Prüfprozesseignung. Relative Auflösung = absolute Auflösung / Toleranz des zu messenden Merkmals * 100%

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2 Prüfprozesseignung Um das Ausmaß der Unzulänglichkeiten zu bestimmen (abzuschätzen), wird bei Prüfmitteln, die Einfluss auf die Einhaltung von Anforderungen an ein Produkt haben, eine Prüfmittelfähigkeitsuntersuchung durchgeführt. Hierbei kann es sich um gesetzliche Forderungen oder um Kunden- bzw. interne Forderungen handeln. Anforderungen nach der ISO 9000:2000ff. und nach QS-9000 an eine Prüfmittelüberwachung sind ebenfalls zu berücksichtigen. Die Prüfmittelfähigkeitsuntersuchung liefert eine Aussage, ob ein Prüfmittel für eine bestimmte Prüfaufgabe geeignet ist. Sie ist somit eine wichtige Vorbedingung einer jeden Qualitätsbeurteilung. Die internationale Basis bei der Beurteilung von Prüf- und Messsystemen bildet die Normenreihe DIN EN ISO 9000:2000ff. Hier wird gefordert, dass, Prüf- und Messsysteme in einer Weise benutzt werden, die sicherstellt, dass die Messunsicherheit bekannt und mit den betreffenden Forderungen vereinbar ist [Nor00a]. Die Anwendung von Methoden und Instrumenten um diese Forderung zu erfüllen, bleibt dem jeweiligen Anwender überlassen. Vor diesem Hintergrund sind eine Reihe von unternehmensspezifischen Richtlinien entstanden, die die Vorgehensweise bei der Beurteilung von Prüf- und Messsystemen regeln. Die ersten Richtlinien wurden von General Motors (1987) und Ford (1989) entwickelt. Von den Automobilherstellern General Motors, Chrysler und Ford werden die Anforderungen in der Measurement System Analysis MSA, die ein Teil der QS-9000 bildet, beschrieben [Chr03]. Die Inhalte wurden in einer Richtlinie auf Betriebsbedingungen angepasst und erweitert [Bos03]. Speziell für die Bestimmung der Messunsicherheit existiert der Guide to the Expresion of Uncertainty in Measurement (GUM) [Nor95]Mit den Elementen aus der MSA und dem GUM entstand in der Automobilindustrie ein deutscher Standard, der die Untersuchung der Prüfprozesseignung beschreibt [VDA03]. Auflösung Messsystem Die absolute Auflösung, auch als Ansprechschwelle bezeichnet ist der kleinste Wert der Änderung des zu messenden Merkmals, die das Messsystem noch eindeutig erfassen kann. Die relative Auflösung stellt den Zusammenhang zwischen absoluter Auflösung und der Toleranz des zu messenden Merkmals her. Relative Auflösung = absolute Auflösung / Toleranz des zu messenden Merkmals * 100% Die Relative Auflösung sollte kleiner gleich 5% der Merkmalstoleranz betragen. Geeignetes Normal Es muss ein geeignetes Normal oder Referenzteil vorhanden sein, dessen richtiger Wert durch Kalibrierung auf nationale oder internationale Normale rückführbar ist und sich im laufe des Untersuchungszeitraums nicht verändert. Die Messunsicherheit des Normals oder Referenzteils darf nicht größer sein als 5% der Toleranz des zu messenden Merkmals. Bei der Kalibrierung sollte die Messunsicherheit auf dem Kalibrierschein angegeben sein. Der richtige Wert des Normals sollte im Idealfall dem Mittelwert der zu prüfenden Merkmalstoleranz entsprechen. Abweichende Werte innerhalb des Toleranzbereichs des zu prüfenden Merkmals gelten auch als problemlos. Sofern keine Angaben zur Messunsicherheit vorliegen, kann ersatzweise anhand der angegebenen Stellenzahl des Normals auf die Messunsicherheit geschlossen werden. Dann entspricht die Abweichung aufgrund der natürlichen Rundung der Auflösung.

3 Beispiel Ist die Lange eine Endmaßes, das als Normal verwendet werden soll beispielsweise mit 10,00 mm angegeben, kann auf Grund der natürlichen Rundung davon ausgegangen werden, dass der richtige Wert des Endmaßes zwischen 9,995 und 10,005mm liegt. Damit beträgt die geschätzte Messunsicherheit 0,005mm. Relative Auflösung = absolute Auflösung / Toleranz des zu messenden Merkmals * 100% Die Relative Auflösung sollte kleiner gleich 5% der Merkmalstoleranz betragen. Verfahren 1 (Cg/Cgk-Studie) Genauigkeit und Fähikeitsindizes Cg, Cgk (prinzipielle Eignung). Das Verfahren wird in der neuen Auflage der MSA nicht mehr berücksichtigt, wird jedoch in unternehmässpezifischen Normen weiterhin beschrieben [Bos 03] Das Verfahren 1 wird unter Wiederholbedingungen durchgeführt. Wiederholbedingungen liegen vor, wenn dasselbe Merkmal derselben Einheit (Normal) an derselben Messstelle vom selben Prüfer mit demselben Prüfmittel nach einem festgelegten Messverfahren am selben Ort unter gleichen Umweltbedingungen in kurzen Zeitabständen gemessen wird. Ziel ist es dabei die systematische Messabweichung X (Bias = Versatz oder Verzerrung) sowie die Wiederholpräzision Sg zu ermitteln, somit kann die Genauigkeit des Messsystems über die Fähigkeitsindizes geschätzt werden. Dieses Verfahren kann mit der Maschinenfähigkeit verglichen werden, bei der die Bedingungen ähnlich sind. Der Prüfmittelfähigkeitsindex Cg wird aus dem Verhältnis von vorgegebener Toleranz T oder der sechsfachen Prozessstreuung 6*Sp und dem geschätzten Streubereich des Prüfmittels (6*Sg ermittelt). Die Verwendung von Toleranz oder Prozessstreubreite ist mit dem Kunden abzustimmen. Vor allem bei sehr fähigen Prozessen kann die Verwendung der Prozessstreuung zu einem Problem werden, da diese Betrachtung bei allen Verfahren sehr schnell an die technischen Möglichkeiten von Prüfmitteln stößt.

4 Der Prüfmittelfähigkeitsindex Cgk wird aus dem Verhältnis von vorgegebener Toleranz T bzw. der sechsfachen Prozessstreuung 6*Sp vermindert um die systematische Messabweichung X und dem geschätzten Streubereich des Prüfmittels 3*Sg ermittelt. Linearität Beim Verfahren 1 sind wir bisher davon ausgegangen, dass das Messgerät nur in einem eng umgrenzten Bereich eingesetzt werden soll. Wenn hingegen der Messbereich des Messgerätes bei den anfallenden Messaufgaben ausgenutzt werden soll, ist zusätzlich eine Linearitätsuntersuchung erforderlich. Mit dieser ermittelt man die systematische Messabweichung an mehreren Stellen innerhalb des Messbereichs. Für die Untersuchung sind mehrere min. drei, besser fünf oder sieben Normale mit bekanntem Referenzwert zu verwenden. Die Referenzwerte der Normale sollten so gewählt sein, dass diese in dem zu untersuchendem Messbereich gleichmäßig verteilt liegen. Jedes der Normale ist min. zehnmal unter Wiederholbedingungen zu messen. Aus den Messungen je Normal sind die Mittelwerte zu berechnen, Für jede Messwertreihe ist die systematische Messabweichung Bi zu berechnen. Die an jedem Normal ermittelte bekannte Systematische Messabweichung Bii sollte dem Betrag nach kleiner gleich 5% der Toleranz sein. -0,5*T Bii +0,5*T Abweichungsdiagramm zur Linearität Anmerkungen Vor nicht allzu langer Zeit bekam ich eine neue Bügelmessschraube mit Kalibrierzertifikat geliefert die ich einer Prüfung nach Verfahren 1 unterziehen wollte. Schon bei den ersten zwei Messungen stellte ich fest, dass der ermittelte Wert 0,2mm vom Referenzwert abwich! Um die Ursache für die Abweichung zu ermitteln untersuchte ich das Prüfgerät nach möglichen Fehlerursachen, erstaunt musste ich feststellen, dass die Justierschraube des Messgerätes relativ locker war. Somit musste ich das Messgerät neu justieren und konnte im Anschluss mit Verfahren 1 nachweisen, dass der Zustand so wieder hergestellt wurde das die Konformität der erzeugten Merkmale nachgewiesen werden konnte. Bei einer Untersuchung nach Verfahren 2

5 oder 3 (ohne Prüfereinfluss) berücksichtigt man die relativen Einflussgrößen und deren Auswirkungen auf die Präzision des Messprozesses, die Richtigkeit wird dabei nicht mehr bewertet. Als Fazit bedeutet dass das Verfahren 2 mir die Eignung des Messgerätes im Serieneinsatz bestätigt hätte, aber je nach Toleranzbereich hätten nicht konforme Merkmale auf Grund von Maßabweichungen des Messwerkzeuges erzeugt werden können! Normenreihe DIN EN ISO 9000:2000ff. Hier wird gefordert, dass, Prüf- und Messsysteme in einer Weise benutzt werden, die sicherstellt, dass die Messunsicherheit bekannt und mit den betreffenden Forderungen vereinbar ist [Nor 00a]. Verfahren 2 ARM (GRR-Studie) Wiederholpräzision (EV), Vergleichspräzision (AV) und Gesamtstreubereich (GRR) Auswahl der Prüfer (k) bei 2 Schicht Betrieb 2 Prüfer, bei 3 Schicht Betrieb 3 Prüfer. Die Auswahl der Teile sollte min. 5 (n) betragen in der Regel jedoch 10, die sich nach Möglichkeit über den gesamten Toleranzbereich oder über die gesamte Prozessstreunung verteilen sollen. Die Zahl der Durchführungen (r) muss min. 2 betragen! Anwendungsvoraussetzung: n*k*r 30 Die Teile werden nummeriert. Um den Einfluss der Teilegeometrie auszuschließen, wird die Messposition gekennzeichnet. Die Einflussgrößen wie Temperatur, Bediener usw. sind zu dokumentieren. Während der Untersuchung sind Nachstellungen an der Messeinrichtung nicht zulässig. Die erste Messung der Bauteile darf die zweite Messung nicht beeinflussen, somit ist eine Randomisierung der Bauteile notwendig, das heißt der Prüfer weiß nicht welches der Bauteile er grade misst. Die jeweiligen Ergebnisse der anderen Prüfer dürfen dem Prüfer nicht bekannt sein! Prüfung der Teileauswahl Die Überprüfung der Teileauswahl die sich möglichst über die gesamte Toleranz bzw. Prozessstreubreite verteilen soll, kann über die Xmax. Xmin. Werte der Messungen / Toleranz oder Prozessstreubreite *100% ermittelt werden. Kennwerte Die Kürzel ndc stehen für die Anzahl der unterscheidbaren Klassen und soll 5 sein. Es empfiehlt sich jedoch für ungeübte Anwender grundsätzlich die Formblätter der jeweiligen Kundenforderung zu verwenden, die beinahe selbsterklärend sind.

6 Allgemein werde die prozentualen Werte auf die Gesamtstreuung TV bezogen, einige Unternehmen verwenden bei der Berechnung die Toleranzbreite T als Bezugsgröße [Bos 03]. Verfahren 3 (Prüfmittel ohne Bedienereinfluss) Wiederholpräzision und Gesamtstreubereich Das Verfahren 3 ist ein Sonderfall des Verfahrens 2 für automatische Messeinrichtungen (z.b. mechanisierte Messeinrichtungen, Prüfautomaten usw.) bei denen der Bedienereinfluss entfällt bzw. vernachlässigbar klein ist. In diesem Fall wird der vereinfachte Kennwert berechnet GRR = EV. Da der Prüfereinfluss entfällt gilt hier die weniger scharfe Anwendung n*r 20 Anmerkungen Weitere Informationen bei der MSA nach QS 9000 bietet zum Signifikanzniveau die Seite Kurzübersicht zur MSA dritte Ausgabe, sowie Hinweise zur Anwendung der Untersuchung der systematischen Messabweichung auf der Seite 71 (Kapitel II Abschnitt B). Die Verwendung von Toleranzbreite oder 6*Sp wird auf Seite 73 ((Kapitel II Abschnitt C) erläutert. Messbeständigkeit Ein Messprozess kann sich über die Zeit verändern, und muss daher überwacht werden. Dazu wird das Messsystem von Zeit zu Zeit ein Normal oder Referenzteil überprüft, die Ergebnisse ausgewertet und festgehalten. Bei Abweichungen von den Sollvorgaben sind Verbesserungsmaßnahmen einzuleiten. Zu beginn der Messbeständigkeitsuntersuchung wird eine Vorlaufuntersuchung durchgeführt. Dazu kann das gleiche Normal wie in Verfahren 1 eingesetzt werden, dazu wird eine Qualitätsregelkarte mit folgenden Eingriffsgrenzen angelegt. OEG = Xm + 0,1 * T UEG = Xm 0,1 * T Nach Möglichkeit werden an einem Tag 25 Messungen in gleichen Abständen eingeplant, die in der QRK Ausgewertet werden. Aus der zeitlichen Reihenfolge kann eine Aussage über das notwendige Kalibrier- und Justierintervall gemacht werden. Nach dem dann festgelegten

7 Intervall werden weiterhin Messungen am gewählten Normal durchgeführt und in der QRK erfasst. Diese QRK unterliegt wie die Fähigkeitsuntersuchungen den üblichen Dokumentationsund Archivierungsregeln des Unternehmens. Literatur TFH Berlin KE 3 Auflage 3 QM für Ingeneure Auflage 2 QS th Editionn DIN EN ISO 9000:2000ff. [Chr03] Chrysler, Ford, GM - MSA [Bos03] Bosch Technische Statistik, Fähigkeit von Messeinrichtungen [Nor00a] DIN EN 9001:2000 QM Systeme : Anforderungen [Nor95] DIN Grundbegriffe der Messtechnik [VDA03] VDA Band 5 Prüfprozesseignung