ÜBERARBEITETER VDA BAND 5 – PRÜFPROZESSEIGNUNG … · zugehörigen Eignungskennwerten Q MS bzw. Q MP bestimmt. Anhand eines Ver-gleichs zwischen dem Eignungskennwert und einem
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Die Erarbeitung der DIN EN ISO 14253-1
und deren Veröffentlichung 1999 führten
zur Gründung des VDA-Arbeitskreises
„Messunsicherheit“ und 2003 zur Veröf-
fentlichung der ersten Auflage des VDA-
Band 5 „Prüfprozesseignung“. Nun wur-
de dieser Band vollständig überarbeitet
und steht seit November 2010 als Rot-
druck zur Verfügung. Grundsätzlich neu
ist die Trennung von Messsystem und
Messprozess.
Der neue VDA Band 5 teilt alle Einfluss-komponenten eines Messprozesses in zweiGruppen ein: zum einen die Einflussfakto-ren des Messprozesses, die vornehmlichdem Messsystem zugeordnet werden kön-nen,zum anderen alle übrigen Einflussfak-toren.Die Einflussfaktoren beider Gruppenzusammen stellen den Messprozess dar.Bild 1 zeigt die typischen Einflussfaktoren
in Form eines Ishikawa-Diagramms. Un-ten finden sich die Einflusskomponentendes Messsystems, die zusammen mit denrestlichen Einflusskomponenten (oben)den Messprozess ergeben. Die Unterschei-dung von Messsystem und Messprozess mitder separaten Angabe der erweiterten Mess-unsicherheit für das Messsystems ist des-halb sinnvoll, weil das Messsystem so weit-gehend unabhängig vom Einsatz in der Pro-duktion bewertet werden kann.
Diese Unterteilung hilft Unternehmenbeim Aufstellen von Auswahlkriterien. Sokann für den jeweiligen Messprozess ab-geschätzt werden, ob das Messsystemüberhaupt infrage kommt.Und Her-steller von Messsystemen könnenohne Kenntnis der jeweiligenAnwendungsfälle die erweiterteMessunsicherheit für ein Mess-system angeben.
Da nicht alle Einflusskomponenten in-dividuell untersucht werden können,wurden diese zu Haupteinflüssen zu-sammengefasst. Beim Messsystem sinddies die Unsicherheiten aufgrund� des Normals,� der Aufnahmevorrichtung,� des Messmittels und� der Messmethode.
Beim Messprozess sind dies die Unsicher-heiten infolge� der Umwelt,� der Auswertungsmethode,� des Messobjekts und � der Bediener.
Entsprechend dieser Unterscheidungwird die erweiterte Messunsicherheit so-
wohl für das Messsystem UMS als auchfür den Messprozess UMP mit den da-
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zugehörigen Eignungskennwerten QMS
bzw. QMP bestimmt. Anhand eines Ver-gleichs zwischen dem Eignungskennwertund einem vorgegebenen Grenzwert kannfür das Messsystem bzw. den Messprozessdie jeweilige Eignung festgestellt werden.Darüber hinaus wird als weitere Kenn-größe die Berechnung einer minimalenToleranz sowohl für das Messsystem
TMIN-UMS als auch für den MessprozessTMIN-UMP vorgeschlagen.
Für die zusammengefassten Einfluss-größen kann zur Abschätzung der Aus-wirkung auf die gesamte Unsicherheit fürjede Haupteinflussgröße eine sogenann-te Standardunsicherheit berechnet wer-den. Gemäß GUM erfolgt diese Abschät-zung nach Methode A (Durchführung
von Versuchen) oder nach Methode B(vorhandene Information).
Strukturiertes Vorgehen ist empfehlenswert
Mit dem neu aufgelegten VDA Band 5 wirdeine strukturierte Vorgehensweise zur Bestimmung der erweiterten Mess-
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Bild 1. Wichtige Einflüsse auf die Unsicherheit von Messergebnissen
unsicherheit vorgeschlagen. Dasselbe giltfür die Definition der Eignungskennwertevon Messsystem bzw. Messprozess:� Zunächst sollte unbedingt überprüft
werden, ob die Auflösung des Messge-räts kleiner als 5 % der Toleranz ist. Istdie Auflösung nicht ausreichend, führtdies zu einer zu gering abgeschätztenStreuung (häufig sogar null). Damit istkeine sinnvolle Beurteilung mehr mög-lich.
� Ist aufgrund der regelmäßigen Kali-brierung oder einer anderen Unter-suchung der MPE (Maximum Per-missible Error) eines Messgeräts be-kannt, kann dieser zur Bestimmungder erweiterten Messunsicherheit desMesssystems verwendet werden. Diesist in der Regel bei Standardmessmit-teln der Fall. Der MPE sollte aller-dings dokumentiert und nachvoll-ziehbar sein. (Diese Vorgehensweisesollte nur in Ausnahmefällen verwen-det werden.)
� Ist der MPE nicht bekannt, bieten sichzur Bestimmung der erweiterten Mess-unsicherheit des Messsystems UMS vor-liegende oder neue Untersuchungengemäß Verfahren 1 (Wiederholungs-messungen am Referenzteil zur Ab-schätzung der Streuung des Messgerätsbzw. der systematischen Messabwei-chung) an. Ergänzt durch die Unsi-cherheit des Normals und, falls vor-handen, Linearitätsabweichungen,können UMS und der Eignungskenn-wert QMS berechnet werden. Letztererwird mit einem vorgegebenen Grenz-wert (der VDA empfiehlt 15 %) ver-glichen.
� Ist die Forderung erfüllt, kann dieErweiterte Messunsicherheit desMessprozesses UMP bzw. der dazuge-hörige Eignungskennwert QMP be-stimmt werden. Aus Untersuchungengemäß Verfahren 2 (Wiederholmes-sung an Prüfobjekten mit mehrerenBedienern) ergibt sich der bekannte
Unsicherheits-komponenten
Symbol Versuch/Modell
Auflösung der Anzeige URE
%RE muss weniger als 5% der Toleranz betragen
mit der Auflösung RE
URE
RERE = = 1
3 2
1
12i i
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
Kalibrierunsicherheit UCAL
Aus Kalibrierprotokoll der Normale. Ist im Protokoll die Erweiterte
Unsicherheit angegeben, muss diese durch den dazugehörenden
Erweiterungsfaktor k dividiert werden:
U U k LCAL CAL CA = /
Wiederholbarkeit
am NormalUEVR
Je nach Messsystem werden an einem, zwei oder drei Normalen
Wiederholungsmessungen durchgeführt.
An einem Normal werden in der Regel mindestens 25 Wiederholmessun-
gen durchgeführt und aus deren Streuung UEVR=sg geschätzt. An zwei
Normalen werden in der Regel je mindestens 15 Wiederholmessungen
durchgeführt und aus deren Streuung UEVR geschätzt. Es wird
das größere der beiden Ergebnisse verwendet.
An drei Normalen werden in der Regel je mindestens 10 Wiederhol-
messungen durchgeführt und aus deren Streuungen UEVR geschätzt.
Es wird das größere der Ergebnisse verwendet.
Systematische
MessabweichungUBI
Aus den Messwerten bei der Untersuchung der Wiederholbarkeit
an Normalen ergibt sich die Standardunsicherheit UBI in Folge der
Systematischen Messabweichung aus:
Bei zwei oder drei Normalen wird jeweils das größere der
Ergebnisse verwendet (siehe „Wiederholbarkeit“).
UBJ
g mX x=
−
3
Linearitätsabweichung ULIN
Bei der Linearitätsermittlung wird ULIN mit Hilfe der ANOVA Analyse
(Mangel an Anpassung) berechnet. Bei Messsystemen mit linearer
Maßverkörperung ist die Linearitätsabweichung dem Prüfzertifikat des
Herstellers oder einem Kalibrierschein zu entnehmen.
Rest UMS-REST
Alle weiteren möglichen Einflüsse des Messsystems sind separat,
wenn vermutet oder vorhanden, durch Messversuche, aus Tabellen-
oder Herstellerangaben zu berücksichtigen.
Tabelle 1.Bestimmung der erweiterten Messunsicherheit des Messsystems, des Messpro-
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Unsicherheitskomponenten Symbol Kombinierte MessunsicherheitenErweiterte
MessunsicherheitenEignung Minimale Toleranz
Kalibrierung Normal UCAL
MPE MPE12
22
3 3+ …
MPE2
3oder
U
U
U U
U U U
MS
CAL
EVR RE
BI LIN MS_RE
=
+ { }+ + +
2
2 2
2 2
max ,
SST
oder
2U k U
k
P
MS MS
mit =2
( =95%)
= ⋅ QU
TOL
TU
Q
MSMS
MIN-UMSMS
MS
100%
= 1
= ⋅ ⋅
⋅ ⋅
2
2
_ max
000%
Systemtische Messabweichung UBI
Linearitätsabweichung ULIN
Wiederholbarkeit am Normal UEVR
Rest MS UMS-REST
Grenzwert der Messabweichung MPE
Wiederholbarkeit am Prüfobjekt UEVO
U
U
U U U
U U
MP
CAL
EVR EVO RE
BI LIN
=
+ { }+ +
2
2 2 2
2
max , ,22
2 2 2 2
2 2 2
+ + + +
+ + + ∑
U U U U
U U Ui
AV GV STAB OBJ
T REST IA
U k U
k
P
MP MP
mit =2
( =95%)
= ⋅ QU
TOL
TU
Q
MPMP
MIN-UMPMP
MP
100%
= 1
= ⋅ ⋅
⋅ ⋅
2
2
_ max
000%
Vergleichbarkeit der Bediener UAV
Vergleichbarkeit d. Messvorrichtungen UGV
Vergleichbarkeit Zeitpunkte USTAB
Wechselwirkung(en) UIAj
Inhomogenität Prüfobjekt UOBJ
Auflösung Anzeige URE
Temperatur UT
Rest UREST
Tabelle 2. Typische Unsicherheitskomponenten eines Messsystems
GRR-Wert (siehe MSA). Zur Berech-nung der erweiterten Messunsicher-
heit des Messprozesses UMP kann die-ser Kennwert eins zu eins verwendet
werden, da man sich bei der erweiter-ten Messunsicherheit der glei-
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�
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chen Formeln bedient. Zur endgülti-gen Bestimmung von UMP muss zu-sätzlich die Unsicherheit aufgrund desObjekteinflusses, der Temperatur, derLangzeitstabilität und ggf. weiterer
bisher nicht betrachteter Einfluss-komponenten berücksichtigt werden.Der Vergleich des EignungskennwertsQMP mit dem Grenzwert (der VDAempfiehlt 30 %) entscheidet über die
Eignung des Messprozesses.� Wenn diese Forderungen eingehalten
sind, kann der Messprozess als geeig-net bewertet werden. Im laufendenProzess muss nun seine Stabilität bzw.Messbeständigkeit nachgewiesen wer-den. Treten signifikante Abweichungenauf, ist der Messprozess umgehend neuzu bewerten.
Als äußerst hilfreich hat sich in der Praxis der Kennwert minimale Toleranzsowohl für das Messsystem als auch für den Messprozess erwiesen. Bei derBerechnung des Eignungskennwerts fürdas Messsystem QMS wird zwar eine konkrete Toleranz TOL eingesetzt. Gehtman aber von einem akzeptierten Grenz-wert von x Prozent (im VDA Band 5 werden 15 % vorgeschlagen) aus, kanndie Formel so umgestellt werden, dass eine minimale Toleranz TOLMIN–UMS
berechnet wird, bei der das Messsystemgerade noch geeignet ist. Das Gleiche giltfür den Messprozess. Hier beträgt derempfohlene Grenzwert 30 %. Darausergibt sich die minimale Toleranz TOLMIN–UMP, bei der der Messprozessnoch geeignet ist.
Mithilfe dieser Kennwerte ist sowohlfür das Messsystem als auch für den Mess-prozess eine Clusterbildung möglich, dieeine Übertragbarkeit auf ähnliche odergleiche Messsysteme bzw. Messprozessezulässt. Dadurch können oftmals un-nötige und aufwendige Untersuchungenentfallen.
Die Bestimmung der erweiterten Mess-unsicherheiten bzw. der Eignungskenn-werte sowohl für das Messsystem als auchfür den Messprozess wird in Tabelle 1 dar-gestellt. Damit reduziert sich das Problemnur auf die Bestimmung der Standardun-sicherheitskomponente für die jeweiligeHaupteinflusskomponente. Tabelle 2 undTabelle 3 fassen die Berechnungsmetho-den für Messsystem und Messprozess zu-sammen.
Internationale Beachtung ist zu erwarten
Erste positive Erfahrungsberichte von Eig-nungsnachweisen, insbesondere durch dieSoftwareunterstützung, lassen auf einehohe Akzeptanz bei den Anwendern desLeitfadens schließen. Zusammen mit derneuen Norm ISO 22514-7 dürfte der VDABand 5 auch international an Bedeutunggewinnen. �