Wie NIST-rückführbare Standards Präzision und Qualität vorantreiben

Mehr als ein Jahrhundert Innovation im Einsatz

Zuvor haben wir bereits ein wenig über das National Institute of Standards and Technology (NIST) gesprochen und wie NIST-rückführbare Standards ein wichtiger Bestandteil unserer QMS-Standards sind. Doch NIST-Rückführbarkeit ist nicht nur ein Eckpfeiler unserer Branche, der Standards für Zoll, Gramm und andere Maßeinheiten setzt. NIST-rückführbare Standards spielen in vielen wunderbar skurrilen, verrückten und interessanten Weisen eine Rolle.

Viel Brot für NIST-rückführbare Erdnussbutter

Ein Beispiel: Vor wenigen Jahren sorgte ein Foto eines 761 Dollar teuren Erdnussbutterglases für Aufsehen im Internet. Was machte dieses Glas goldenem Gutes so besonders und seinen Preis so bemerkenswert? Es wurde entwickelt, um die Kalibrierung von Geräten in Lebensmittellaboren zu unterstützen und ist eines von mehr als 1.300 Standardreferenzmaterialien (SRMs), die vom NIST erstellt wurden. SRMs werden von Wissenschaftlern, Forschern, Regulierungsbehörden und Herstellern weltweit genutzt und dienen als Basis für NIST-rückführbare Kalibrierung und als Referenzpunkte für Qualitätskontrolle.

Das NIST-rückführbare SRM-Menü beschränkt sich nicht auf Erdnussbutter. Es gibt ähnlich teure Standards für alles von Backschokolade über pürierten Spinat bis hin zu „Fleischhomogenat“ – ein bekanntes, doch etwas mysteriöses Produkt, das sehr lange haltbar ist. Und natürlich reichen NIST-rückführbare Standards weit über die Lebensmittelchemie hinaus, mit SRMs für Materialien wie Organika in Walfischspeck, Seesedimentpulver und Nikotinmetaboliten in gefrorenem menschlichem Urin. Tatsächlich hat NIST im Laufe seiner bemerkenswerten Geschichte und bis heute Einfluss auf eine breite Palette von Produkten und Anwendungen.

Kurze Geschichte des NIST

NIST wurde 1901 als National Bureau of Standards gegründet, dank der Bemühungen von Dr. Samuel Wesley Stratton, der bis 1923 als erster Direktor fungierte und den US-Kongress davon überzeugte, wie wichtig die Einrichtung eines nationalen Standardlabors war. Der völlige Mangel an Standards bedeutete damals beispielsweise, dass mindestens acht verschiedene Gallonen-Versionen und vier verschiedene Fuß-Maße in Gebrauch waren; Produktprüfer waren oft schlecht ausgebildet, und ungenaue oder betrügerische Messgeräte machten Produkte inkonsistent oder ließen Verbraucher täuschenden Praktiken ausgesetzt.

1905 lud NIST zur ersten National Conference on Weights and Measures (NCWM) ein, um Gesetze zu erarbeiten, einheitliche Standards zu verbreiten und Prüfer zu schulen. Das erste offizielle NIST-rückführbare Standardmaterial (SRM 1) war toniger Kalkstein, 1910 eingeführt für die Kalksteinindustrie zur Messung der Zusammensetzung von Spurenchemikalien. Die Sammlung NIST-rückführbarer Standards wuchs stetig und umfasste schließlich Standards für Lebensmittelherstellung, körperliche Gesundheitsmarker und Werkzeuge zur Messung von Umweltschadstoffen.

Heute bescheinigt ein NIST-rückführbares Zertifikat, dass ein Produkt an einem NIST-SRM getestet wurde und strenge Anforderungen für dieses Produkt erfüllt. Jährlich versendet NIST etwa 14.500 SRM-Einheiten und entwickelt 5 bis 10 neue SRMs, oft für Regulierungsbehörden wie CDC oder EPA.

Einige weitere NIST-Meilensteine

Neben der Pflege und Entwicklung NIST-rückführbarer Standards für das SRM-Programm war NIST für einige faszinierende Entwicklungen verantwortlich. So demonstrierte NIST-Physiker Perley G. Nutting auf der berühmten Weltausstellung 1904 in St. Louis die ersten von elektrisierten Gasen beleuchteten Schilder. Aus der Gasspektrometrie-Arbeit Nutting bei NIST hervorgegangen, waren die Schilder damals nur eine Novität, doch zwei Jahrzehnte später hatte die Technologie mit dem Aufkommen von Neonreklamen enorme kommerzielle Auswirkungen. Der Times Square wäre nie mehr derselbe.

1916 führten NIST-Verbesserungen an der Funkpeiltechnik (RDF) zu einem neuen Design, das als Prototyp für die US-Marine diente und im Ersten Weltkrieg zur Ortung feindlicher Streitkräfte eingesetzt wurde. Apropos Radio: Sechs Monate vor dem Start des ersten kommerziellen Radiosenders 1920 experimentierte NIST mit der Übertragung von Musik und Sprache, um technische Probleme des frühen Rundfunks zu untersuchen. 1923 sendete NIST Standardfrequenzen von seiner eigenen Station, um kommerzielle Sender vor gegenseitigen Störungen zu bewahren.

Zum Glück vieler Branchen erfanden NIST-Mitarbeiter 1926 den Beweisring, ein federwaagenähnliches Gerät zur Messung aufgebrachter Kräfte. Obwohl sich das Design im Laufe der Zeit weiterentwickelt hat, sind Beweisringe heute noch weit verbreitet – und werden immer noch nach NIST-rückführbaren Standards gefertigt.

1928 brannte NIST absichtlich zwei verurteilte Gebäude in Washington, D.C. nieder, in dem wohl ersten groß angelegten Brandtest. Durch Überwachung der tatsächlichen Bedingungen und Vergleich mit den theoretischen Zeit-Temperatur-Kurven der Zeit sammelte das Team Daten, die schließlich Teil der NIST-rückführbaren Standards für Brandschutz in Gebäuden wurden.

Im Sommer 1936 kooperierte NIST mit der National Geographic Society, um eine Expedition nach Kasachstan zur Beobachtung einer Sonnenfinsternis zu entsenden. Mit einer speziellen 14-Fuß-Kamera und 9-Zoll-Linse, die von NIST entworfen und gebaut wurden, gelangen die ersten natürlichen Farbfotos einer Sonnenfinsternis.

NIST baute sogar die weltweit erste Atomuhr, 1949. Obwohl die Uhr nicht genau genug war, um als Zeitstandard zu dienen, bewies sie das Konzept und führte zur Entwicklung der ersten Atomuhr, die präzise genug als Zeitstandard war, 1955 am National Physical Laboratory in Großbritannien. (Heute unterhält NIST die offizielle Atomuhr der Welt.)

1953 hatte NIST sich mit der American Dental Association zusammengetan, um das Panorama-Röntgengerät zu erfinden – was es ermöglichte, mit nur einer Aufnahme ein Bild des gesamten Mundes zu erstellen und so die Strahlenbelastung zu minimieren. Zuvor hatten NIST und die ADA zur Erfindung des Hochgeschwindigkeitszahnbohrers beigetragen.

Mit Blick auf die US-Volkszählung 1960 entwickelten NIST und das Census Bureau 1954 das Film Optical Sensing Device for Input to Computers (FOSDIC). Es ermöglichte, handmarkierte Formulare auf Mikrofilm zu scannen und in Computercode umzuwandeln. Das Gerät, das 10 Millionen Antworten pro Stunde lesen konnte, wurde aktualisiert und bis 1990 für die Verarbeitung von Zensusdaten genutzt.

In anderen digitalen Nachrichten: 1957 wurde ein erster Computer, der bei NIST entworfen und gebaut wurde, genutzt, um das erste digitale Bild zu erzeugen. NIST-Ingenieur Russell Kirsch und Kollegen erstellten ein gescanntes Bild von Kirschs dreimonatigem Sohn Walden, während sie an einer Methode arbeiteten, damit der Standards Eastern Automatic Computer (SEAC) Zahlen und Buchstaben erkennen konnte. Kirschs Vermächtnis lebt fort: Der kleine Walden wuchs auf und arbeitete bei Intel, und 2003 kürte das Life-Magazin das Bild zu einem der „100 Photos That Changed the World“ aufgrund seiner Auswirkungen auf die Entwicklung der Digitalfotografie.

1967 war das erste SRM für klinische Anwendungen ein Lebensretter: ein NIST-rückführbarer Standard für die Cholesterinbestimmung beim Menschen. Zuvor waren Cholesterintests notorisch unzuverlässig; Abweichungen von bis zu 23 % führten oft zu unnötigen Behandlungen oder nicht erkannten Risiken, die Patienten in Gefahr brachten.

Mit der Ölkrise der frühen 1970er Jahre, die zur Erschließung von Ölreserven und Umweltbedrohungen für die Küste Alaskas führte, bat die National Oceanographic and Atmospheric Administration NIST, Basisdaten zur Meeresumwelt zu erheben. Viel später – 1989 – erwiesen sich die 700 Proben von Sediment, Wasser und Meeresleben, die NIST gesammelt hatte, als entscheidend für die Bewertung der Auswirkungen der Exxon-Valdez-Ölkatastrophe.

In Partnerschaft mit der NASA war ein NIST-rückführbarer Standard auch das erste Produkt, das im Weltraum hergestellt wurde. 1983, während des Erstflugs des Space Shuttle Challenger, wurde NIST SRM 1960 in der Mikrogravitationsumgebung des Shuttles erzeugt. Es besteht aus perfekt kugelförmigen, stabilen Polystyrolkugeln und dient der konsistenten Messung kleiner Partikel, wie sie in Medikamenten, Kosmetika, Lebensmitteln, Farben, Zementen und Schadstoffen vorkommen.

Auf Anfrage der Forschungsabteilung des US-Justizministeriums produzierte NIST 1992 den weltweit ersten DNA-Profiling-Standard. Über zwei Jahre entwickelt, ist SRM 2390 darauf ausgelegt, jeden Schritt der komplexen Analysemethode zur Identifizierung von Personen mittels DNA zu testen.

Im Laufe der Zeit entwickelte NIST immer neue und präzisere Wege der Zeitmessung. 1993 führte der NIST Internet Time Service ein, der es ermöglicht, die Computeruhr auf die Universelle Koordinierte Zeit (UTC) abzugleichen, die bis heute als weltweiter Zeitstandard gilt. 2010 galt NISTs experimentelle Quantenlogik-Uhr als die präziseste Uhr der Welt; sie wird weder in 4 Milliarden Jahren eine Sekunde gewinnen noch verlieren.

Was hält die NIST-rückführbare Zukunft bereit?

Deutlich wird: Was NIST geleistet hat, ist nicht nur wichtig, sondern auch weitreichend – und es gibt noch mehr zu tun. Beispielsweise hilft uns bei Metal Cutting Corporation die Nutzung NIST-rückführbarer Kalibrierung zusammen mit unseren anderen QMS-Standards, hochwertige Teile zu liefern, die Kundenspezifikationen erfüllen. Doch wir warten immer noch auf einen NIST-rückführbaren Standard für das Wirbelstromprüfverfahren, das wir häufig zur Inspektion von refractory Metallen auf Oberflächenfehler wie Risse einsetzen. (Leute vom NIST, lest ihr das?) Mehr über das Fehlen eines ECT-Standards und andere Kalibrierungsfragen erfahren Sie in unserem Blog The Quandaries of Calibration Standards.

Die Einhaltung NIST-rückführbarer Standards, ISO 9001:2015-Zertifizierung und ein bewährtes QMS sind nur einige der Qualitäten, die man bei einem Metallbearbeitungspartner suchen sollte. Erfahren Sie mehr, indem Sie unseren kostenlosen Leitfaden herunterladen: 7 Secrets to Choosing a New Contract Partner: Technical Guide to Outsourcing Your Precision Metal Fabrication.

Der dieswöchige Blogger, Joshua Jablons, ist Präsident von Metal Cutting Corporation.