Prüfmittelverwendbarkeit und Prüfprozesseignung

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1 verwendbarkeit und eignung Vortrag am DGQ-Regionalkreis Karlsruhe-Pforzheim Pforzheim-Gaggenau

2 Anforderungen ANFORDERUNGEN DER NORMEN DIN ISO 1001 ISO/IEC 1705 DIN EN 9000ff ANFORDERUNGEN DER AUTOMOBILINDUSTRIE ISO/TS VDA 6 Teil 1 QS 9000 DIN 1319 ISO 57-1 DIN EN ISO 1453 DIN V EN GUM VDA Band 5 MSA Werksnormen DKD DGQ, VDI/VDE

3 verwendbarkeit Beurteilen, ob das für den vorgesehene Einsatz verwendet werden kann. Angaben zum und Prüfmerkmal Standardunsicher- heit u PM des s verwendbarkeit Kleinste prüfbare Toleranz T min Potential C g und Fähigkeit C gk des s 3

4 eignung Beurteilen, ob der für die vorge- sehene Anwendung geeignet ist. Angaben zum Nachweis der eignung Erweiterte Mess- unsicherheit des es U Gesamtstreuung GRR und %GRR bzw. R&R und %R&R 4

5 Berücksichtigen der Messunsicherheit Angaben zum Berücksichtigen der Messunsicherheit Übereinstimmungs- bereich Erforderlich bei Messprozessen für Konformitätsnachweise oder nicht fähigen Fertigungsprozessen bei Messprozessen zur Prozessregelungen Vernachlässigbar, wenn g pp 50% des definierten Grenzwertes G pp für die eignung ist. 5

6 Berücksichtigen der Messunsicherheit zunehmende Messunsicherheit U UTG Spezifikationsphase Übereinstimmungsbereich Verifikationsphase OTG Unsicherheitsbereich Unsicherheitsbereich Nicht- Übereinstimmungsbereich Nicht- Übereinstimmungsbereich außerhalb Toleranz innerhalb Toleranz außerhalb Toleranz Unsicherheitsbereiche und Bereiche der Übereinstimmung bzw. Nichtübereinstimmung nach DIN EN ISO

7 Berücksichtigen der Messunsicherheit UTG OTG Werksstücktoleranz +U Übereinstimmungsbereich Hersteller -U -U Übereinstimmungsbereich Abnehmer +U Lineare Berücksichtigung der Messunsicherheit für Hersteller und Abnehmer 7

8 Prüfung variabler Merkmale mit universell einsetzbaren n verwendbarkeit Einhalten der Fehlergrenzen nach Hersteller oder Normangaben Standardunsicherheit u PM des s bestimmen Kleinstmöglich messbare Toleranz T min in Abhängigkeit des Grenzwertes G pp berechnen Nachweis der eignung Erweiterte Messunsicherheit U ermitteln Bewertung durch den Kennwert g pp =U/T G pp Berücksichtigen der Messunsicherheit Berücksichtigen der Messunsicherheit im Hersteller- /Abnehmerverhältnis 8 nach VDA Band 5

9 9

10 Allgemeiner Ablauf PRÜFMITTEL AUFLÖSUNG ausreichend? NEIN anderes JA Unsicherheit Normal? JA NEIN Verbesserung mehrere Normale JA Linearität beurteilen? NEIN ein Normal Linearität i.o.? JA NEIN Verbesserung NEIN JA I.O.? 10

11 Allgemeiner Ablauf mehrere Prüfer JA Bedienereinfluß? NEIN ein Prüfer Prüprozess i,.o.? NEIN Verbesserung JA geeignet JA 11 NEIN Messbest. I.O.? Messbeständigkeit überwachen

12 Einflusskomponenten auf die Unsicherheit von Messergebnissen Mensch Messmethode Auswertemethode Umwelt Konstitution Qualifikation Zugänglichkeit Oberfläche Material Form Messobjekt Disziplin Sorgfalt Anzahl Anordnung Empfindlichkeit Messbereich Stabilität Belastbarkeit Auflösung Anzahl Wiederholungen Kalibrierung Justierung Statistische Methoden zufällige Messunsicherheit zufällige Messabweichungen nicht erfasste systematische Messabweichungen Einstellunsicherheit Modellverteilungen Messwertverknüpfung Messpunktauswahl Vorgehensweise Aufnahmevorrichtung Temperatur Luftfeuchte Druck Staub Spannung Strom geometrischer Fehler Form Lage Position Stabilität Schwingungen Messergebnis 1

13 Ermittlung von Standardunsicherheiten 1. Methode A Bestimmen durch statistische Auswertung von Messreihen n (xi x)² i= 1 sn = u(xa ) = n 1 s n n* n* = 1 wenn die Standardabweichung direkt aus den Einzelwerten bestimmt wird n* ist die Anzahl Messungen, wenn das Messergebnis x i durch Mittelwertbildung bestimmt wird. Methode B Verwenden von Vorinformationen oder aus Messreihen mit weniger als 10 Messungen u(x B ) = U k oder u(x B ) = a b U - erweiterte Messunsicherheit k - Erweiterungsfaktor a - b - Verteilungsfaktor 13

14 Verteilungsarten, -faktoren Verteilung Dreiecksverteilung Schema P 100,0% Verteilungsfaktor 0,4 Standardunsicherheit a u(x B ) 0,4 a 4 e -a 0 +a Normalverteilung 95,0% 0,5 a u( x B ) 0,5 a 16 -a 0 +a Rechteckverteilung -a 0 +a 100,0% 0,6 a u( x B ) 0,6 a 1 u-verteilung 100,0% 0,7 a u( x B ) 0,7 a -a 0 +a 14

15 Verwendbarkeit von n 1. Auflösung Die Beurteilung der Auflösung muss bei allen anzeigenden n erfolgen. Wenn nichts anderes vereinbart ist, gilt: Auflösung 100 Toleranz 5% Bei kleinen Toleranzen sind im Einzelfall Ausnahmeregelungen möglich. 15

16 Verwendbarkeit von n. Die Standardunsicherheit des s u PM Sie beinhaltet im Wesentlichen: Kalibrierunsicherheit u Kal Unsicherheit aus Einstellung des s u Just und der Wiederholstandardabweichung u W Unsicherheit aus systematischen Abweichungen u sys 16 PM Kal W sys u = u + u + u + u Just

17 Verwendbarkeit von n 3. Berechnen der kleinsten prüfbaren Toleranz T MIN T G pp MIN u = 6 G PM pp Grenzwert für die Beurteilung des es 17

18 Verwendbarkeit von n werkstückgebundene - Beurteilen der Auflösung - Bestimmen der Standardunsicherheit PM Kal W sys u = u + u + u + u Just Universelle Einhaltung der Fehlergrenzen JA Merkmale vereinbart? NEIN Standardunsicherheit u PM (aus Fehlergrenzen berechnen) 18 6u T = PM min Gpp JA PRÜFMITTEL VERWENDBAR T

19 Beispiel 1 Aus dem Kalibrierzertifikat eines Digitalmessschiebers Form A geht hervor: Kalibrierunsicherheit Ukal Skalenteilungswert Auflösung Meßbereich Wiederholbarkeit fw µm+ l [µm] 10-6 k= 0,01 mm 0,005 mm mm 0,0 mm 1. Auflösung Auflösung 100 Toleranz 5% T min = 0,1 mm 19

20 Beispiel 1. Unsicherheitsbudget (nach VDA Band 5) Bez Meth. Verteilung Anz. Werte Grenzwert a Verteilungsfaktor b Standardunsicherheit u(x) I A/B n [µm] [µm] Zertifikat u Kal u W = s n n* Normalverteilung B ,5 1,130 10,000 Kombinierte Standardunsicherheit u = u + u PM Kal W 10,064 T min = 150,95µm T = 00,00µm spezifikation nachgewiesen? JA 0 Das ist verwendbar für f r Merkmale mit einer Toleranz von mindestens 0, mm. (G pp =0,40 ) (G pp

21 eignung 4. Bestimmen der kombinierten Standardunsicherheit u(y) Einflusskomponenten auf den : u PM Umgebung u Umgeb Temperatur, Luftfeuchte, Beleuchtung, Verschmutzung, Schwingungen, Bediener u Bediener Parallaxen, Konstitution, Qualifikation, Sorgfalt, (De)Motivation( De)Motivation, Objektbedingte Einflüsse des Serienteils u Objekt Gestaltabweichung (Form, Oberfläche), Werkstoffeigenschaften, Eigenstabilität, u(y) = upm + uumgeb + ubediener + uobjekt

22 eignung Die erweiterte Messunsicherheit basiert auf dem Vertrauensbereich für normalverteilte Messwerte (k= P P 95 %). Systematische Messabweichungen, die über den gesamten Messbereich konstant sind und nicht korrigiert werden können, müssen linear berücksichtigt werden. U = k u(y) ) + e s

23 eignung werkstückgebundene Universelle Bestimmen der erweiterten Unsicherheit des es für ausgewählte Einflusskomponenten (, Umgebung, Bediener, Objekt, beständigkeit, ) u( y) = u PM + u Umgeb + u Bediener + u Objekt U = u( y) g pp U = T G pp JA PRÜFPROZESS GEEIGNET 3

24 Beispiel 1 Prüfer messen die Tiefe von 10 Frästeilen zweimal. Nennwert: 16,68 ± 0,3 mm Messergebnisse: 4 Nr x Bediener 1 Bediener Bediener 3 x 1 x R x 1 x R x 1 x R 16,61 16,63 0,0 16,50 16,55 0,05 16,58 16,59 0,01 16,84 16,84 0,00 16,77 16,74 0,03 16,75 16,77 0,0 16,69 16,63 0,06 16,63 16,65 0,0 16,65 16,65 0,00 16,66 16,65 0,01 16,58 16,60 0,0 16,59 16,61 0,0 16,63 16,67 0,04 16,60 16,67 0,07 16,65 16,67 0,0 16,73 16,79 0,06 16,83 16,86 0,03 16,84 16,85 0,01 16,53 16,51 0,0 16,6 16,65 0,03 16,55 16,58 0,03 16,61 16,66 0,05 16,58 16,57 0,01 16,57 16,59 0,0 16,74 16,7 0,0 16,84 16,80 0,04 16,75 16,77 0,0 16,75 16,70 0,05 16,8 16,80 0,0 16,75 16,75 0,00 16,680 0,033 16,683 0,03 16,676 0,015

25 Beispiel 1 Anzahl Prüfer = 3 Anzahl Wiederholungen k = Unsicherheit u MM : R R = 0,0187 mm umm = = 16,55 µm k1 Unsicherheit Prüfer u Prüf : x u Diff Pr üf = xmax xmin = x k Diff u = MM k n = 0,0105 mm 4,065 µm nach VDA Band 5 (MSA) 5

26 Beispiel 1 Standardunsicherheit (Benennung) Kal u(x) i 4. Unsicherheitsbudget des es (nach VDA Band 5) just Methode Verteilung Anzahl Mess. Grenzwert a A/B n [ µm ] u PM = u + usyst + u B Verteilungsfaktor b -- Standardunsicherheit u(x) i [ µm ] 1,13 u MM u Prüf u Temp A -- 3 x 10 x 0,00000 A -- 3 x 10 x -- B Rechteckverteilung -- 0,00 0,5 -- 0,6 16,55 4,06 0,00 Kombinierte Standardunsicherheit u = u(x 17,08 Erweiterte Messunsicherheit 6 k PP ) i i = 1 U = k u PP = u PP Bezogen auf die Toleranz ± 0,3 mm ergibt sich: g PP = 0.40 (G( pp ) Der ist geeignet. Bezogen auf die Toleranz ± 0,1 mm ergibt sich : g PP = 0.40 (G( pp ) Der ist geeignet. Die Messunsicherheit ist jedoch zu berücksichtigen. 34,16

27 Auswertung mit qs-stat 7

28 Auswertung mit qs-stat 8

29 Auswertung mit qs-stat 9

30 eignung Praxisnahe Möglichkeit zur Ermittlung der unsicherheit U: Qualitätsregelkarte zur Stabilitätsüberwachung Prüfen von mindestens 1 kalibrierten Werkstück oder Normal in festgelegten Zeitintervallen Erfassen der Ergebnisse in einer Qualitätsregelkarte Auswerten der Regelkarte und bestimmen der erweiterten Messunsicherheit 30

31 Beispiel (aus VDA-Band 5) Außendurchmesser einer kalibrierten Welle Wert kalibriertes Werkstück: 6,00 mm Erweiterte Kalibrierunsicherheit: U kal =1,0 µm (k kal =) 6,008 6,006 6,008 6,004 6,00 6,000 5,998 5, R = x s x max x min = = = 6,0018 0,0013 0,0060 mm mm mm = 6 µm

32 Unsicherheitsbudget des es 3

33 Beispiel Wenn die Merkmalswerte als normalverteilt angenommen werden können, beträgt die Toleranz bei der Abnahmeprüfung des Herstellers: Die Toleranzeinengung kann somit vernachlässigt werden. Wenn die Merkmalswerte nicht normalverteilt sind bzw. keine Kenntnis über die Verteilung, ist die Messunsicherheit bei Konformitätsprüfungen des Herstellers linear zu berücksichtigen. 33

34 Beispiel 3 (aus DGQ-Band 13-61) 34 Wert laut Kalibrierzertifikat X R =1,000 Prozessstreuung Prozess =0,5 Skalenteilungswert Minimale Messunsicherheit u pw ;min = 0, k p km σ Prozess Grenzwert (Eignung) u grenz = = 0,15 Skalenteilungswert Mindestauflösung = 0,033% Toleranz 1,500 1,300 1,100 0,900 0,700 Meßwerte y i ,89 1,070 1,318 1,38 1,14 1,099 1,104 1,69 1,14 1,190 1,059 1,303 1,14 1,87 1,76 1,183 1,30 1,168 1,163 1, ,04 1,090 1,357 1,095 1,4 1,116 1,169 1,40 1,305 1, ,34 1,178 1,0 1,081 1,187 1,349 1,116 1,070 1,357 1, ,79 1,054 1,355 1,140 1,079 1,130 1,36 1,65 1, ,174

35 Beispiel 3 Systematische Messabweichung a = X x = 0,0 Empirische Standardabweichung u m = s x = 0,0931 a r + u m = 0,951 Der erweist sich ohne Korrektion der Prüfwerte unter realen Bedingungen als nicht geeignet. 35

36 Prüfung attributiver Merkmale Berücksichtigen der Prüfunsicherheit im Hersteller-/Abnehmerverhältnis verwendbarkeit Einhalten der Lehrenherstellertoleranz nach Normen bzw. Vereinbarungen Nachweis der eignung Untersuchung der Eignung zu vereinbarten Sonderfällen Berücksichtigen der Messunsicherheit 36 nach VDA Band 5

37 eignung lehrende Prüfung Konformität des mit der Lehre zu prüfenden Merkmals von 0 Serienteilen anhand der Messwerte und Toleranzen bestimmen Diese 0 Serienteilen von Bediener in Prüfdurchgängen mit der Lehre prüfen Keine Abweichung in der Beurteilung? JA NEIN JA Verbesserungsmaßnahmen Verbesserung möglich? NEIN 37 Verfahren geeignet Lehrende Pürfung durch Messung ersetzen

38 Vorgehensweise Welche Forderungen tatsächlich liegen vor?. Schaffen Sie sich eine Übersicht über die verwendeten. 3. Bilden Sie klassen, z.b. Messschieber Form A mit Ziffernanzeige Messschieber Form A mit Nonius Orden Sie den die Merkmale, z.b. Durchmesser, Tiefenmaß,, Abstandsmaß, Wanddicke die damit geprüft werden. 5. Führen Sie die - und analyse unter Berücksichtigung der Faktoren (Temperatur, Objekteinfluss,...) durch, die für Sie wichtig sind.

39 Quellennachweis (1) VDA Band 5 - eignung 1. Auflage 003 Verband der deutschen Automobilindustrie e.v. () DGQ-Band13 Band management 1. Auflage 1998 (3) MEASUREMENTS SYSTEMS ANALYSE. Edition June 1998 (4) Q-DAS QS-STAT STAT ME 4 39