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Prüfprozesseignung und Messunsicherheit mit Solara®
nach VDA Band 5 ( 2. Auflage)
Referent Stephan Conrad
TEQ Training & Consulting GmbH
Experts in Statistics | Institut für Management und Fertigungsmesstechnik | Six Sigma Academy
<PPE_VDA_5_2A_110118.pptx | Stephan Conrad | 2011-01-18> © Copyright TEQ Training & Consulting GmbH
1
VDA Band 5 (2. Auflage 2010)
<PPE_VDA_5_2A_110118.pptx | Stephan Conrad | 2011-01-18> © Copyright TEQ Training & Consulting GmbH
2
Anwendungsbereich VDA Band 5
ƒ Der VDA Band 5 bezieht sich auf
ƒ primär auf die Prüfung geometrischer Größen
ƒ und wiederholbare Messungen
ƒ Praxisnahe Vorgehensweisen zur
ƒ Durchführung
D hfüh
von M
Messsystemanalysen
t
l
undd zur
ƒ Berechnung der Messunsicherheiten von Prüfprozessen.
ƒ Bekannte Verfahren aus Messsystemanalyse übernommen
ƒ Integration der Verfahren 1 (Cg, Cgk) und 2 oder 3 (%GRR)
ƒ Unterscheidung Messsystem und Messprozess in Anlehnung an Verfahren 1 und 2
ƒ Konform mit ISO/CD 22514-7 „Capability of Measurement Processes“
3
<PPE_VDA_5_2A_110118.pptx | Stephan Conrad | 2011-01-18> © Copyright TEQ Training & Consulting GmbH
Ursachen für Messabweichungen
ƒ Ursachen für Messabweichungen im Ishikawa-(Fischgräten-)Diagramm
Auswertemethode
Messobjekt
Mensch
mathemat.
Modelle
Material
Motivation
Qualifikation
physische
Konstitution
Empfindlichkeit
Zeit/Kosten
Stabilität
Messpunkted
anordnung
Belastbarkeit
Messpunkteanzahl
Messmethode
Messmittel
Schwingungen
Verschmutzungen
statistische
Methode
g
Kalibrierung/
Justierung
nicht erfasste
system. Messabw.
A f h
Aufnahmevorrichtung
Oberflächenbeschaffenheit
Stabilität
zufällige
Messabweichungen
Einstellunsicherheit
Auflösung
Luftfeuchtigkeit
Messergebnis
Messbereich
taktile
Antastung
Spannung
Strom
Beleuchtung
Zugänglichkeit
Sorgfalt
berührungslos
Temperatur
p
Rechnereinsatz
Oberfläche
Disziplin
Druck
Messwert
Messwertverknüpfung
Form
psychische
y
Konstitution
Umwelt
Art des Normals
Form
Form/Position
Lage
Position
Messbeständigkeit
Normal
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4
Bestimmung Messunsicherheit
ƒ Allgemeine Vorgehensweise
VDA 5
GUM
Mathematische
Modellierung des
Messprozesses
x
Analyse Prüfprozess: Benennung
von Unsicherheitskomponenten
x1, x2, …, xi
u
Ermittlung der Standardunsicherheiten durch
Methode A oder Methode B
u(x1),u(x2 ),Ku(xi )
uMS
Kombinierte Standardunsicherheit
„Messsystem“ uMS
uMP
Kombinierte Standardunsicherheit
„Messprozess“ uMP
„Messprozess
U
Ermittlung der erweiterten
Messunsicherheit
uMS =
Methode A
Versuch
Methode B
Erfahrung
n
∑u(x )
2
i
i=1
uMP =
n
∑u(x )
Standardmess
-unsicherheit
ukomb
2
i=1
1
i
U = k ⋅ uMP
Erweiterte
Messunsicherheit
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5
Verfahren nach GUM – Zusammenfassung Kapitel 8
ƒ Schritt 6
ƒ Ermitteln Sie die kombinierte Standardunsicherheit uc(y) für das Messergebnis y … aus
den Standardunsicherheiten und Kovarianzen, die den Eingangsschätzwerten
zugeordnet sind. Wenn die Messung gleichzeitig mehrere Ausgangsgrößen liefert,
berechnen Sie deren Kovarianzen.
N
∂f ∂f
u(x i , x j )
j=1 ∂x i ∂x j
N
u (y ) = ∑∑
2
c
i=1
2
N−1 N
⎛ ∂f ⎞ 2
∂f ∂f
⎟⎟ u (x i ) + 2∑ ∑
u(x i , x j )
= ∑ ⎜⎜
i=1 ⎝ ∂x i ⎠
i =1 j=i+1 ∂x i ∂x j
N
ƒ Schritt 7
ƒ …
2
N−1 N
⎛ ∂f ⎞ 2
∂f ∂f
⎟⎟ u (x i ) + 2∑ ∑
= ∑ ⎜⎜
u(x i )u(x j )r (x i , x j )
i=1 ⎝ ∂x i ⎠
i =1 j=i+1 ∂x i ∂x j
N
Sensitivitätskoeffizienten
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6
Vereinfachungen des VDA Band 5
ƒ Messsysteme sind justiert
→ Korrektionen sind hier nicht relevant
ƒ Einflüsse werden phänomenologisch betrachtet
→ Meist keine Korrelationen berechenbar oder andere Konzepte notwendig
2
⎛ N ∂f
⎞
⎛ N
⎞
∂f ∂f
2
⎟
⎜
(
)
(
)
(
)
(
)
u
x
,
x
=
0
⇒
u
y
=
c
u
x
u
x
=
⎜
⎟
∑
∑
i
j
c
i ⎟
⎜∑ i i ⎟
⎜ ∑ ∂x
i =1 j=i +1 ∂x i ∂x j
⎝ i=1
⎠
⎠
⎝ i=1 i
N−1 N
2
ƒ Komponenten sind additiv (primär geometrische Größen)
→ Sensitivitätskoeffizienten vernachlässigbar
⎛ N
⎞
∂f
2
= 1 ⇒ uc (y ) = ⎜⎜ ∑ u(x i )⎟⎟
ci =
∂x i
⎠
⎝ i=1
2
ƒ Konsequenz: Notwendigkeit einer detaillierten Modellbildung entfällt
uc2 = u12 + u22 + u32 + u24 + ...
7
<PPE_VDA_5_2A_110118.pptx | Stephan Conrad | 2011-01-18> © Copyright TEQ Training & Consulting GmbH
Allgemeiner Ablauf
ƒ Allgemeiner Ablauf zum Nachweis der Eignung von Messprozessen
Eingangsinformation
Beschreibung
Ergebnis
Angaben zum Messsystem, ggf.
Prüfmerkmal und zu
den Normalen
(Referenzmaterialien)
Nachweis der
Messsystemeignung
Erweiterte
Messunsicherheit UMS
Eignungskennwert QMS
Angaben zum Messprozess und
Prüfmerkmal incl
Prüfmerkmal,
incl. aller zu
berücksichtigenden
Unsicherheitskomponenten
Nachweis der
M
Messprozesseignung
i
Erweiterte
Messunsicherheit UMP
Eignungskennwert QMP
Angaben zum Prüfmerkmal und die
zugehörige Erweiterte
Messunsicherheit UMP
Konformitätsbewertung mit der
Erweiterten
Messunsicherheit
Bereich der Übereinstimmung
bzw. Nichtübereinstimmung
(s. DIN EN ISO 14253)
Angaben aus Messsystem,
Messprozess und zum
Prüfmerkmal
Laufende
Überprüfung der
Messprozesseignung
Regelkarte mit berechneten
Eingriffsgrenzen
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8
VDA Band 5 (2. Auflage) – Neue Formelzeichen
Neu
Unsicherheitskomponente
source of uncertainty
Alt
uCAL
Kalibrierung des Normals / der Referenz
MS
calibration of reference
uKAL
uLIN
Li
Linearitätsabweichung
ität b i h
MS
non-linearity
li
it
uLIN
uEVR
Wiederholbarkeit (am Normal / an Referenz)
MS
repeatability (at reference)
uW
uEVO
Wiederholbarkeit (am Prüfobjekt)
MP
repeatability (at test object)
uEV
uAV
Vergleichbarkeit der Bediener (Bedienereinfluss)
MP
comparability of appraisers
uBed
uGV
Vergleichbarkeit der Messvorrichtungen (Messstellen) MP comparability of gages
-
uSTAB
Vergleichbarkeit zu unterschiedlichen Zeitpunkten
MP
comparability of times
uSTAB
uIAi
Wechselwirkung (-en)
MP
interaction(s)
uWW
uOBJ
Inhomogenität des Prüfobjekts
MP
inhomogeneity of test object
uOBJ
uRE
Auflösungg der Anzeige
g / der Ablesungg
MS
resolution
uAufl
uT
Temperatur
MP
temperature
uTemp
uREST
weitere Einflüsse
other influences
-
uMS
kombinierte Standardunsicherheit (Messsystem)
MS
combined uncertainty (measurement system)
uPM
UMS
erweiterte Messunsicherheit (Messsystem)
MS
extended uncertainty (measurement system)
-
uMP
kombinierte Standardunsicherheit (Messprozess)
MP
combined uncertainty (measurement process)
uPP
UMP
erweiterte
it t Messunsicherheit
M
i h h it (M
(Messprozess))
MP
extended
t d d uncertainty
t i t ((measurementt process))
U
MS MP
(Diese Liste ist für die Unsicherheitskomponenten exemplarisch und nicht umfassend, sie kann/muss je nach Anwendungsfall angepasst werden)
9
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Korrelation und Mehrfachbewertung
ƒ Auflösung und Wiederholbarkeit – keine Korrelation?
ƒ In der Wiederholungsmessung ist die Auflösung schon enthalten
2
2
2
2
uMS = uCAL
+ uRE
+ uLin
+ uEVR
+ ...
ƒ Aber: Bei ggroßer Auflösungg RE und kleiner Wiederholstreuungg sEVR dominiert RE
ƒ Konsequenz: Es wird alternativ uRE oder uEVR bewertet, je nachdem, welche Unsicherheit
größer ist
2
2
2
2
uMS = uCAL
+ uRE
+ uLin
+ uEVR
+ ...
ƒ Allgemein
{
}
2
2
2
2
uMS
= ... + max uRE
, uEVR
, uEVO
+ ...
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10
Ablauf Eignung Messsystem
Mehr Details …
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11
Ablauf Eignung Messsystem
Mehr Details …
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12
Eignungsnachweis Messsystem - Vorbereitung
13
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Eignungsnachweis Messsystem - Bewertung
Fortsetzung
„Verfahren 1“
mit mehreren Normalen …
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14
Eignungsnachweis Messsystem - Bewertung
Fortsetzung
Linearitätsstudie
mit ANOVA
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15
Zusammenfassung Messsystem
ƒ Bestimmung der Erweiterten Messunsicherheit des Messsystems
und dessen Eignung („Tabelle 12“)
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16
Ablauf Eignung weitere Einflüsse
Fortsetzung
M
Messproze
ess
Mehr Details …
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17
Eignungsnachweis Messprozess
Hinweis
Druckfehler im VDA Band 5 (2. Auflage)
Ist: uIAV
Soll: uIAi
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18
Standardunsicherheit Messprozess nach Methode A
ƒ Typische Unsicherheitskomponenten des Messprozesses aus
Versuchen (Methode A)
ƒ Vorgehensweise analog zur statistischen Versuchsplanung
(Design of Experiments, DOE, D-optimale Pläne)
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19
Standardunsicherheit Messprozess nach Methode B
ƒ Typische Unsicherheitskomponenten des Messprozesse aus
Vorinformationen (Methode B)
… dürfte eine
längere
Diskussion
werden
ƒ Anschaulich: „Berechne aus Vorgaben uOBJ und uT wenn relevant“
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20
Zusammenfassung Messprozess
ƒ Bestimmung der Erweiterten Messunsicherheit des Messprozesses
und dessen Eignung
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21
Messunsicherheitsbudget und Ergebnisdarstellung
ƒ Übersichtliche Auflistung der Komponenten im Messunsicherheitsbudget
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22
Stabilitätsüberwachung
M
Messproze
ess
Fortsetzung
Mehr Details …
23
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8.
9.
10
10.
11.
12.
12 Weitere Einflüsse u Rest
11 Temperatur uT
Materialeigenschaft M
Messobjekte uOBJ
Zeitpunkten uStab
10 Formabweichung / Oberflächen-
9 Vergleichbarkeit zu unterschiedlichen
(Messstellen) uGV
mit Serienteilen uEVO
8 Vergleichbarkeit gle
eicher Messsysteme
mit Serienteilen uAV
7 Wiederholbarkeit oh
hne Bedienereinfluß
6 Vergleichbarkeit derr Bediener
5 Linearität mit Norma
alen uLIN
4 Wiederholbarkeit miit Normal(en) uEVR
Fehlergrenzen MPE
3.
4
4.
5.
6.
7
7.
Auflösung der Anzeige uRE
Kalibrierunsicherheit uCAL
oder Fehlergrenzen MPE
Einstellunsicherheit uBI oder Bias
Wi d h lb k it mitit N
Wiederholbarkeit
Normal(en)
l( ) uEVR
Linearität mit Normalen uLIN
Vergleichbarkeit der Bediener mit Serienteilen uAV
Wi d h lb k i ohne
Wiederholbarkeit
h Bedienereinfluss
B di
i fl
mit Serienteilen uEVO
Vergleichbarkeit gleicher Messsysteme
(Messstellen) uGV
Vergleichbarkeit zu unterschiedlichen
Zeitpunkten uStab
Formabweichung / Oberflächen
OberflächenMaterialeigenschaft Messobjekte uOBJ
Temperatur uT
Weitere Einflüsse uRest
2 Kalibrierunsicherheit uCAL oder
1.
2.
1 Auflösung der Anze
eige uRE
ƒ Einflussgrößen
3 Einstellunsicherheit uBI oder Bias
Messprozessmodelle
Model A
Kalibrierunsicherheit des Normals
Model B
Annahmeprüfung des
Messprozesses für
Standardmesssysteme
Model C
Abnahme-/ Annahmeprüfung von
Messsystemen
Model D1
Annahmeprüfung des
Messprozesses
mit Bedienereinfluss
ohne Serienteileinfluss
(Serienteile lageorientiert messen)
Model D2
Annahmeprüfung des
Messprozesses
ohne Bedienereinfluss
ohne Serienteileinfluss
(Serienteile lageorientiert, halb /
automatisch zugeführt)
Model E1
Konformitäts- / Annahmeprüfung
des Messprozesses
mit Bedienereinfluss
mit Serienteileinfluss
Model E2
Konformitäts- / Annahmeprüfung
des Messprozesses
ohne Bedienereinfluss
mit Serienteileinfluss (Serienteile
halb / automatisch zugeführt)
Messsystem
Messprozess
<PPE_VDA_5_2A_110118.pptx | Stephan Conrad | 2011-01-18> © Copyright TEQ Training & Consulting GmbH
24
ƒ Model D1
ƒ Model D2
ƒ Model E1
ƒ Model E2
Model A
Kalibrierunsicherheit des Normals
Model B
Annahmeprüfung des
Messprozesses für
Standardmesssysteme
Model C
Abnahme-/ Annahmeprüfung von
Messsystemen
Model D1
Annahmeprüfung des
Messprozesses
mit Bedienereinfluss
ohne Serienteileinfluss
(Serienteile lageorientiert messen)
Model D2
Annahmeprüfung des
Messprozesses
ohne Bedienereinfluss
ohne Serienteileinfluss
(Serienteile lageorientiert, halb /
automatisch zugeführt)
Model E1
Konformitäts- / Annahmeprüfung
des Messprozesses
mit Bedienereinfluss
mit Serienteileinfluss
Model E2
Konformitäts- / Annahmeprüfung
des Messprozesses
ohne Bedienereinfluss
mit Serienteileinfluss (Serienteile
halb / automatisch zugeführt)
Messsystem
Messprozess
<PPE_VDA_5_2A_110118.pptx | Stephan Conrad | 2011-01-18> © Copyright TEQ Training & Consulting GmbH
25
<TEQ Vorlage 2010_V01.pot/Stephan Conrad/2010-04-29> © Copyright TEQ GmbH
26
solara
ƒ www.q-das.de
ƒ Anwendungen
ƒ solara
12 Weitere Einflüsse u Rest
11 Temperatur uT
Materialeigenschaft M
Messobjekte uOBJ
Zeitpunkten uStab
10 Formabweichung / Oberflächen-
(Messstellen) uGV
9 Vergleichbarkeit zu unterschiedlichen
mit Serienteilen uEVO
8 Vergleichbarkeit gle
eicher Messsysteme
mit Serienteilen uAV
7 Wiederholbarkeit oh
hne Bedienereinfluß
6 Vergleichbarkeit derr Bediener
5 Linearität mit Norma
alen uLIN
4 Wiederholbarkeit miit Normal(en) uEVR
Fehlergrenzen MPE
ƒ Model C
Kalibrierunsicherheit des Normals
Annahmeprüfung des Messprozesses
für Standardmesssysteme
Abnahme-/ Annahmeprüfung von
Messsystemen
Annahmeprüfung des Messprozesses mit
Bedienereinfluss ohne Serienteileinfluss
((Serienteile lageorientiert
g
messen))
Annahmeprüfung des Messprozesses
ohne Bedienereinfluss ohne Serienteileinfluss (Serienteile lageorientiert, halb- /
automatisch zugeführt)
Konformitäts- / Annahmeprüfung des
Messprozesses mit Bedienereinfluss
mit Serienteileinfluss
Konformitäts- / Annahmeprüfung des
Messprozesses ohne Bedienereinfluss
mit Serienteileinfluss (Serienteile halb
halb- /
automatisch zugeführt)
2 Kalibrierunsicherheit uCAL oder
ƒ Model A
ƒ Model B
1 Auflösung der Anze
eige uRE
ƒ Messprozessmodelle
3 Einstellunsicherheit uBI oder Bias
Messprozessmodelle
solara
ƒ Messsystemanalyse
<TEQ Vorlage 2010_V01.pot/Stephan Conrad/2010-04-29> © Copyright TEQ GmbH
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solara
ƒ Prüfprozesseignung und Messunsicherheit nach VDA Band 5
<TEQ Vorlage 2010_V01.pot/Stephan Conrad/2010-04-29> © Copyright TEQ GmbH
28
solara
ƒ Messunsicherheit nach GUM
<TEQ Vorlage 2010_V01.pot/Stephan Conrad/2010-04-29> © Copyright TEQ GmbH
29
Seminarende
Vielen Dank
für Ihr Aufmerksamkeit
St h Conrad
Stephan
C
d
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30
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