±5 und 10 μm (0,2-0,4 mils).

Die Bestimmung der Genauigkeit ist eine Herausforderung, da kein rückführbarer Standard für die Messung von Oberflächenprofilen existiert. Da gestrahlte Profile naturgemäß zufällig sind, ist jeder Versuch, einen rückführbaren Standard zu erstellen, unpraktisch. Der Unterausschuss D01.46 beschloss daher, die D4417-Methode D, den Schleppstift, als Referenzmethode zu verwenden. Das Schlepptaster-Profilometer ist ein Industriestandardverfahren zur Messung der Oberflächenmorphologie und, was noch wichtiger ist, es ist rückverfolgbar und kann mit Referenzstandards kalibriert werden. Diese Geräte sind hochpräzise und werden im Allgemeinen mit einer Genauigkeit von unter 1 μm (0,04 mils) angegeben.

Abbildung 2: Schleppstichelprofilometer

Das Schlepptaster-Profilometer verwendet einen fein zugespitzten Taster, der in das Oberflächenprofil eindringt. Durch Ziehen dieses Tasters über die Oberfläche und Aufzeichnung der Messdaten kann eine 2D-Spur des Oberflächenprofils erfasst werden. An dieser 2D-Spur können verschiedene mathematische Funktionen ausgeführt werden, um eine Zahl zu erhalten, die mit der Morphologie des Profils in Verbindung steht; die ASTM D4417-Methode D spezifiziert Rt, den Abstand zwischen der höchsten Spitze und dem niedrigsten Tal entlang einer Bewertungslänge von 12,5 mm (1/2"), als geeigneten Parameter.

Aufgrund des zufälligen Charakters von gestrahlten Profilen ist die Genauigkeit dieser Methode gering, da das entlang einer dünnen Linie festgestellte Profil nur eine begrenzte Darstellung der gesamten Oberfläche ist. Diese Genauigkeit kann jedoch durch die Bildung eines Durchschnitts aus mehreren Messungen verbessert werden.

Mit dieser Methode der "relativen Genauigkeit" wurde die Genauigkeit der Replika-Band-Methode auf etwa ±8 μm (0,3 mils) festgelegt.

Im Jahr 2023 wurde von diesem Autor ein Versuch unternommen, die Ergebnisse der Studie von 2012 zu replizieren. Während sehr erfahrene Nutzer von Replikationsbändern in der Lage waren, die Ergebnisse in einem angemessenen Umfang zu replizieren, hatten unerfahrene Nutzer erhebliche Schwierigkeiten, die Ergebnisse zu replizieren.

Linearisierung

Es ist seit langem bekannt, dass Replika-Bänder am unteren Ende ihres Bereichs - wo der Schaumstoff vollständig komprimiert wird - und am oberen Ende ihres Bereichs - wo die Spitzenhöhen größer sind als die Dicke des Schaumstoffs - nicht linear reagieren.

Da die Reaktion des Bandes zunehmend nichtlinear wird, werden die Messungen immer ungenauer. Testex begegnet diesem Problem durch die Festlegung konservativer Grenzen für den Nutzbereich des Bandes. Für "X-Coarse" beträgt dieser Bereich 63 um bis 115 um (2,5 bis 4,5 mils). Für "Coarse" liegt der Bereich bei 20 bis 38 um (0,8 bis 1,5 mils). Kleine Ungenauigkeiten treten am oberen (115 um oder 4,5 mils) von "X-Coarse" und am unteren (20 um oder 0,8 mils) Ende von "Coarse" auf. Im Überlappungsbereich zwischen den beiden Güteklassen muss ein umständliches Mittelungsverfahren angewandt werden, bei dem Messungen mit "Coarse"- und "X-Coarse"-Band vorgenommen und gemittelt werden.

Bei diesem Mittelwertbildungsverfahren werden Materialien und Praktiken verwendet, die bereits Teil des Geräts sind, aber es verringert die Genauigkeit und Präzision, wie der ASTM-Ringversuch zeigt. Außerdem ist es für einige Prüfer unbequem und verwirrend, was ein erhöhtes Risiko von Messfehlern mit sich bringt.

Vom Hersteller durchgeführte Experimente, die auf einer Analyse der ASTM-Ringversuchsdaten und einer anschließenden Studie basierten, zeigten, dass der Linearitätsfehler des Replika-Bandes stark mit dem gemessenen Oberflächenprofil korreliert ist. So ergibt beispielsweise eine Platte mit einem gemessenen Rt von 50 μm (2,4 mils) bei der Messung mit dem Replika-Band durchweg einen Messwert von 64 μm (2,6 mils). Durch eine beträchtliche Anzahl von Messungen über einen breiten Bereich von gestrahlten Profilen könnte dieser Linearitätsfehler über den Messbereich des Replika-Bandes quantifiziert werden und einen Korrekturfaktor ergeben, der auf die Messwerte angewandt werden könnte, um die Genauigkeit zu verbessern und die Notwendigkeit der umständlichen Mittelwertbildung zu beseitigen.

Abbildung 3: Eine grafische Darstellung der Linearisierungskorrektur

Polierwerkzeug

Bei der Replika-Band-Methode wird das Mylar bzw. der Schaumstoff mit einem Glättwerkzeug in das gestrahlte Profil gedrückt. Das Polierwerkzeug ist ein einfaches und kostengünstiges Werkzeug zum Aufbringen von Druck, erfordert aber eine korrekte Technik des Bedieners, um das Replikoband richtig zu polieren. Wird kein ausreichender Druck ausgeübt, verbleiben unkomprimierte Schaumstoffbereiche und es wird ein falsch hohes Ergebnis gemessen. Wird zu viel Kraft aufgewendet, können die Spitzen der Oberfläche über den Schaum hinaus in die Mylar-Trägerfolie eindringen, was zu fälschlich niedrigen Ergebnissen führt. Während erfahrene Bediener lernen können, einen gleichmäßigen und korrekten Kraftaufwand zu verwenden, bleibt der Polierprozess für neue und bestehende Prüfer eine Herausforderung und uneinheitlich.

Abbildung 4: Das derzeit für die Replika-Band-Methode verwendete Polierwerkzeug

Um Anwendern aller Erfahrungsstufen eine größere Genauigkeit zu ermöglichen, wurde ein Präzisions-Polierwerkzeug entwickelt, das in Abbildung 5 dargestellt ist. Es besteht aus einem äußeren Kunststoffgehäuse, das eine federbelastete Kugel enthält. Die Feder ist so kalibriert, dass sie eine bekannte, gleichmäßige Kraft auf die Kugel ausübt, wenn das Werkzeug gegen die Oberfläche gedrückt wird.

Ähnlich wie bei der bisherigen Methode wird das Werkzeug, wie in Abbildung 6 dargestellt, auf das Abdruckband aufgesetzt und abwechselnd bewegt, bis der Abdruckschaum vollständig zusammengedrückt ist, was sich durch ein gleichmäßiges "Kieselkorn"-Erscheinungsbild bemerkbar macht. Nach dem Polieren sollten keine Schlieren oder Spuren auf dem Replikatband zu sehen sein.

Abbildung 5: Das überarbeitete Präzisionsglättwerkzeug, Ansicht von unten.

Unabhängig von der vom Bediener aufgebrachten Kraft wendet die Polierkugel aus Stahl einen gleichmäßigen Kraftaufwand an, wodurch die Gefahr einer Überkomprimierung des Replikabandes und des Eindringens der Spitzen des Oberflächenprofils in das Trägermaterial ausgeschlossen wird. Solange der gesamte Bereich des Abdruckbandes brüniert wird und die Unterseite des Werkzeugs während des Brünierens in Kontakt mit dem Abdruckband ist, ist auch die Gefahr des Unterbrünierens ausgeschlossen.

Abbildung 6: Das überarbeitete Präzisionsglättwerkzeug wird zum Glätten von Replika-Bändern verwendet.

Zielsetzung

Ziel dieser Studie ist es, die Genauigkeit der Replica-Tape-Methode, die durch ein Präzisionskraft-Polierwerkzeug und einen Linearisierungs-/Korrekturfaktor ergänzt wird, bei der Messung von Rt (Peak-to-Valley-Profilhöhe) mit einer rückführbaren Referenzmethode (dem Schlepptaster-Profilometer) zu bestimmen.

Experimentelles Verfahren

Um sicherzustellen, dass die Studie mit Testmustern durchgeführt wurde, die unter realistischen Feldbedingungen gestrahlt wurden, wurde ein Satz von 38 3" x 5" Stahlplatten bei einer kommerziellen Quelle für standardisierte Platten in Auftrag gegeben. Vier Sätze von acht Platten wurden mit Schrot, Stahlsplitt, Kohleschlacke und Granat gestrahlt, sechs Platten wurden mit Aluminiumoxid gestrahlt. Jeder Plattensatz wurde mit einer Reihe von Strahlmitteln gestrahlt, um eine Reihe von Strahlprofilen zu erzeugen. Zwei Aluminiumpaneele und zwei Stahlpaneele wurden auch mit Superoxalloy-Strahlmittel bei niedrigerem Druck mit einer Hobby-Strahlanlage gestrahlt, um feine Profile zu erzeugen, die sich für die Prüfung des niedrigen Bereichs des groben Replika-Bandes eignen, der unterhalb des Bereichs liegt, der normalerweise für industrielle Anwendungen verwendet wird. Nach Ankunft im Labor wurde eine vorläufige Bewertung jeder Platte anhand von acht Rt-Messungen mit dem Tastschnittgerät (Mitutoyo SJ-201 S/N 801624) gemäß ASTM D4417 Methode D durchgeführt.

Auf der Grundlage der vorläufigen Bewertung wurden 22 Platten, die eine Reihe von Rt-Werten und Schleifmittelarten repräsentierten, für die Studie ausgewählt und mit einem Buchstaben gekennzeichnet. Rt wurde dann auf jeder Platte weitere 12 Mal mit dem Tastschnittgerät gemessen, um die statistische Sicherheit der Rt-Messungen zu erhöhen:

ID
Medienart
Rt
S
AM40/70-50
0.7
T
AM40/70-50 (Al-Panel)
0.9
V
AM40/70-50 (Al-Panel)
1.2
C
Edelstahlschrot ES-300
1.6
F
Kohle Schlacke 30/60
1.6
I
MG 25 Körnung
2.0
O
Edelstahlschrot ES-300
2.1
B
Edelstahlschrot ES-300
2.3
2.7
R
Steinkohle Slg 30/60
K
Granat 30/60
2.9
H
MG 25 Körnung
3.0
Q
Granat 30/60
3.1
E
Kohle Schlacke 12/40
3.8
J
Granat 30/60
3.9
L
Kohle Schlacke 12/40
4.0
MG 25 Körnung
4.2
A
Stahlkies S230
4.5
M
Kohle Schlacke 12/40
4.8
P
MG 25 Körnung
5.1
D
Kohle Schlacke 12/40
5.4
G
MG 25 Körnung
5.7
X
Kohle Schlacke 12/40
5.8
W
Alaun. Oxid 16 Körnung
7.4
Tabelle 1: Die für die Studie verwendeten Prüfplatten

Zur Durchführung der Tests wurden 17 Testpersonen aus dem Kollegenkreis des Autors rekrutiert. Es wurde darauf geachtet, dass sie ein breites Spektrum an demografischen Merkmalen und Erfahrungen im Umgang mit Replika-Bändern repräsentieren. Mehrere Teilnehmer hatten vor dieser Studie noch nie mit Replika-Bändern gearbeitet:

Teilnehmer-ID
11
Verwendung von Replika-Bändern vor der Studie
> 500
12
> 500
13
25-50
14
25-50
15
25-50
16
10-25
17
0
18
50-100
19
25-50
20
21
10-25
0
0
22
23
0
24
0
25
0
26
10-25
27
10-25
Tabelle 2: Ein Überblick über die Studienteilnehmer und ihre Erfahrungswerte

Die Studie wurde in zwei Teile aufgeteilt, um die Dauer der gleichzeitigen Beschäftigung der Bediener mit der Studie zu verkürzen. Im ersten Teil der Studie wurden 15 Platten mit dem X-Coarse-Band gemessen. Im zweiten Teil der Studie wurden 6 Platten mit dem Coarse-Replika-Band und 6 Platten mit dem X-Coarse Plus-Replika-Band gemessen. (Einige Platten wurden für mehrere Bandqualitäten verwendet). Die Prüfung konzentrierte sich auf das X-Coarse-Band, da es die gängigste Sorte ist und einen Messbereich aufweist, mit dem häufig vorkommende gestrahlte Profile gemessen werden können.

Eine Station, die in Abbildung 7 dargestellt ist, wurde mit allen für die Prüfung erforderlichen Materialien ausgestattet, einschließlich der Prüfplatten, des nachgebildeten Klebebands der gewünschten Sorte, der Polierwerkzeuge, des Mikrometers, des Laptops (zum Betrachten des Lehrvideos und zur Aufzeichnung der Ergebnisse), des Wachspapiers (zur Aufbewahrung der polierten Stücke des nachgebildeten Klebebands) und des Papiers (zur Reinigung der Ambosse des Mikrometers, falls erforderlich).

Abbildung 7: Der Bahnhof, an dem die Studie durchgeführt wurde

Um die Konsistenz zu gewährleisten, wurde vom Autor dieser Studie ein 11-minütiges Lehrvideo aufgenommen:

  • Eine Minute zur Überprüfung des Geräts
  • Eine Minute zur Überprüfung des Funktionsprinzips des Replikationsbandes
  • Eine Minute zur Überprüfung der Bedienung und Reinigung der analogen Messschraube
  • Eine Minute zur Überprüfung der Tabelle und des Dateneingabeprozesses
  • Eine Minute, um zu erklären, wie man die Testtafeln öffnet, handhabt und aufbewahrt
  • Zwei Minuten zur Erklärung des Polierwerkzeugs und des Polierverfahrens
  • Eine Minute, um zu erklären, wie man das brünierte Replikband misst
  • Drei Minuten zur Überprüfung des Prozesses durch Wiederholung der Messung.

Die Tests wurden gemäß ASTM D4417 Methode C durchgeführt, mit Ausnahme der bereits erwähnten Linearisierung und des modifizierten Polierwerkzeugs. Jeder Teilnehmer wurde angewiesen, das nachgebildete Band so lange zu polieren, bis ein gleichmäßiges graues Muster ohne weiße Flecken oder Polierspuren erreicht war. Zur Veranschaulichung von richtig und falsch polierten Bandabdrücken wurden Musterstücke zur Verfügung gestellt. Zwei Stücke des nachgebildeten Klebebands wurden in einem bestimmten Bereich der Platte poliert und mit dem Mikrometer gemessen. Diese Messungen wurden später vom Autor in der Datenverarbeitungsphase gemäß den Anweisungen des Herstellers gemittelt. Wenn zwei Messungen um mehr als 5 Mikrometer (0,2 mils) voneinander abwichen, wurde gemäß den Anweisungen des Herstellers eine dritte Messung vorgenommen und mit der ähnlichsten der beiden ursprünglichen Messungen gemittelt.

Ergebnisse

X-Coarse Grade Replica-Band

Insgesamt wurden 510 Stück Replika-Band poliert, was insgesamt 255 Messungen ergab. Die Messungen aus dem X-Coarse-Replika-Bandteil der Studie sind in Abbildung 8 unten zusammengefasst. Das gelbe Band stellt das 95%ige Konfidenzintervall für linearisierte Messungen dar, und die Messungen der einzelnen Bediener sind mit einer bestimmten Farbe gekennzeichnet.

Abbildung 8: Messergebnisse der einzelnen Studienteilnehmer, aufgetragen gegen die Rt-Werte des Drag Stylus, wobei die Linearisierungskurve und das 95 %-Konfidenzintervall gelb schattiert sind.

Die Standardabweichung und der Standardfehler (im Vergleich zum gemessenen Rt) sind ein Maß für die Wiederholbarkeit zwischen den Anwendern für ein bestimmtes Panel bzw. für die allgemeine Messabweichung für jedes Panel.

ID
Medienart
Widerstand Taststift Rt µm (mils)
Replik Band St. Abweichung µm (mils)
Replikationsband Standardfehler µm (mils)
T
AM40/70-50 (Al-Panel)
2.8 (0.11)
C
Edelstahlkugeln ES-300
2.3 (0.09)
F
Kohle Schlacke 30/60
0.5 (0.02)
I
MG 25 Körnung
3.0 (0.12)
O
Edelstahlschrot ES-300
1.0 (0.04)
B
Edelstahlschrot ES-300
0.80 (0.03)
Alle Paneele
4.0 (0.16)
23 (0.9)
2.7 (0.11)
41 (1.6)
3.0 (0.12)
41 (1.6)
2.8 (0.11)
51 (2.0)
4.2 (0.17)
53 (2.1)
1.2 (0.05)
R
Kohle Schlacke 30/60
69 (2.7)
2.9 (0.11)
2.5 (0.10)
K
Granat 30/60
74 (2.9)
3.5 (0.14)
2.8 (0.11)
H
MG 25 Körnung
76 (3.0)
3.2 (0.13)
2.3 (0.09)
Q
Granat 30/60
79 (3.1)
3.0 (0.12)
2.0 (0.08)
E
Kohle Schlacke 12/40
97 (3.8)
3.5 (0.14)
2.5 (0.10)
J
Granat 30/60
99 (3.9)
2.6 (0.10)
2.4 (0.09)
2.8 (0.11)
N
MG 25 Körnung
107 (4.2)
58 (2.3)
Stahlkies S230
114 (4.5)
2.1 (0.08)
3.8 (0.15)
4.1 (0.16)
M
Kohle Schlacke 12/40
122 (4.8)
3.3 (0.13)
2.8 (0.11)
2.1 (0.08)
2.8 (0.11)
A
Tabelle 3: Die Standardabweichung und der Standardfehler (im Vergleich zu Rt, gemessen mit dem Schleppstift) für jede Tafel

Diese Ergebnisse zeigen eine durchschnittliche Präzision, definiert als das Doppelte der durchschnittlichen Standardabweichung, von ±5,6 µm (0,22 mils). Dies ist ein Maß dafür, wie ähnlich die Ergebnisse der einzelnen Prüfer waren, und wird auch als "Reproduzierbarkeit" bezeichnet.

Der Standardmessfehler betrug ±4,0 µm (0,16 mils), was zeigt, wie nahe die Ergebnisse an den rückführbaren Messungen mit dem Schleppstift lagen. Das 95 %ige Konfidenzintervall lag daher bei ±8,0 µm (0,32 mils), was üblicherweise als Genauigkeit der Prüfmethode angesehen wird. Bemerkenswert ist, dass jede der 255 Messungen innerhalb des Bereichs von ±8 µm (0,32 mils) lag.

Grobkörniges Replika-Band

Für den grobkörnigen Teil der Studie wurden 177 Stücke des nachgebildeten Bandes poliert, was insgesamt 89 Messungen ergab. Die Messungen sind in Abbildung 9 unten zusammengefasst. Der gelbe Bereich stellt das 95 %-Konfidenzintervall für linearisierte Messungen dar, und die Messungen der einzelnen Bediener sind farblich gekennzeichnet.

Abbildung 9: Messergebnisse der einzelnen Studienteilnehmer, aufgetragen gegen die Rt-Werte des Drag Stylus, wobei die Linearisierungskurve und das 95 %-Konfidenzintervall gelb schattiert sind.

Die Standardabweichung und der Standardfehler (im Vergleich zum gemessenen Rt) sind ein Maß für die Wiederholbarkeit zwischen den Anwendern für ein bestimmtes Panel bzw. für die allgemeine Messabweichung für jedes Panel.

ID
Medienart
Widerstand Taststift Rt µm (mils)
Replik Band St. Abweichung µm (mils)
Replikationsband Standardfehler µm (mils)
S
AM40/70-50
5 (0.2)
T
AM40/70-50 (Al-Panel)
2.8 (0.11)
V
AM40/70-50 (Al-Panel)
1.2 (0.05)
C
Edelstahlschrot ES-300
0.8 (0.03)
F
Kohle Schlacke 30/60
0.5 (0.02)
I
MG 25 Körnung
1.3 (0.05)
Alle Paneele
3.7 (0.14)
19 (0.7)
1.3 (0.5)
24 (0.9)
1.3 (0.5)
30 (1.2)
2.4 (0.09)
40 (1.6)
2 (0.08)
41 (1.6)
1.9 (0.08)
50 (2.0)
2.3 (0.09)
1.9 (0.07)
Tabelle 4: Die Standardabweichung und der Standardfehler (im Vergleich zu Rt, gemessen mit dem Schleppstift) für jede Tafel

Diese Ergebnisse zeigen eine durchschnittliche Präzision, definiert als das Doppelte der durchschnittlichen Standardabweichung, von ±1,9 µm (0,07 mils). Dies ist ein Maß dafür, wie ähnlich die Ergebnisse der einzelnen Prüfer waren, und wird auch als "Reproduzierbarkeit" bezeichnet.

Der Standardmessfehler betrug ±3,7 µm (0,14 mils), was zeigt, wie nahe die Ergebnisse an den rückführbaren Messungen mit dem Schleppstift lagen. Das 95 %ige Konfidenzintervall lag daher bei ±8 µm (0,32 mils), was üblicherweise als Genauigkeit der Prüfmethode angesehen wird. Bemerkenswert ist, dass jede der 89 Messungen innerhalb des Bereichs von ±8 µm (0,32 mils) lag.

X-Coarse Plus Grade Replika-Band

Für den X-Coarse Plus-Teil der Studie wurden 210 Stück Replika-Band poliert, was insgesamt 105 Messungen ergab. Die Messungen sind in Abbildung 10 unten zusammengefasst. Das gelbe Band stellt das 95 %-Konfidenzintervall für linearisierte Messungen dar, und die Messungen jedes Bedieners sind mit einer bestimmten Farbe gekennzeichnet.

Die Platte W wurde in diese Phase der Studie aufgenommen, obwohl sie eine Rt von 189µm (7,4 mils) aufweist, was den maximalen Bereich von 150µm (6,0 mils) des X-Coarse Plus Replica-Bandes überschreitet. Trotz erheblicher Bemühungen war es schwierig, Platten mit einem Rt-Wert zwischen 6,0 und 7,0 zu beschaffen, und es wurde beschlossen, die Platte W zu bewerten, die das nächsthöhere Profil aufwies. Da die Platte W weit außerhalb des Bereichs des X-Coarse Plus Replikationsbandes lag, wurden die Messungen nicht in die Gesamtpräzisions- oder -genauigkeitsangaben einbezogen. Die Ergebnisse der Platte W deuten darauf hin, dass die maximale Reichweite des X-Coarse Plus Replika-Bandes wahrscheinlich größer als 150µm (6,0 mils) ist, aber es sind weitere Untersuchungen mit Platten in diesem Bereich erforderlich, um die genaue maximale Reichweite zu bestimmen.

Abbildung 10: Messergebnisse der einzelnen Studienteilnehmer, aufgetragen gegen die Rt-Werte des Drag Stylus, wobei die Linearisierungskurve und das 95 %-Konfidenzintervall gelb schattiert sind.

Die Standardabweichung und der Standardfehler (im Vergleich zum gemessenen Rt) sind ein Maß für die Wiederholbarkeit zwischen den Anwendern für ein bestimmtes Panel bzw. für die allgemeine Messabweichung für jedes Panel.

ID
Medienart
Widerstand Taststift Rt µm (mils)
Replik Band St. Abweichung µm (mils)
Replikationsband Standardfehler µm (mils)
J
Granat 30/60
3.1 (0.12)
N
MG 25 Körnung
2.1 (0.08)
M
Kohle Schlacke 12/40
3.6 (0.14)
P
MG 25 Körnung
9.5 (0.37)
D
Kohle Schlacke 12/40
2.4 (0.09)
X
Steinkohle Slg 12/40
1.5 (0.06)
Alle Paneele ohne W
99 (3.9)
3.2 (0.13)
106 (4.2)
3.8 (0.15)
30 (1.2)
5.0 (0.20)
131 (5.1)
4.8 (0.19)
138 (5.4)
3.3 (0.13)
148 (5.8)
W
Alaun. Oxid 16 Körnung
189 (5.8)
5.7 (0.23)
11.8 (0.47)
3.3 (0.13)
3.9 (0.15)
4.9 (0.19)
Tabelle 5: Die Standardabweichung und der Standardfehler (im Vergleich zu Rt, gemessen mit dem Schleppstift) für jede Tafel

Diese Ergebnisse zeigen eine durchschnittliche Präzision, definiert als das Doppelte der durchschnittlichen Standardabweichung, von ±7,8 µm (0,30 mils). Dies ist ein Maß dafür, wie ähnlich die Ergebnisse der einzelnen Prüfer waren, und wird auch als "Reproduzierbarkeit" bezeichnet.

Der Standardmessfehler betrug ±4,9 µm (0,19 mils), was zeigt, wie nahe die Ergebnisse an den rückführbaren Schlepptastermessungen lagen. Das 95 %ige Konfidenzintervall lag daher bei ±10 µm (0,38 mils), was üblicherweise als Genauigkeit der Prüfmethode angesehen wird. 100 der 105 Messungen lagen innerhalb des Bereichs von ±10 µm (0,38 mils).

Schlussfolgerungen

In dieser Studie wurden geringfügige Aktualisierungen der Replica-Tape-Methode zur Messung des Oberflächenprofils bewertet, nämlich die Verwendung eines aktualisierten Polierwerkzeugs und einer Linearisierungsmethode zur Korrektur der Messergebnisse. Diese beiden Aktualisierungen schienen die Genauigkeit und Präzision der Prüfmethode zu verbessern, obwohl die Bediener viel weniger erfahren waren als in früheren Studien.

Die Ergebnisse dieser Studie ähneln den Ergebnissen der früheren ASTM-ILS-Prüfung, die vom Ausschuss D01.46 durchgeführt wurde, sind jedoch besser als diese. Es wird angenommen, dass das überarbeitete Polierwerkzeug die relative Unerfahrenheit der Bediener mehr als ausgleicht (es gab keinen statistisch signifikanten Unterschied zwischen den Ergebnissen, die von neuen und erfahrenen Bedienern erzielt wurden) und die Gesamtstreuung verringert. Es wird auch angenommen, dass der Linearisierungsprozess die Wiederholbarkeit und Genauigkeit am oberen und oberen Ende des Replikationsbandbereichs verbessert hat.

Auf der Grundlage dieser Studie werden die folgenden Aussagen zur Genauigkeit und Präzision vorgeschlagen:

Replik Bandqualität
Präzision
Grob
Genauigkeit
± 2 µm (± 0,1 mils)
± 8 µm (± 0,3 mils)
X-Grob
± 6 µm (± 0,2 mils)
± 8 µm (± 0,3 mils)
X-Coarse Plus
± 8 µm (± 0,3 mils)
± 10 µm (± 0,4 mils)

Danksagung

Der Autor möchte sich bei KTA-Tator für die Unterstützung bei der Erstellung der für diese Studie verwendeten Prüfplatten bedanken.

Referenzen

  1. S.G. Croll, "Surface roughness profile and its effect on coating adhesion and corrosion protection: A review", Progress in Organic Coatings 148 (2020) 105847
  2. NACE RP0287-2002, "Field Measurement of Surface Profile of Abrasive7" (Houston, TX: AMPP)
  3. ASTM D4417-21A, "Standard Test Methods for Field Measurement of Surface Profile of Blast Cleaned Steel" (West Conshohocken, PA: ASTM).