Metroloogia on ainulaadne ja oluline valdkond, mis tihti ilma suurema tähelepanuta jääb. Metroloogia on nagu õhk, mille vajalikkust märkame alles siis, kui seda väheks kipub jääma. Oskus täpselt mõõta ja teha seda korduvalt on selgelt kaasaegse tehnoloogial põhineva maailma nurgakivi. Nõnda on metroloogia jätkuv areng ning rakendamine olnud maailma muutvaks märkamatuks jõuks. Järgnevalt on kirjeldatud olulisemad oleviku- ja tulevikutrendid, kus eriti tähtis on oskus täpselt mõõta.
Nanotehnoloogia
Alates tööstusrevolutsioonist ja iga aastaga üha rohkem ja rohkem on selgeks saanud, kui oluline on metroloogia tööstuses, et saavutada soovitud tasemel täpsust ning korratavust nii toodetes kui ka teenustes. Eriti just kaasajal peame arvestama kõrgetasemeliste mõõtmistega kui standardiga, mis tagavad tootmise tõhususe. Nii toobki oskus mõõta väga väikeseid suuruseid tavakasutusse mitmeid erinevaid nanotehnoloogilisi tooteid nagu näiteks tekstiil või nanoosakesi sisaldavad päikesekreemid (1), elektroonikast rääkimata.
Mis üldse on nanotehnoloogia? Eesliide nano tuletati kreekakeelsest sõnast νάνος, mis tähendab kääbust. Nanomeeter on miljard korda väiksem kui üks meeter ja miljon korda väiksem kui üks millimeeter. Inimese juuksekarva laius on umbes 100 000 nm ja punase verelible läbimõõt 7000 nm. Aatomite suurus on siiski aga nanomeetrist veelgi väiksem, kuid mitmed molekulid, sealhulgas ka mitmed valgud, on ühest nanomeetrist suuremad. Nanotehnoloogia kirjeldab, kavandab, toodab ja rakendab struktuure, seadmeid ning süsteeme nanomeetri skaalal (6).
Nanomeetri ning submikromeetri tasemetel töötades on juba tootedisainiks vaja väga keerukaid seadmeid, mille kvaliteet sõltub imetäpsetest mõõtmistest, et välja töötada ja toota nanotehnoloogia komponente. Selleks vajamineva metroloogia metoodika jaoks on välja töötatud suur valik mõõtevahendeid, mis suudavad hinnata erinevaid struktuuride mõõtmeid kuni 0,1 nanomeetrini (2). Komponentide kvaliteedi määramisel aitavad uued tootmis- ja mõõteseadmed hinnata nende funktsionaalsust, ühilduvust, jõudlust, hõõrdumist ja kulumist ülitäpse pinnatöötlusega.
Intelligentne metroloogia (The Intelligent Metrology Cycle)
Automatiseeritud süsteeme kasutavad tööstused vajavad nende korralikuks toimimiseks kvaliteedikontrolli. Metroloogia pakub selleks kindlatele standarditele ja spetsifikatsioonidele vastavat metoodikat, tagades kvaliteedi andmete kogumisega ning nende hindamisega mõõteteaduse abil.
Intelligentsete mõõtmisprotsessidega programmid oskavad automaatselt teha vajalikke mõõtmisi, mõõtmistulemuste hindamist, sondide, andurite ja toorikute vahetamist ning tootmismasinate kalibreerimist.
Täppistehnika mikrokomponentide tootmises on automatiseeritud mõõtmine ja rutiinne kontroll äärmiselt olulised, et tagada nende funktsionaalsus (3). Selliseks andmetöötluseks kasutab tark metroloogia tihti masinõpet, mis suudab suurtes kogustes andmeid paremini mõista ja analüüsida. Nii saabki tulevikus tehisintellektist oluline partner ka metroloogidele.
Automatiseerimine ja robotid (Robots in automation)
Enamik automatiseerimistehnoloogiaid on klassikaliselt välja töötatud suurtööstuste jaoks ning on tavaliselt keerukad ja kallid (2). Keskmistele ja väiksematele ettevõtetele ei ole automatiseerimine kuigivõrd kättesaadav olnud. Arengud tootmise automatiseerimise vallas läbi robotite on aga hakanud seda pilti oluliselt muutma. Selliste robotlahenduste tootmine võib tavalahendustega võrreldes olla 30% odavam, installeerimise ja ümberprogrammeerimise aeg 20% ja hooldusaeg 50% lühem, anduritele toetuvad protsessid suurenevad 5%-lt 100%-ni, võimaldades märkimisväärselt automatiseerida tööprotsesse ja ohutus on 100% garanteeritud (2).
Tööstusroboteid kasutatakse paljudes valdkondades laialdaselt tootlikkuse ja paindlikkuse suurendamiseks ning füüsiliselt raskete ja ohtlike ülesannetega abistamiseks või nende täitmiseks. Keerukamate ülesannete täitmiseks on need enamasti varustatud erinevate sensorite ja anduritega. Lisaks kasutavad tööstusrobotid masinõpet, et end erinevate vajaduste jaoks ise kalibreerida. Täiustatud kontaktivabad metroloogiasüsteemid võimaldavad robotitel komponentide asukohta ja geomeetriat reaalajas mõõta, kusjuures mõõtmisandmeid saab salvestada ning analüüsida ka protsessi kontrollimiseks ja kvaliteedi tagamiseks (5).
Nii on robotiseerimise võimekus otseselt seotud erinevate metroloogia metoodikate rakendamisega, kuid tuleb meeles pidada, et igal metroloogiasüsteemil on omad eripärad ja piirangud. Robotid toetavad tugevalt tööprotsesside automatiseerimist.
Järjest kõrgem kvaliteet
Kvaliteedile on aina suuremad nõuded, et rahuldada pidevalt kasvava elanikkonna vajadusi, stabiliseerida rahvusvahelist koostööd ja suurendada eksporti. Kvaliteedi tagamine käib metroloogiaga käsikäes, sest teadmised ja oskused teostada täpseid mõõtmisi ja kasutada saadavaid andmeid usaldusväärsete hinnangute andmisel on kvaliteedi tagamise üks alustest.
Lisaks on täpsed mõõtmised otseselt seotud üldiste tehnoloogia ja tööstuse arengutega. See on kriitilise tähtsusega, sest energia- ja materjalikulud on jätkuvalt kasvutrendis. Metroloogia võimaldab ressursside tõhusamat kasutamist, toota vähem jäätmeid ning luua jätkusuutlikumat ühiskonda. Kokkuvõttes aitab metroloogia meie elu paremaks muuta.
Viited:
- https://en.wikipedia.org/wiki/Nanotechnology
- Bauer, J. M., et al. “Development trends in automation and metrology.” IFAC-PapersOnLine 48.24 (2015): 168-172. 171
- Weckenmann, A. and Hartmann, W. (2013): Function-oriented method for the definition and verification of microstructured surfaces, Precision Engineering 37, 684–693
- Kopacek, P. (2007). Industrial and Commercial Applications of Mobile Mini-Robots. IFAC Proceedings Volumes, 40(1), 11-18.
- Jamshidi, J., Kayani, A., Iravani, P., Maropoulos, P. G., & Summers, M. D. (2010). Manufacturing and assembly automation by integrated metrology systems for aircraft wing fabrication. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 224(1), 25-36.
- Allikas: Royal Society U.K. (2004). Focus on nanotechnology. https://royalsociety.org/~/media/Royal_Society_Content/policy/publications/2004/9693.pdf