Edgar Dietrich, Alfred Schulze
Eignungsnachweis von Prüfprozessen
Prüfmittelfähigkeit und Messunsicherheit im aktuellen Normenumfeld
Vorwort
6
Inhalt
8
1 Prüfprozesseignung
14
1.1 Einführung
14
1.1.1 Warum Prüfprozesseignung?
14
1.2 Historischer Rückblick und Ausblick
22
1.2.1 Entwicklung „Prüfprozessfähigkeit“
23
1.2.2 Entwicklung „Prüfprozesseignung“
25
1.2.3 „Prüfprozess oder Messprozess?“
26
1.3 Anmerkung Autoren zu MSA und VDA 5
27
1.4 Experimentelle Beurteilung
28
2 Definitionen und Begriffe
32
2.1 Prozess
32
2.2 Prüfprozess
32
2.3 Prüfen
33
2.4 Prüfmittel
34
2.5 Messabweichungen und Messunsicherheit
37
2.5.1 Messabweichungen
37
2.5.1.1 Systematische Messabweichungen
38
2.5.1.2 Zufällige Messabweichungen
39
2.5.2 Messergebnis
39
2.5.3 Wiederholpräzision
39
2.5.4 Vergleichspräzision
40
2.5.5 Linearität
41
2.5.6 Stabilität/Messbeständigkeit
43
3 Einflussgrößen auf den Messprozess
44
3.1 Typische Einflussgrößen
44
3.2 Auswirkung der Einflussgrößen beim Messsystem
47
3.3 Bewertung des Messprozesses
50
4 Prüfmittelfähigkeit als Eignungsnachweis für Messprozesse
54
4.1 Grundlegende Verfahren und Vorgehensweise
54
4.2 Beurteilung Messmittel
57
4.2.1 Unsicherheit des Normals/Einstellmeister
57
4.2.2 Einfluss der Auflösung
60
4.2.3 Beurteilung der Systematischen Messabweichung
62
4.2.4 Verfahren 1
65
4.2.5 Qualitätsfähigkeitskenngrößen Cg und Cgk
69
4.2.6 Verfahren 1 für einseitig begrenzte Merkmale
77
4.2.7 Verfahren 1 für mehrere Merkmale
80
4.2.8 Linearität
81
4.2.8.1 Begriffserklärung „Linearität“
81
4.3 Beurteilung Prüfprozess
91
4.3.1 Spannweitenmethode (Short Range Methode)
91
4.3.2 Verfahren 2: %GRR mit Bedienereinfluss
93
4.3.2.1 Numerische Auswertung der Versuchsdaten
101
4.3.3 Verfahren 3: %GRR ohne Bedienereinfluss
117
4.4 Überprüfung der Messbeständigkeit
120
4.5 Weitere Verfahren
124
Zu Kapitel 4.5
124
4.5.1 Verfahren 4
125
4.5.2 Verfahren 5
128
4.6 Vorgehensweise nach CNOMO
130
5 Eignungsnachweis von attributiven Prüfprozessen
134
5.1 Lehren
134
5.2 Lehren oder Messen
135
5.3 Voraussetzungen für eine erfolgreiche attributive Prüfung
136
5.4 Untersuchung von attributiven Prüfprozessen „Short Method“
137
5.5 Untersuchung von attributiven Prüfprozessen „Erweiterte Methode“
140
5.5.1 Einleitung
140
5.5.2 Testen von Hypothesen
145
5.5.2.1 Aufbau einer Kreuztabelle für zwei Prüfer
146
5.5.3 Kappa-Koeffizient nach Fleiss
150
5.5.4 Beurteilung der Effektivität eines attributiven Prüfsystems
159
5.5.4.1 Effektivität bei einem Prüfer ohne Referenz-Vergleich
160
5.5.4.2 Effektivität bei einem Prüfer mit Referenz-Vergleich
161
5.5.4.3 Effektivität bei allen Prüfern ohne Referenz-Vergleich
162
5.5.4.4 Effektivität bei allen Prüfern mit Referenz-Vergleich
163
5.5.5 Methode der Signalerkennung
164
5.5.5.1 Symbol-Erläuterung
164
6 Anmerkungen zur MSA 4th Edition
170
6.1 Begriffsdefinition
170
6.1.1 Separate Betrachtung Messsystem
171
6.1.2 Auflösung Messgerät
171
6.2 Systematische Messabweichung und Linearität
172
6.3 %GRR-Wert das Maß der Dinge
172
6.4 Bezugsgrößen beeinflussen das Ergebnis
173
6.4.1 Teilestreuung
174
6.4.2 Prozess- und Vorläufige Prozessstreuung
174
6.4.3 Die Toleranz als sinnvolle Bezugsgröße
174
6.4.4 Wahrscheinlichkeit 99,73?% anstatt 99?%
175
6.4.5 Attributive Prüfprozesse
175
6.5 ARM versus ANOVA
175
6.5.1 ARM-Methode
176
6.5.2 ANOVA-Methode
177
6.5.3 Anmerkungen zu EV und AV
178
6.5.4 Wechselwirkung IA
179
6.5.5 Bewertung der ANOVA-Methode
181
6.6 ndc – Number of Distinct Categories
182
6.6.1 Kennwerte TV, PV und GRR
182
6.6.2 Definition ndc-Faktor
183
6.6.3 Bewertung ndc-Faktor in Literatur und Blog
185
7 Erweiterte Messunsicherheit als Eignungsnachweis für Messprozesse
188
7.1 Guide to the expression of Uncertainty in Measurement
188
7.1.1 Grundlagen
188
7.1.2 Zielsetzung und Zweck der GUM
189
7.1.3 Anwendungsbereich
191
7.1.4 Der Inhalt des Leitfadens
192
7.1.5 Definitionen und Begriffe
192
7.2 Ermittlung von Messunsicherheiten
196
7.2.1 Ermittlung der Standardunsicherheit
197
7.2.2 Ermittlung der kombinierten Standardunsicherheit
204
7.2.3 Ermittlung der erweiterten Unsicherheit
206
7.2.4 Protokollierung der Unsicherheit
209
7.2.5 Angabe des Ergebnisses
210
7.3 Beispiel GUM H.1 Endmaß-Kalibrierung
210
7.3.1 Messaufgabe
211
7.3.2 Standardunsicherheiten
211
7.3.2.1 Unsicherheit u(lS) der Kalibrierung des Normals
212
7.3.2.2 Unsicherheit u(d) der gemessenen Längendifferenz
212
7.3.2.3 Unsicherheit u(aS) des Wärmeausdehnungskoeffizienten
214
7.3.2.4 Unsicherheit u(Q) der Temperaturabweichung des Endmaßes
214
7.3.2.5 Unsicherheit u(da) der Differenz der Ausdehnungskoeffizienten
215
7.3.2.6 Unsicherheit u(dQ) der Temperaturdifferenz der Maße
215
7.3.2.7 Kombinierte Standardunsicherheit
216
7.4 Kalibrierung eines Gewichtsstückes mit dem Nennwert 10?kg (S2)
219
7.4.1 Messaufgabe
219
7.4.2 Standardunsicherheiten
219
7.4.3 Erweiterte Messunsicherheit und vollständiges Messergebnis
223
7.5 Kalibrierung eines Messschiebers
224
7.5.1 Messaufgabe
224
7.5.2 Standardmessunsicherheit (S10.3?–?S10.9)
225
7.5.3 Erweiterte Messunsicherheit und vollständiges Messergebnis
228
7.6 Interpretation des GUM für Prüfprozesse in der Serienfertigung
230
8 Erweiterte Messunsicherheit nach ISO 22514-7 bzw. VDA 5
232
8.1 Ablaufschema
232
8.1.1 Schematisierte Vorgehensweise
234
8.1.2 Eignung des Messprozesses mit minimaler Toleranz
236
8.1.3 Bestimmung der Standardunsicherheiten
238
8.2 Fallbeispiele Standardunsicherheit
242
8.2.1 Standardunsicherheit uCAL
242
8.2.2 Standardunsicherheit der Auflösung uRE
242
8.2.3 Standardunsicherheit uBI
243
8.2.4 Standardunsicherheit uMS bei Standardmessmittel
245
8.2.5 Standardunsicherheit durch Gerätestreuung am Referenzteil uEVR
246
8.2.6 Standardunsicherheit durch Gerätestreuung am Objekt uEVO
246
8.2.7 Standardunsicherheit durch den Bedienereinfluss uAV
248
8.2.8 Standardunsicherheit durch das Messobjekt uOBJ
248
8.2.9 Standardunsicherheit durch Temperatureinfluss uT
251
8.2.10 Standardunsicherheit durch Linearitätsabweichungen uLIN
255
8.2.11 Standardunsicherheit durch Stabilität uSTAB
257
8.3 Mehrfachberücksichtigung von Unsicherheitskomponenten
259
8.4 Bestimmung der erweiterten Messunsicherheit
259
8.5 Berücksichtigung der erweiterten Messunsicherheit an den Spezifikationsgrenzen
260
8.6 Fallbeispiele
261
8.6.1 Längenmessung mit einem Standardmessmittel
261
8.6.1.1 Beurteilung des Messsystems
262
8.6.1.2 Beurteilung und Nachweis der Messprozesseignung
263
8.6.2 Längenmessung mit speziellem Messmittel
269
8.7 Fallbeispiel aus VDA 5
275
8.7.1 Messprozesseignung mit drei Bezugsnormalen
275
8.8 Eignungsnachweis für einen attributiven Prüfprozess mit dem Bowker-Test
279
9 Vergleich Firmenrichtlinien, MSA mit VDA 5 bzw. ISO 22514-7
286
10 Vereinfachte Bestimmung der Messunsicherheit
292
10.1 AIO-Verfahren („All-in-One“-Verfahren)
292
10.1.1 Nachweis der Prüfprozesseignung
292
10.1.2 Bestimmung der erweiterten Messunsicherheit
293
10.1.2.1 Bestimmung der einzelnen Standardunsicherheiten
294
10.2 Fallbeispiele zum Verfahren „All-in-One“
297
10.2.1 Messprozess mit linearer Maßverkörperung
297
10.2.2 Messprozess ohne lineare Maßverkörperung
299
11 Sonderfälle bei der Prüfprozesseignung
302
11.1 Was ist ein Sonderfall?
302
11.2 Typische Sonderfälle
302
12 Umgang mit nicht geeigneten Messprozessen
304
12.1 Vorgehensweise zur Verbesserung von Prüfprozessen
304
13 Typische Fragen zur Prüfprozesseignung
308
13.1 Fragestellung
308
13.2 Antworten
308
14 Eignungsnachweis bei der Sichtprüfung
312
14.1 Anforderungen an die Sichtprüfung
312
14.2 Eignungstest für Sichtprüfer
313
15 Beschaffung von Prüfmitteln
316
15.1 Beispiel für Messaufgabenbeschreibung
317
15.2 Beispiel für Lastenheft
318
16 Eignungsnachweis für Prüfsoftware
320
16.1 Allgemeine Betrachtung
320
16.2 Das Märchen von der „Excel Tabelle“
323
16.3 Testbeispiele zur Prüfmittelfähigkeit
326
17 Anhang
340
17.1 Tabellen
340
17.1.1 d2*-Tabelle zur Bestimmung der K-Faktoren u. Freiheitsgrade für t-Werte
340
17.1.2 Eignungsgrenzen gemäß VDA 5
343
17.1.3 k-Faktoren
343
17.2 Auswirkung des Messprozesses auf die Prozessfähigkeit
344
17.3 Modelle der Varianzanalyse
345
17.3.1 Messsystemanalyse – Verfahren 2
345
17.3.2 Messsystemanalyse – Verfahren 3
351
17.4 Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
353
17.5 Formeln
357
17.6 Literaturverzeichnis
359
17.7 Abbildungsverzeichnis
362
17.8 Tabellenverzeichnis
369
Leitfaden zum „Fähigkeitsnachweis von Messsystemen“
372
Musterdokumentation
408
GM Powertrain
410
Bosch
458
Daimler
482
Ford Motor Co.
608
Stichwortverzeichnis
654
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