Measurement System Capability - Q-DAS
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Leitfaden zum "Fähigkeitsnachweis von Messsystemen" "Measurement System Capability" Reference Manual Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Dieser Leitfaden wurde im Rahmen eines Arbeitskreises erstellt. Folgende Personen haben daran mitgearbeitet: Seite 1 von 107 Page 1 of 107 This reference manual was developed by a work group comprising the following people: Audi AG Ford-Werke AG Peter Friedrich Siegfried Hübner Christian Neukirch Rainer Koch Martin Künster Herbert Löschner Franz-Georg Reitinger BMW AG Adam Opel AG Helmut Simon Hans Stritzl Bruno Winkler Robert Bosch GmbH Q-DAS® GmbH Rolf Ofen Dr. Edgar Dietrich Alfred Schulze DaimlerChrysler AG T.Q.M. Itaca s.r.l. Werk Untertürkheim Vincenzo Guerrini Hartmut Nowack Roland Steiniger Fiat Auto S.p.A. Volkswagen AG Dr. Roberto Bargelli Diego di Dato Dr. Michael Sandau Dietrich Sawallisch Reinhard Stief Leiter des Arbeitskreises: Head of the work group: Dr. Edgar Dietrich Q-DAS® GmbH, Birkenau Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Allgemeine Vorbemerkungen Seite 2 von 107 Page 2 of 107 General Remarks This paragraph does not apply to the English Der Titel des Leitfadens lautet: "Fähigkeitsnachweis von Messsystemen". Die Begriffe "Fä- version, as it is only an explanation regarding certain definitions in German. higkeit" und "Messsystem" sind nicht genormt. Da beide Begriffe umgangssprachlich einen hohen Bekanntheitsgrad haben, haben die Ersteller des Leitfadens bewusst die Begriffe beibehalten. Die Begriffe "Fähigkeit" bzw. "fähig" sind gleichbedeutend mit "Eignung" bzw. "geeignet" (s. DIN 55350 bzw. DGQ 13-61). Daher sind beide Begriffe als gleichwertig anzusehen. Der Definition des Begriffes "Messsystem" ist ein eigener Abschnitt gewidmet. Haftungsausschluss Disclaimer Der vorliegende Leitfaden enthält Empfehlungen, die jedermann frei zur Anwendung stehen. Wer sie anwendet, hat für die richtige Anwendung im konkreten Fall Sorge zu tragen. The reference manual on hand contains recommendations to be used freely by anybody. Whoever makes use of them must make provisions for correct application in the actual case. Der Leitfaden berücksichtigt den zum Zeitpunkt der jeweiligen Ausgabe herrschenden Stand der Technik. Durch das Anwenden der Empfehlungen entzieht sich niemand der Verantwortung für sein eigenes Handeln. Jeder handelt insoweit auf eigene Gefahr. Eine Haftung der Autoren ist ausgeschlossen. The reference manual considers the level of technology valid at the actual time of each issue. Nobody escape the responsibility for his own action through application of the recommendations. Insofar, everybody acts on his own risk. Liability of the authors is excluded. Sollten Sie bei der Anwendung der Empfehlungen auf Unrichtigkeiten oder die Möglichkeit einer unrichtigen Auslegung stoßen, setzen Sie sich bitte mit der Fa. Q-DAS® in Verbindung. If you should come across inaccuracies or the possibility of an incorrect interpretation during application of the recommendations, please contact Q-DAS® GmbH. Urheberrechtsschutz Copyright Der Leitfaden einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich nicht geschützt. Damit kann das Dokument in seiner Originalfassung jederzeit vervielfältigt werden. The reference manual including all of its parts is not protected by copyright. This means that the document may be reproduced anytime in its original version. Die Originalfassung kann über Q-DAS® GmbH, Eisleber Str. 2, D-69469 Weinheim, Fax: 06201/3941-24, E-mail: [email protected], unter Angabe des Titels bezogen werden. 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No. 1 Seite Page 28 Änderung Change Voraussetzung: Verfahren 2 wurde durch Verfahren 3 ersetzt Datum Date 26.08.99 Name 1 28 Precondition: Type-2 study replaced by Type-3 study 26.08.99 HM 2 58 – 81 Alle Formulare ausgetauscht 06.09.99 HM 2 58 – 81 All form sheets replaced 06.09.99 HM 3 82 - 104 Neue Formulare aus qs-STAT ME eingefügt 17.09.02 HM 3 82 - 104 New form sheets added from qs-STAT ME 17.09.02 HM 4 alle An neue deutsche Rechtschreibung angepasst 17.09.02 HM 4 all German text adapted to new orthography rules 17.09.02 HM Version 2.1 D/E HM Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 4 von 107 Page 4 of 107 Vorwort Preface Die Beurteilung von Maschinen, Fertigungseinrichtungen und einer laufenden Fertigung basiert auf der statistischen Auswertung von Merkmalswerten. Die Merkmalswerte stammen von Messsystemen, mit deren Hilfe vordefinierte Merkmale gemessen werden. Um Fehlinterpretationen zu vermeiden, müssen die erfassten Messwerte den tatsächlichen Sachverhalt ausreichend sicher widerspiegeln. The evaluation of machines, production facilities, and of ongoing production is based on the statistical evaluation of measurement values. These measurement values are supplied by measurement systems used to measure predefined characteristics. In order to avoid erroneous conclusions, the recorded measurement values must reflect the true situation with an appropriate degree of accuracy. Diese Forderungen sind in verschiedenen Normen und Verbandsrichtlinien festgehalten. Insbesondere beim Aufbau und bei der Zertifizierung eines Qualitätsmanagementsystems nach DIN EN ISO 9000ff, QS-9000 oder VDA 6.1 wird ein Unternehmen mit dieser Fragestellung konfrontiert. Einerseits gibt es diese Forderung schon sehr lange, andererseits aber keine konkreten Hinweise, wie diese Forderungen umgesetzt werden sollen. Daher haben sich insbesondere die Großkonzerne der Automobilindustrie und deren Zulieferer in den vergangenen Jahren eigene Richtlinien zur Beurteilung von Messsystemen geschaffen. Die Konsequenz war, dass die entstandenen Richtlinien vom Prinzip her alle ähnlich waren, sich allerdings teilweise in der Vorgehensweise, der Berechnungsmethodik und den geforderten Grenzwerten unterschieden haben. Dies stellt für die Hersteller von Messsystemen und für die Kunden-/ Lieferantenbeziehung ein nicht unerhebliches Problem dar. Die Zulieferer sehen sich unterschiedlichen Forderungen ausgesetzt, die je nach Auftraggeber eingehalten werden müssen. Der Abnehmer hat das Problem, dass er seine Annahmebedingungen jedes Mal ändern muss. These requirements are defined in various standards and association guidelines. This issue is of particular importance to companies involved in the creation and certification of a quality management system according to DIN EN ISO 9000ff, QS-9000 or VDA 6.1. On the one hand, these requirements have been in existence for a very long time, but on the other hand there are no specific instructions as to the practical implementation of these requirements. For this reason, major automotive manufacturers, and their supplier base, have been among the first to develop their own guidelines for the evaluation of measurement systems during the past few years. The consequence was that the created guidelines were all based on very similar concepts, but exhibited differences concerning individual aspects of procedure, calculation methods and minimum requirements. This poses a significant problem for the manufacturers of measurement systems and the customer/ supplier relationship. The suppliers are faced with different requirements, which must be met depending on the demands made by the individual customer. The inspector is faced with the problem that his acceptance terms must be changed every time. Um hier mehr Transparenz zu schaffen, ist auf Anregung der Automobilindustrie dieser Arbeitskreis zusammengetreten mit der Zielsetzung: „Einen für die Automobil- und Zulieferindustrie einheitlichen Leitfaden zum Eignungsnachweis von Messsystemen zu erarbeiten.“ Die Richtlinie soll geltende Normen sowie Verbandsrichtlinien berücksichtigen. Im Rahmen dieses Arbeitskreises ist es gelungen, in den wesentlichen Sachfragen Konsens in den Berechnungsmethoden zu finden und eine Empfehlung für Grenzwerte zu geben. Hierauf basierend können die Firmen bezüglich allgemeiner Annahmemodalitäten und praxisbezogener Abwicklungen individuelle Ergänzungen bzw. Festlegungen vornehmen. In order to create a higher degree of transparency, this work group was set up on the suggestion of the automotive industry with the objective “to create a uniform reference manual for the determination of measurement systems capability in the automotive industry and its supplier base.” The guideline must take into account existing standards and association guidelines. Within the framework of the work group it was possible to reach consensus on the important issues regarding calculation methods and to give a recommendation for minimum requirements. From this baseline, companies are able to supplement individual requirements regarding general acceptance terms and practical implementation. Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 5 von 107 Page 5 of 107 Inhaltsverzeichnis Table of Contents Vorwort............................................................4 Preface ........................................................... 4 Inhaltsverzeichnis ..........................................5 Table of Contents .......................................... 5 1 1 2 Einleitung .................................................7 Introduction............................................. 7 1.1 DIN EN ISO 9001..................................... 7 1.1 DIN EN ISO 9001 .....................................7 1.2 DIN EN ISO 10012 Forderungen an die Qualitätssicherung von Messmitteln ... 7 1.2 DIN EN ISO 10012 Quality assurance requirements for measuring equipment7 1.3 Forderung aus QS-9000......................... 8 1.3 QS-9000 Requirements ..........................8 1.4 Forderung aus VDA 6.1 ......................... 8 1.4 VDA 6.1 Requirements ...........................8 1.5 GUM und DIN EN ISO 14253-1 .............. 9 1.5 GUM and ISO 14253-1 ............................9 Begriffe ...................................................10 2 Definitions ............................................. 10 2.1 Messabweichung ................................. 10 2.1.1 Systematische Messabweichung ... 10 2.1.2 Zufällige Messabweichung ............. 11 2.1 Measurement Error...............................10 2.1.1 Systematic Error of Measurement....10 2.1.2 Random Error of Measurement........11 2.2 Messgerät ............................................. 11 2.2 Measuring Instrument ..........................11 2.3 Messmittel............................................. 11 2.3 Gage.......................................................11 2.4 Linearität ............................................... 12 2.4 Linearity.................................................12 2.5 Normal / Einstellmeister ...................... 12 2.5 Master / Standard .................................12 2.6 Messkette .............................................. 12 2.6 Measuring Chain...................................12 2.7 Messprozeß / -system.......................... 13 2.7 Measurement Process / System..........13 2.8 Wiederholpräzision .............................. 13 2.8 Repeatability .........................................13 2.9 Vergleichpräzision ............................... 14 2.9 Reproducibility......................................14 2.10 Messbeständigkeit / Stabilität............. 14 2.10 Stability..................................................14 3 Geltungsbereich ....................................15 3 Scope ..................................................... 15 4 Verfahren für den Fähigkeitsnachweis 16 4 Procedures for a Capability Study ...... 16 4.10.1 Auflösung des Messgerätes ........... 16 4.10.2 Verfahren 1..................................... 16 4.10.3 Verfahren 2..................................... 16 4.10.4 Verfahren 3..................................... 17 4.10.5 Linearität......................................... 17 4.10.6 Messbeständigkeit / Stabilität......... 18 4.10.7 Vorgehensweise ............................. 18 4.1.1 Measurement System Resolution ....16 4.1.2 Type-1 Study ....................................16 4.1.3 Type-2 Study ....................................16 4.1.4 Type-3 Study ....................................17 4.1.5 Linearity............................................17 4.1.6 Stability .............................................18 4.1.7 Procedure.........................................18 5 Verfahren 1 .............................................19 5 Type-1 Study ......................................... 19 6 Verfahren 2 .............................................24 6 Type-2 Study ......................................... 24 7 Verfahren 3 .............................................28 7 Type-3 Study ......................................... 28 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability 8 9 Linearität / Untersuchung an den Spezifikationsgrenzen...........................31 Seite 6 von 107 Page 6 of 107 8 Linearity / Study near the Specification Limits ..................................................... 31 8.1 Vorbemerkung...................................... 31 8.1 Introduction...........................................31 8.2 Untersuchung an den Spezifikationsgrenzen ......................... 32 8.2 Study Near the Specification Limits . 32 8.3 Beurteilung der Linearität anhand von drei Normalen ....................................... 33 8.3 Linearity study using three masters. 33 8.4 Beurteilung der Linearität bei mehr als drei Normalen ....................................... 34 8.4 Linearity evaluation using more than three masters ........................................34 Messbeständigkeit / Stabilität ..............35 9 Stability.................................................. 35 10 Vorgehensweise „Nicht fähige Messsysteme“........................................37 10 “Non-capable Measurement Systems” Procedure .............................................. 37 11 Sonderfälle .............................................40 11 Special Cases........................................ 40 12 Literatur ..................................................41 12 Literature ............................................... 41 13 Anhang ...................................................43 13 Appendix ............................................... 43 13.1 Abkürzungen ........................................ 43 13.1 Abbreviations........................................43 13.2 Formeln ................................................. 45 13.2 Formulae................................................45 13.3 Formeln zur Berechnung der Linearität 46 13.3 Formulae for Linearity Calculation ... 46 13.4 ANOVA .................................................. 48 13.4.1 ANOVA für Verfahren 2.................. 48 13.4.2 ANOVA für Verfahren 3.................. 53 13.4 ANOVA...................................................48 13.4.1 ANOVA for Type-2 study ................48 13.4.2 ANOVA for Type-3 Study................53 13.5 Faktoren ................................................ 56 13.5 Table of Constants ...............................56 13.6 Formblätter / Fallbeispiele................... 57 13.6 Work sheets / Samples ........................57 13.7 Formblätter / Fallbeispiele ME ............ 82 14 Index .................................................... 105 14 Index .....................................................105 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 7 von 107 Page 7 of 107 1 Einleitung 1 Introduction Die Forderungen bezüglich des Eignungsnachweises von Messsystemen sind exemplarisch an folgenden Stellen aufgeführt: Requirements for the demonstration of measurement system capability can e.g. be found in the following guidelines: 1.1 1.1 DIN EN ISO 9001 DIN EN ISO 9001 Auszug aus Abschnitt 4.11.1 ISO 9001: ... Prüfmittel müssen in einer Weise benutzt werden, die sicherstellt, dass die Messunsicherheit bekannt und mit der betreffenden Forderung vereinbar ist. ... Excerpt from paragraph 4.11.1 ISO 9001: ... Inspection, measuring and test equipment shall be used in a manner which ensures that the measurement uncertainty is known and is consistent with the required measurement capability. ... 1.2 1.2 DIN EN ISO 10012 Forderungen an die Qualitätssicherung von Messmitteln DIN EN ISO 10012 Quality assurance requirements for measuring equipment Folgende Forderungen sind an das Messmittel gestellt (siehe Abschnitt 4.2 ISO 10012): Die Messmittel müssen die für den beabsichtigten Einsatz und Zweck geforderten metrologischen Merkmale aufweisen (zum Beispiel Genauigkeit, Messbeständigkeit, Messbereich und Auflösung). Die Einrichtungen und die Dokumentation sind so zu unterhalten, dass Korrektionen, Einsatzbedingungen (einschließlich Umgebungsbedingungen) usw. die zur Erreichung der geforderten Leistung notwendig sind, Rechnung getragen wird. Die geforderte Leistung ist zu dokumentieren. The measuring equipment should meet the following requirements (see paragraph 4.2 ISO 10012): Measuring equipment shall have metrological characteristics as required for the intended use (for example accuracy, stability, range and resolution). Equipment and documentation shall be maintained so as to take account of any corrections, conditions of use (including environmental conditions), etc. that are necessary to achieve the required performance. The required performance shall be documented. An die Messunsicherheit sind folgende Forderungen gestellt (siehe Abschnitt 4.6 ISO 10012): Bei der Durchführung von Messungen und der Angabe und Anwendung der Ergebnisse hat der Lieferant alle wichtigen bekannten Unsicherheiten des Messvorgangs einschließlich derer, die auf das Messmittel (einschließlich der Messnormale) und auf Personal, Verfahren und Umgebung zurückzuführen sind, zu berücksichtigen. Beim Schätzen der Unsicherheiten muss der Lieferant alle relevanten Daten berücksichtigen einschließlich derjenigen, die aus statistischen Prozesslenkungssystemen erhältlich sind, die vom oder für den Lieferanten betrieben werden. The uncertainty of measurement should meet the following requirements (see paragraph 4.6 ISO 10012): In performing measurements and in stating and making use of the results, the supplier shall take into account all significant identified uncertainties in the measurement process including those that are attributable to measuring equipment (including measurement standards) and those contributed by personnel, procedures and environment. In estimating the uncertainties, the supplier shall take account of all relevant data including that available from any statistical process control system operated by or for the supplier. Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability 1.3 Forderung aus QS-9000 Seite 8 von 107 Page 8 of 107 1.3 QS-9000 Requirements „Prüfmittelüberwachung“ Element 4.11 „Untersuchung von Messsystemen“: Paragraph 4.11 “Control of Inspection, Measuring and Test Equipment”: Es sind angemessene statistische Untersuchungen zur Beurteilung von Messsystemen und Prüfeinrichtungen durchzuführen. Die dabei angewandten analytischen Methoden und Annahmekriterien sollten mit denen in dem Referenz-Manual „Measurement Systems Analysis“ übereinstimmen. Andere analytische Methoden und Annahmekriterien können ebenfalls angewandt werden, sofern der Kunde damit einverstanden ist. Evidence is required that appropriate statistical studies have been conducted to analyze the variation present in the results of each type of measuring and test equipment system. The analytical methods and acceptance criteria used should conform to those in the Measurement Systems Analysis reference manual. Other analytical methods and acceptance criteria may be used if approved by the customer. 1.4 1.4 Forderung aus VDA 6.1 VDA 6.1 Requirements Auszug aus Abschnitt 16 "Prüfmittelüberwachung" Excerpt from chapter 16 "Gage control" Voraussetzung zum Einsatz von Prüfmitteln (Prüfeinrichtungen einschließlich Prüfsoftware und Lehren) ist die Sicherstellung, dass das Prüfmittel für den vorgesehenen Zweck geeignet ist, z.B. durch Prüfmittelfähigkeitsnachweis bzw. Vergleichsmessung. Prüfmittel sind so auszuwählen, dass die zu prüfenden Merkmale mit einer vertretbaren Unsicherheit, die bekannt sein muss, gemessen werden können. Abhängig von Prozess-/Produktspezifikation und der Prüfanweisung ergibt sich die höchstzulässige Messunsicherheit. Die „Fähigkeit von Prüfmitteln“ wird von der Messunsicherheit des Prüfmittels im Verhältnis zur Toleranz des Prüfmerkmals bestimmt. Die Fähigkeitsuntersuchung von Prüfmitteln ist über statistische Auswertung von Messreihen nachzuweisen. Dies kann rechnerisch oder grafisch erfolgen (Korrelationsdiagramm). Hierbei sind spezielle Kundenforderungen soweit möglich zu berücksichtigen, andere Verfahren sind ggf. zu vereinbaren. Die Prüfmittelfähigkeit wird über die Wiederholbarkeit oder Vergleichbarkeit mit Hilfe der Spannweiten-Methode oder der Mittelwert- und Spannweiten-Methode unter Beachtung des Zufallsstreubereiches (95%, 99%, 99,73%) ermittelt. Before any inspection, measuring or test equipment (including software and gages) can be used, it must be ensured that the equipment used is suitable for its purpose, e.g. by demonstrating measurement system capability or by carrying out comparative measurements. Inspection, measuring or test equipment must be selected such that the characteristics to be checked can be measured with a known and acceptable degree of uncertainty. The maximum permissible uncertainty of measurement depends on the product or process specification. “Measurement system capability” is a function of the system’s uncertainty of measurement relative to the characteristic’s tolerance. Measurement system capability studies must be based on statistical analyses of sets of measurement values. Both calculation and graphical methods (scatter plot) can be used for this. In the analysis, special customer requirements should be taken into account as far as possible, and the use of other methods should be agreed as appropriate. Measurement system capability is determined based on repeatability or reproducibility using the range method or the average and range method, based on a 95%, 99% or 99.73% spread. Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 9 von 107 Page 9 of 107 Das Ergebnis der Untersuchung wird nicht nur durch das Prüfmittel selbst, sondern durch Einflüsse bestimmt, wie z.B. • Beschaffenheit der geprüften Produkte • Bedienungsperson • Messaufnahmen • Spannmittel • Umgebungsbedingungen. The results of the study do not just reflect the measuring equipment itself, but also other influences such as • properties of the measured items • appraiser • measurement receptacles • clamping devices • environmental conditions Die Notwendigkeit eines Fähigkeitsnachweises für Prüfmittel ist u.a. abhängig von: • der Messunsicherheit des Prüfmittels • der Komplexität des Prüfmittels • dem Einsatz ineinandergreifender Prüfmittel/Prüfmethoden. The need for a proof of measurement system capability depends, amongst others, on: • the system’s uncertainty of measurement • the system’s complexity • the use of interlocking measurement systems/methods Das gilt vorwiegend für komplexe Prüfmittel wie z.B.: • Messmaschinen • MehrstellenMessvorrichtungen • Messmittel zur statistischen Messwertaufnahme • Prüfmittel für elektrische Größen. This is particularly true for complex measurement equipment such as: • gaging machines • multiposition measuring devices • measurement systems for statistical recording of measurements • measurement systems for electrical measurands 1.5 1.5 GUM und DIN EN ISO 14253-1 Hierbei handelt es sich um den „Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen“ (GUM) und „Entscheidungsregeln für die Feststellung von Übereinstimmung oder Nicht-Übereinstimmung mit Spezifikationen“. Version 2.1 D/E GUM and ISO 14253-1 These guidelines are the “Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement” (GUM) and “Decision rules for proving conformance or non-conformance with specifications”. Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability 2 Begriffe Seite 10 von 107 Page 10 of 107 2 Definitions Die im folgenden verwendeten Begriffe sind in DIN EN ISO 10012 beschrieben: • Messmittel • Messung • Messgröße • Einflußgröße • Messgenauigkeit • Messunsicherheit • Korrektion • Justierung • Messbereich • Referenzbedingungen • Auflösung (einer Anzeigeeinrichtung) • Messgerätedrift • Grenzwerte für Messabweichungen • Referenzmaterial • Internationales Normal • Nationales Normal • Rückführbarkeit/Rückverfolgbarkeit • Kalibrierung • Qualitätsaudit The following concepts are defined in DIN EN ISO 10012: • measuring equipment • measurement • measurand • influence quantity • accuracy of measurement • uncertainty of measurement • correction • adjustment • specified measuring range • reference conditions • resolution (of an indicating device) • drift • limits of permissible error • reference material • international (measurement) standard • national (measurement) standard • traceability • calibration • (quality) audit In dem vorliegenden Leitfaden sind weitere Begriffe verwendet, die zur besseren Übersicht im folgenden kurz erläutert werden. Diese sind den Literaturstellen [10] bzw. [3] entnommen und zum Teil umgangssprachlich ergänzt. Further definitions are used also in the present reference manual, a short description is found below for better overview. These may be found in literature [10] and [3] and are partially supplemented to colloquial speech. 2.1 Messabweichung 2.1 Measurement Error 2.1.1 Systematische Messabweichung 2.1.1 Systematic Error of Measurement Unter systematischer Messabweichung wird die Abweichung zwischen dem Mittelwert der Anzeige des Messsystems bei wiederholtem Messen des gleichen Merkmals und dem Referenzwert des Merkmals verstanden. Das zu messende Teil ist ein Normal (Referenzwert), dessen Wert mit PräzisionsMesssystemen, z.B. KoordinatenMessgeräten ermittelt wird und das auf ein nationales oder internationales Normal zurückführbar sein muß. Ein Referenzwert kann bestimmt werden, indem mehrere Messungen mit einem höherwertigen Messgerät durchgeführt werden (z.B. Messraum oder Kalibrierlabor). Version 2.1 D/E Also called bias, this is the difference between the observed average of measurements and the reference value. The part to be measured is a measurement standard or master, whose value (reference value) has been determined with precision measurement systems, e.g. coordinate measurement devices, and which can be traced back to a national or international measurement standard. A reference value can be established by carrying out several measurements with a higher-level measurement device (e.g. metrology lab or calibration lab). Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Referenzwert xm Seite 11 von 107 Page 11 of 107 Mittelwert xg Average xg Reference Value xm Systematische Meßabweichung Bias Systematische Messabweichung Systematic error (Bias) 2.1.2 2.1.2 Zufällige Messabweichung Random Error of Measurement Messergebnis minus dem Mittelwert, der sich aus einer unbegrenzten Anzahl von Messungen derselben Messgröße ergeben würde, die unter Wiederholbedingungen ausgeführt wurden. Measurement result minus the mean that would result from an infinite number of measurements of the same measurand carried out under repeatability conditions. 2.2 2.2 Messgerät Measuring Instrument Gerät, das allein oder in Verbindung mit zusätzlichen Einrichtungen für Messungen gebraucht werden soll. Device intended to be used to make measurements, alone or in conjunction with supplementary devices. 2.3 2.3 Messmittel Alle Messgeräte, Normale, Referenzmaterialien, Hilfsmittel und Anweisungen, die für die Durchführung einer Messung notwendig sind. Dieser Begriff umfaßt Messmittel, die für Prüfzwecke und solche, die für die Kalibrierung verwendet werden. Version 2.1 D/E Gage All of the measuring instruments, measurement standards, reference materials, auxiliary apparatus and instructions that are necessary to carry out a measurement. This term includes measuring equipment used in the course of testing and inspection, as well as those used in calibration. Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability 2.4 Linearität 2.4 Konstant bleibender Zusammenhang zwischen der Ausgangsgröße und der Eingangs- (Mess-) größe eines Messmittels bei deren Änderung. Referenzwert xg xm Seite 12 von 107 Page 12 of 107 Referenzwert xg xm Linearity Constant relationship between the output variable and the input variable (measurand) as this changes. Referenzwert xg xm Meßbereich Linearität Linearity Beobachteter Mittelwert Systematische Meßabweichung Observed Average Bias no Bias keine systematische Meßabweichung Bezugsgröße Reference Figure Linearität (Variabler Streubereich) Linearity (Varying Linear Bias) 2.5 2.5 Normal / Einstellmeister Master / Standard Ein Referenzteil zur Einstellung des Messmittels auf einen Bezugswert. Der Bezugswert des Normals muß zertifiziert und auf das entsprechende nationale bzw. internationale Normal rückführbar sein. Das Normal wird für die Fähigkeitsuntersuchung verwendet. A device used to set a gage to a reference value. The reference value of the master must be certified, with traceability to the appropriate national or international standard. The master is used for the capability study. 2.6 2.6 Messkette Folge von Elementen eines Messgerätes oder einer Messeinrichtung, die den Weg des Messsignals von der Eingabe zur Ausgabe bildet. Version 2.1 D/E Measuring Chain Series of elements of a measuring instrument or system that constitutes the path of the measurement signal from the input to the output. Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability 2.7 Seite 13 von 107 Page 13 of 107 Messprozeß / -system 2.7 Die Gesamtheit aller Einflusskomponenten zur Ermittlung eines Messwerts für ein Merkmal: Verfahren, Vorgehensweise, Messgerät, Hilfsmittel, Normal, Software, Personal etc., das dazu benutzt wird, um dem zu messenden Merkmal einen Wert zuzuweisen. Mit anderen Worten: der Gesamtprozess zur Erfassung von Messwerten. Der Gesamt-/Messprozess wird als Messsystem bezeichnet. Bediener Prüfling, Prüfobjekt Normal, Einstellmeister Meß-, Prüfgerät, Meßmittel, Meßeinrichtung Measurement Process / System The sum total of all the factors that affect the determination of a measurement value for a characteristic: operation, procedure, measuring instrument, auxiliary equipment, standard, software, personnel, etc. used to assign a number to the characteristic to be measured; the complete process used to obtain measurements. The complete/measuring process is called a measurement system. Master Umgebung Meßverfahren Operator Test piece Meßergebnis Environment Measuring instrument, Gage, Measurement system Measurement procedure Measurement Result 2.8 Wiederholpräzision 2.8 Repeatability Wiederholpräzision (eines Messgerätes) ist die Fähigkeit eines Messgerätes, bei wiederholtem Anlegen derselben Messgröße unter denselben Messbedingungen nahe beieinander liegende Anzeigen zu liefern. Repeatability (of a measuring instrument) is the ability of a measuring instrument to provide closely similar indications for repeated applications of the same measurand under the same conditions of measurement. gemessener Mittelwert -4s g -3s g -2s g Wiederholpräzision Version 2.1 D/E xg measured average +2sg +3sg +4sg -4s g -3s g -2s g xg +2sg +3sg +4sg Repeatability Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability 2.9 Vergleichpräzision Seite 14 von 107 Page 14 of 107 2.9 Vergleichpräzision (von Messergebnissen) ist ein Ausmaß der gegenseitigen Annäherung zwischen Messergebnissen derselben Messgröße, gewonnen unter veränderten Messbedingungen. Reproducibility Reproducibility (of results of measurement) is the closeness of the agreement between the results of measurements of the same measurand carried out under changed conditions of measurement. Bediener 1 Bediener 2 Bediener 3 Operator 1 Operator 2 Operator 3 x1 x2 x3 x1 x2 x3 Vergleichpräzision Reproducibility x Diff x Diff Gesamt-Mittelwert Total Average x x 6s 6s Vergleichpräzision Reproducibility 2.10 Messbeständigkeit / Stabilität 2.10 Stability Fähigkeit eines Messsystems, seine metrologischen Merkmale zeitlich unverändert beizubehalten. Ability of a measuring instrument to maintain constant metrological characteristics over time. max. deviation max. Abweichung time n Zeit n time 1 Zeit 1 Messbeständigkeit / Stabilität Version 2.1 D/E Stability Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability 3 Geltungsbereich Seite 15 von 107 Page 15 of 107 3 Scope Die im Leitfaden enthaltenen Verfahren eignen sich nur für messende Einrichtungen. Diese werden in Standardmessverfahren bzw. in Sonderfälle eingeteilt. Der vorliegende Leitfaden beschreibt nur die Beurteilungen für die Standardverfahren. In einem separaten Dokuments sind für verschiedene Sonderfälle Beispiele enthalten. The procedures presented in this reference manual are applicable only to measuring systems. These may be separated into standard measurement procedures or special cases. The present reference manual begins by describing only the evaluations for standard measurement procedures. Examples of various special cases are available in a separate document. Dieser Leitfaden ist gültig beim Neukauf und Einsatz sowie der Bewertung vorhandener Messsysteme. Eventuell bestehende Gesetze und Verordnungen in den jeweiligen Ländern haben uneingeschränkt Vorrang. This reference manual applies to the procurement and use of new, as well as the evaluation of existing measurement systems. Any existing laws and regulations of the home country of the concerned plant take unrestricted precedence. Der Leitfaden erstreckt sich auf die Annahmeprüfung und laufende Überwachung aller Messsysteme in den Werken, sowie die Annahmeprüfung bei den Herstellern der Messsysteme. Eine Annahmeprüfung muß vor Inbetriebnahme der Messsysteme durchgeführt werden, nach Neuaufstellungen, Generalüberholungen, wesentlichen konstruktiven Änderungen und Umstellungen. Diese Annahmeprüfungen sollten vor der Beurteilung von Maschinen- und Prozeßfähigkeit durchgeführt werden. The reference manual covers the acceptance and ongoing control of all variable-type part measurement systems in production plants, as well as the acceptance at the manufacturer. An acceptance test must be carried out prior to putting measurement systems into operation, and again after relocation, a general overhaul or any major design changes or conversions. These acceptance tests should be carried out before the machine and process capability study. Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability 4 Verfahren für den Fähigkeitsnachweis Seite 16 von 107 Page 16 of 107 4 Procedures for a Capability Study Für den Fähigkeitsnachweis von Messsystemen haben sich verschiedene Methoden als sinnvoll herausgestellt. Je nach Verfahren können die verschiedenen Unsicherheitskomponenten ermittelt werden. Various methods have been found to be suitable for establishing the capability of measurement systems. Depending on the procedure, different uncertainty factors may be determined. 4.10.1 Auflösung des Messgerätes 4.1.1 Bevor eine der genannten Untersuchungen durchgeführt wird, ist zu überprüfen, ob die Auflösung des Messgerätes gegeben ist. Before one of the studies mentioned can be carried out, the resolution of the measurement system should be checked. Das Messgerät muss eine Auflösung von %RE ≤ 5% der Toleranz des Merkmals haben, um Messwerte sicher ermitteln und ablesen zu können. The measurement system must have a resolution of %RE ≤ 5% of the characteristic’s specified tolerance, in order to be able to reliably determine and observe measurement values. Fallbeispiel: Example: Längenmaß 125 ± 0.25 mm Measurement System Resolution Specified dimension = 125.00 ± 0.25 mm Bei einer Toleranz von 0,5 mm entsprechen 5% der Toleranz 0,025 mm. D.h., das Messsystem darf eine Auflösung von maximal 0,025 mm über den gesamten Messbereich haben. Gewählt wird z.B. eine Messuhr mit 0,01 mm Skalenteilung. In this case of a specified tolerance of 0.5 mm, 5% is equivalent to 0.025 mm. This means that the measurement system should have a resolution of 0.025 mm or better over the total measuring range. A precision gage with a scale graduation of 0.01 mm is selected. 4.10.2 Verfahren 1 4.1.2 Dieses Verfahren wird in der Regel beim Lieferanten zur Beurteilung von neuen und geänderten Messsystemen durchgeführt, bevor diese eingesetzt werden. Anhand des Fähigkeitskennwertes kann die Eignung festgestellt werden. This type of study is usually carried out at the supplier’s plant to evaluate new or modified measurement systems prior to their first use. A capability index is calculated to determine the suitability of the system. 4.10.3 Verfahren 2 4.1.3 Verfahren 2 findet zur Beurteilung von neuen und vorhandenen Messsystemen vor der Annahmeprüfung beim Kunden am endgültigen Aufstellungsort statt. Dieses Verfahren kann auch beim Lieferanten eingesetzt werden. Dies setzt voraus, dass sowohl Teile als auch Prüfer beim Lieferanten vorhanden sind. Dieses Verfahren wird auch im Rahmen von routinemäßigen Audits oder zu Zwischenprüfungen eingesetzt. Die Beurteilung erfolgt dabei unter möglichst realen Bedingungen, d.h. die Untersuchung wird am Einsatzort, mit original Messobjekten und den Prüfern vor Ort durchgeführt. The Type-2 study is carried out at the customer’s plant at the system’s intended point of use, in order to evaluate new and existing measurement systems prior to final acceptance. The method can also be used at the supplier’s plant. This requires the presence of both parts and operators at the supplier’s site. This method is also used for routine audits or intermediate test purposes. The assessment is carried out under conditions which mirror the actual conditions of use as far as possible, i.e. at the point of use, with real measuring objects and the actual operators who will perform the Version 2.1 D/E Type-1 Study Type-2 Study Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 17 von 107 Page 17 of 107 Die Beurteilung wird anhand des sogenannten %R&R Kennwertes festgestellt. measurements. The evaluation is based on a statistic called %R&R. 4.10.4 Verfahren 3 4.1.4 Bei Verfahren 3 handelt es sich um einen Sonderfall von Verfahren 2. Diese Vorgehensweise wird bei Messsystemen ohne Bedienereinfluss, d.h. automatischen oder mechanisierten Messsystemen (z.B. bei Post-Prozess-, In-ProzessMesseinrichtungen und vollautomatischen Messeinrichtungen) in Transferstraßen bzw. halbautomatischen Messsystemen (z.B. Drei-Koordinaten-Messgeräten, Nockenformprüfgeräten und Mehrstellenmessgeräten) eingesetzt. The Type-3 study is a special case of the Type2 study. It is used for measurement systems without appraiser influence, i.e. automated measurement systems (e.g. post-process or inprocess measuring equipment and automated or mechanized gaging machines) in transfer lines, or semi-automated measuring systems (three-coordinate measuring equipment, cam profile gaging equipment, and multiposition measuring devices). Die Beurteilung dieses Messverfahrens erfolgt ebenfalls anhand des %R&R Kennwertes. Es wird in Analogie zu Verfahren 2 die gleiche Abkürzung verwendet, obwohl eigentlich die Vergleichspräzision (Reproducibility) null ist. The evaluation of this measurement procedure is likewise based on the %R&R statistic. By analogy to the type-2 study the same abbreviation is used, even though reproducibility equals zero. Hinweis zu Verfahren 2 und 3 Note on Type-2 and Type-3 studies Die Beurteilung von Messsystemen mit Hilfe von Verfahren 2 und 3 erfolgt über die sogenannte Mittelwert-Spannweiten-Methode (ARM Average-Range-Methode) oder über die ANOVA-Methode (Analysis of Variance). Aufgrund der genaueren statistischen Betrachtung wird die Berechnungsmethode nach ANOVA empfohlen. Allerdings ist dabei der Einsatz eines Rechnerprogramms erforderlich. The evaluation of measurement systems using the type-2 and type-3 studies is carried out through the so-called ARM (Average-RangeMethod) or through the ANOVA method (Analysis of Variance). The ANOVA method is recommended, as it is statistically more precise. However, it does require the use of statistics software. Die Vorgehensweise zur Ermittlung der Merkmalswerte und die Interpretation der Ergebnisse ist bei beiden Verfahren gleich. Aufgrund der unterschiedlichen Berechnungsmethoden (ARM bzw. ANOVA) können die Ergebnisse verschieden sein. Dadurch ist eine Vergleichbarkeit nur innerhalb eines Verfahrens möglich. Bei der Beschreibung der Verfahren wurde der Einfachheit halber die ARM-Methode verwendet. Die ANOVA-Methode ist im Anhang erläutert. Type-3 Study The procedure for the taking of measurement values and the interpretation of results remain as described here for both studies. Based on the different calculation methods (ANOVA or ARM) the results may be different. Comparability is thus possible only within the same procedure. For simplicity's sake, the ARM method was used for description of the procedures. The ANOVA method is detailed in the appendix. 4.10.5 Linearität 4.1.5 Anhand dieser Studie ist zu untersuchen, ob die Messgenauigkeit über den gesamten Messbereich als geeignet angesehen werden kann. Die Untersuchung der Linearität kann sowohl beim Lieferant als auch beim Kunden am endgültigen Aufstellungsort stattfinden. Ist Linearität gefordert, ist diese vor oder in Verbindung mit Verfahren 1 durchzuführen. This study is used to examine whether the measurement accuracy can be considered suitable over the entire measurement range. The assessment of linearity can take place either at the supplier’s site or at the final point of use within the customer’s site. If a linearity study is required, it should be carried out prior to or in conjunction with the Type-1 study. Version 2.1 D/E Linearity Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 18 von 107 Page 18 of 107 4.10.6 Messbeständigkeit / Stabilität 4.1.6 Stability Bei den Fähigkeitsuntersuchungen (insbesondere den Verfahren 1, 2 und 3) sowie der Beurteilung der Linearität handelt es sich immer nur um eine Momentaufnahme. Anhand von Stabilitätsuntersuchungen ist nachzuweisen, dass die eingesetzten Messeinrichtungen ihre Eignung über die Dauer des Einsatzes halten. Capability studies (especially type-1, 2, and 3 studies) as well as linearity assessment only ever represent a “snapshot” assessment. Stability studies should be carried out to demonstrate that the measurement systems used retain their suitability over their entire period of use. 4.10.7 Vorgehensweise 4.1.7 Der Ablauf der Eignungsuntersuchung kann nach folgendem Flussdiagramm erfolgen: The capability assessment procedure may follow the flow chart shown below: Procedure Neues / geändertes Meßsystem New / modified Type Gage Meßsystem mit höherer Auflösung System with higher resolution nein no Nachbesserung ja Improve System yes nein no yes ja ja yes Verfahren 1 i.O. nein Nachbesserung möglich? Type-1 Study O.K. ja Possible Operator Influence? no yes nein no nein ja Verfahren 3 i.O. nein nein Verfahren 2 i.O. no yes Type-3 Study O.K. Type-2 Study O.K. no no ja yes ja yes Beurteilung der Linearität s. Abschnitt Vorgehensweise “Nicht fähige Meßsysteme” Linearity Study Meßmittel abgenommen Measurement System Accepted Meßbeständigkeit während des Einsatzes überprüfen Control Measurement Stability during use ➀ Messsystem muß eindeutig durch eine Identnummer gekennzeichnet sein. Version 2.1 D/E see paragraph Procedure “Not capable measurement systems” ➀ Measurement system must be clearly identified by means of an ID number. Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability 5 Verfahren 1 Seite 19 von 107 Page 19 of 107 5 Type-1 Study Ziel der Untersuchung Objective Anhand der Fähigkeitskennwerte Cg und Cgk wird entschieden, ob eine Messeinrichtung unter Verwendung eines Normals für den vorgesehenen Einsatz unter Betriebsbedingungen geeignet ist. The capability indices Cg and Cgk is used to decide if the measurement device is capable for its intended use under actual operating conditions, based on measurements of a standard or master. Voraussetzung Requirements 1. Die Messeinrichtung ist entsprechend den Vorschriften des Herstellers einzurichten und gebrauchsfertig zu machen. 2. Es muss ein Normal/Einstellmeister vorhanden sein, dessen richtiger Wert durch Kalibrierung auf nationale oder internationale Normale rückführbar ist und sich im Laufe der Zeit nicht verändert. Die Messunsicherheit der übergeordneten Messverfahren, mit denen der richtige Wert des Normals bestimmt wird, ist anzugeben. 1. The measurement device must be set up and prepared for use in accordance with the manufacturer’s instructions. 2. A measurement standard/master must be available whose true value is traceable to a national or international measurement standard through calibration and is not subject to changes over time. The uncertainty of measurement of the higher-level measuring procedure used to determine the true value of the measurement standard must be indicated. 3. If for technical reasons related to the measuring application no measurement standard is available, the calculation of Cgk is omitted. In this case only the repeatability Cg using a suitable measuring object. 3. Steht aus Messtechnischen Gründen kein Normal zur Verfügung, entfällt die Berechnung von Cgk. In diesem Fall kann mit Hilfe eines geeigneten Messobjektes nur die Wiederholpräzision Cg bestimmt werden. Hinweis: Bei der Verwendung eines Messobjektes kann eine größere Streuung auftreten. Version 2.1 D/E Note: A larger variation may be caused through the use of the measuring object. Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Dokumentation Seite 20 von 107 Page 20 of 107 - Teile-Nr., Bezeichnung - Merkmal, Toleranz - Prüfmittel, Prüfm.-Nr. - Auflösung - Normal, Ist-Maß - usw. Documentation Normal n mal messen und dokumentieren Standard n times measuring and documentation Berechnung von Mittelwert und Standardabweichung Calculation of Average and Standard Deviation Berechnung der Fähigkeitsindizes Cg und Cgk Bezug: Toleranz Cg und Cgk 1,33 Calculation of Capability Indices Cg and Cgk Reference: Tolerance Nein - Part No., Description - Characteristic, Tolerance - Gage, Gage No. - Resolution - Master, act. dimension - etc. Cg and Cgk Vorgehensweise “Nicht fähige Meßsysteme” 1,33 No Procedure “Not capable measurement systems Yes Ja Type-2 Study Verfahren 2 Messung und Auswertung Measurement and Analysis 1. Schritt Merkmalswert und Toleranz T in das Auswerteblatt eintragen. Step 1 Enter the characteristic’s nominal value and tolerance, T, into the worksheet. 2. Schritt Beurteilung der Auflösung (RE) der Messeinrichtung (Messwertaufnehmer mit Anzeige). Step 2 Evaluate the resolution, RE, of the measuring instrument (sensor and display). RF The RF Bezugsgröße (Reference Figure) meist Toleranz T %RE = RE ⋅ 100% RF %RE = (reference figure) is usually the specified tolerance, T. RE ⋅ 100% RF %RE ≤ 5% geeignete Auflösung %RE ≤ 5% Appropriate resolution. %RE > 5% Das Messgerät ist aufgrund der unzureichenden Auflösung ungeeignet für diese Messaufgabe. %RE > 5% The measurement device is not suitable for the measuring task due to insufficient resolution. Hinweis: Ausnahmeregelungen bei kleinen Toleranzen1 müssen im Einzelfall getroffen werden (s. Vorgehensweise "Nicht fähige Messsysteme"). Note: For very small tolerances2 exceptions may be made on a case-by-case basis (see procedure "Not capable measurement systems"). 1 "Kleine Toleranzen" ist ein subjektiver Begriff, der je nach 2 "Small tolerances" is a subjective term which must be inMessaufgabe unterschiedlich zu interpretieren ist. Das terpreted differently depending on the measuring task. This kann beispielsweise das Messen einer Welle in einem Tole- may possibly be the measuring of a shaft in a tolerance ranzbereich von 10µ in der Fertigung sein. range of 10µ in the production. Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 21 von 107 Page 21 of 107 3. Schritt Festlegung und Auswahl eines Normals, dessen richtiger Wert xm im Toleranzfeld des Prüfmerkmals liegt. Die Messposition ist am Normal zu kennzeichnen, zwangsweise zu positionieren oder zu beschreiben. Step 3 Determine and select a measurement standard whose true value xm is within the tolerance range of the test characteristic. Mark the measuring position on the standard or set or describe a fixed position. 4. Schritt Einstellung und Abgleich, eventuell Justierung der Messeinrichtung nach der gültigen Vorschrift. Während der Durchführung der Messung sind Veränderungen an der Messeinrichtung nicht zulässig. Step 4 Set up and balance, possibly adjust the measurement device in accordance with the appropriate instructions. During the study, no further adjustments of the measurement device are permitted. 5. Schritt Am Standort sind 50 (min. 20) Wiederholmessungen in kurzen Zeitabständen am Normal nach der gültigen Vorschrift (Wiederholbedingungen) durch denselben Prüfer durchzuführen. Das Normal ist vor jeder Messung erneut bei gleicher Messposition in die Messvorrichtung einzulegen. Die Werte sind in das Auswerteblatt (Verfahren 1) einzutragen. Step 5 On site, have the same appraiser carry out, at short intervals, 50 (min. 20) repeat measurements on the measurement standard, following the appropriate instructions (repeatability conditions). The measurement standard must be removed from the device and re-inserted in the same measuring position before each measurement. Enter the measurement values into the worksheet (Type-1 Study). Hinweis: Die Anzahl der Wiederholungsmessungen sollte in Abhängigkeit der Messaufgabe festgelegt und zwischen Kunde und Lieferant abgestimmt werden. So kann ein Messvorgang sehr lange dauern, so dass die Messzeit bei 50 Wiederholungen mehrere Stunden in Anspruch nehmen würde. Weiter zeigen Untersuchungen, dass sich die Standardabweichungen nach 10 Wiederholungsmessungen nicht mehr signifikant ändern. Damit reichen in der Regel 20 Wiederholungsmessungen aus. Note: The number of repeat measurements should be set depending on the measuring task and agreed on between customer and supplier. A measuring procedure may last a very long time, so that the total measuring time in case of 50 repetitions would last several hours. Tests have shown that the standard deviations do not show significant changes after 10 repeat measurements. For this purpose, 20 repeat measurements are sufficient as a rule. 6. Schritt Berechnung des angezeigten Mittelwerts x g und der Wiederholstandardabweichung sg der angezeigten Werte. Step 6 Calculate the average measurement value x g and the repeatability standard deviation sg of the measurement values. 7. Schritt Berechnung des Abweichungsbetrags Bi des Mittelwerts x g vom richtigen Wert xm des Normals: Bi = x g − x m Step 7 Calculate Bi, the difference between the average measurement value x g and the standard’s true value xm: Bi = x g − x m 8. Schritt Bestimmung des Fähigkeitskennwerts Cgk, der eine systematische und eine zufällige Komponente berücksichtigt: Step 8 Determine the capability index Cgk, which reflects both a systematic and a random error component: Cgk = 0,1 ⋅ T − Bi 2 ⋅ sg Version 2.1 D/E Cgk = 0.1⋅ T − Bi 2 ⋅ sg Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Anmerkung: Bei Cgk = 1,33 => 3 ⋅ sg + x g − x m =ˆ 10%Toleranz 9. Schritt Bestimmung des Fähigkeitskennwerts Cg, der nur eine zufällige Komponente (Wiederholpräzision) berücksichtigt. Bei zweiseitig begrenzten Merkmalen zeigt die Differenz zwischen Cgk und Cg die Verbesserungsmöglichkeit durch genaues Einstellen der Messeinrichtung an, was einer systematischen Messabweichung Bi = 0 entspricht. Seite 22 von 107 Page 22 of 107 Remark: for Cgk = 1.33 => 3 ⋅ s g + x g − x m = 10%Toleranz Step 9 Determine the capability index Cg, which reflects only a random error component (repeatability). In case of bilaterally limited characteristics the difference between Cgk and Cg therefore indicates the scope for improvement achievable by exact setup of the measurement device, i.e. with a systematic error (bias) of Bi = 0. 0,2 ⋅ T 4 ⋅ sg 0,2 ⋅ T Cg = 4 ⋅ sg Cg = Hinweise: Notes: Messbeständigkeit Bei Verfahren 1 handelt es sich um eine Kurzzeitbeurteilung des Messsystems, die keine Aussage über die Messbeständigkeit beim Einsatz zuläßt. Daher wird empfohlen, die Messbeständigkeit separat zu betrachten (siehe Abschnitt 9 Messbeständigkeit / Stabilität). Stability The Type-1 study is a short-term assessment of the measurement system which does not provide any information on measurement stability during use. Hence it is recommended to assess stability in a separate study (see paragraph 9 Stability). Warum 4⋅sg als Streuungsbereich? In den bisher vorliegenden Richtlinien zur Berechnung der Fähigkeitsindizes Cg bzw. Cgk wurde in der Regel als Streubereich des Messsystems 6⋅sg herangezogen. In dem vorliegenden Leitfaden wurde der Streubereich des Messsystems auf 4⋅sg verringert. Why use a 4sg spread? Earlier guidelines for calculating the capability indices Cg or Cgk usually based this calculation on a measurement spread of 6sg. In the present reference manual, this measurement spread has been reduced to 4sg. Begründung: Reasons: 1. Insbesondere wenn die Auflösung des Messsystems nicht wesentlich unter 5% der Toleranz liegt, klassiert das Messverfahren quasi die Messwerte. In diesem Fall ist als Verteilungsmodell der Messwerte die Normalverteilung nicht zutreffend. 1. Especially where the resolution lies trivially below 5% of the tolerance, the measurement values are assigned to classes by the measurment procedure. In this case, the normal distribution is not a suitable model for the distribution of measurement values. 2. Umfangreiche praktische Versuche haben bestätigt, dass bei Messprozessen, sowohl in der industriellen Fertigungsüberwachung als auch bei Kalibrierungen in Laboratorien, die Messwertstreuung bei Wiederholmessungen mit einem Streubereich von ±2sg, vollständig abgedeckt ist. Das gilt bei Annahme einer Normalverteilung. Treten Werte außerhalb dieses Bereichs auf, sind diese auf eine defekte Messeinrichtung oder auf unzulässig in die Messung mit einbezogene Trends zurückzuführen. 2. Large-scale studies of real-life processes have shown that in measuring processes, in industrial process control as well as in calibrations in laboratories ±2sg is the true spread of the measurement device for repeat measurements. This is valid if a normal distribution is assumed. If values occur outside this region, they must be attributed to a defect measuring device or trends improperly included in the measurement. Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Beurteilung des Ergebnisses: I. Fall: Cgk ≥ 1,33 Seite 23 von 107 Page 23 of 107 Evaluation of results: 1st case: Cgk ≥ 1.33 Das Messgerät ist fähig. The measurement device is capable. Der Fall sg = 0 ist zu begründen. Dieser Fall kann z.B. unter folgenden Bedingungen auftreten: a: Das Normal ist sehr gleichmäßig in seiner Merkmalsausprägung. b: Die Auflösung der Messeinrichtung reicht nicht aus, um die Einflüsse zu erkennen. c: Fehler in der Messeinrichtung (z.B. Messtaster klemmt). The case sg = 0 must be justified. This case can only occur for example under the following conditions: a: The measurement standard’s characteristic is very consistent. b: The resolution of the measurement device is not high enough to recognize the existing influences. c: Measuring device error (i.e. measuring finger jammed). II. Fall: Cgk < 1,33 2nd case: Cgk < 1.33 Das Messgerät ist nicht fähig. The measurement device is not capable. Die Messabweichung und/oder Messwertstreuung sind/ist durch geeignete Maßnahmen zu reduzieren, bis Cgk ≥ 1,33 erfüllt ist. The accuracy and/or measurement value deviation must be improved by suitable measures until Cgk ≥ 1.33 has been achieved. Ist der Cg-Wert größer 1,33 und wurde ein Gebrauchsnormal verwendet, so kann es sein, dass der richtige Wert xm des Normals nicht korrekt ermittelt wurde (z.B. unterschiedliche Messpunkte). Der richtige Wert xm ist zu überprüfen und gegebenenfalls anzupassen. If Cg is greater than 1.33 and a working standard has been used, then it may be possible that the true value xm of the standard was not determined correctly (e.g. different measuring positions). The true value xm should be checked and adjusted if necessary. Ist der Cg-Wert ebenfalls < 1,33, ist durch Einstellung keine ausreichende Verbesserung zu erzielen, da die Wiederholstandardabweichung der Messprozesses zu groß ist. Eventuell ist ein anderes Messverfahren notwendig. If the Cg-value is also < 1.33, then it won’t be possible to achieve a sufficient improvement by means of setup, since the repeatability-based standard deviation of the measurement process is too large. It may be necessary to consider a different measuring procedure. Ausnahmeregelungen bei kleinen Toleranzen1 müssen im Einzelfall getroffen werden (siehe hierzu auch Vorgehensweise „Nicht fähige Messsysteme“). For very small tolerances2 exceptions may be made on a case-by-case basis (see also “Noncapable measurement systems” procedure). Anmerkung: Durch Umstellen der Formel für Cgk mit Cgk ≥ 1,33 kann der kleinste Betrag der Toleranz errechnet werden, ab dem die Messeinrichtung nach Verfahren 1 geeignet ist. Remark: By setting Cgk ≥ 1.33 and solving the Cgk formula for T, it is possible to calculate the smallest permissible tolerance for which the measurement device will still be capable according to the criteria of the Type-1 Study. Tmin ≥ 4 ⋅ s g + Bi 0,1 = 40s g + 10Bi T≥ 4 ⋅ s g + Bi 0.1 = 40 ⋅ s g + 10Bi 1 "Kleine Toleranzen" ist ein subjektiver Begriff, der je nach 2 "Small tolerances" is a subjective term which must be inMessaufgabe unterschiedlich zu interpretieren ist. Das terpreted differently depending on the measuring task. This kann beispielsweise das Messen einer Welle in einem Tole- may possibly be the measuring of a shaft in a tolerance ranzbereich von 10µ in der Fertigung sein. range of 10µ in the production. Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability 6 Verfahren 2 Seite 24 von 107 Page 24 of 107 6 Type-2 Study Vorbemerkung Preliminary Note Beim Verfahren 2 wird der Bedienereinfluss ermittelt. Der Bedienereinfluss ist durch die Konstruktion der Messeinrichtung möglichst auszuschließen. Ist ein Bedienereinfluss bei einer Messeinrichtung gegeben, so muss dieser Einfluss untersucht werden. Ansonsten kann Verfahren 3 (keine Berücksichtigung des Bedienereinflusses) angewendet werden. Ein Bedienereinfluss ist nur dann ganz auszuschließen, wenn einschließlich der Beschickung der Messeinrichtung mit dem Messobjekt der Messprozess automatisiert abläuft. The Type-2 Study determines the appraiser influence. Wherever possible, the measurement device should be designed in such a way that all appraiser influence is eliminated. However, if a measurement device is subject to appraiser influence, then this influence must be investigated. In all other cases, a Type-3 Study (which does not consider appraiser influence) may be applied. It is only possible to exclude user influence entirely, if the measuring process is automated completely including loading the measuring object into the measuring device. Ziel des Verfahrens Objective Anhand des Kennwertes %R&R wird beurteilt, ob eine Messeinrichtung unter Berücksichtigung aller Einflussgrößen für die vorgesehene Messaufgabe geeignet ist. Zu den Einflussgrößen gehören z.B. Verschmutzung, Erschütterung, zeitlicher und örtlicher Temperaturgradient, Bediener, Messmethode, Messverfahren, Beschaffenheit des Messobjektes usw.. The index %R&R is used to assess whether a measurement device is suitable for the measuring task at hand, taking into account all the influences. As an example, among the influences are soiling, vibration, temperature gradients caused by time and location, operator, measuring method, measuring procedure, nature of the measuring object, etc.. Voraussetzung Precondition Das Verfahren 2 darf nur nach erfolgreichem Nachweis der Eignung aus Verfahren 1 durchgeführt werden. It is only allowed to carry out the type-2 study after successful capability proof using the type1 Study. Dokumentation Bei der Beurteilung ist zwischen neuem Meßsystem und System im Einsatz zu unterscheiden Datenerfassung: An 10 Meßobjekten ISTMaße mit 2 Prüfern und je 2 Meßreihen ermitteln - Teile-Nr., Bezeichnung - Merkmal, Toleranz - Prüfmittel, Prüfm.-Nr. - Auflösung - Normal, Ist-Maß - usw. Documentation For evaluation differentiate between new measurement system and system in use Recording data: measure actual value on 10 measuring objects with 2 operators and 2 trials each Berechnung von Wiederholpräzision, Vergleichspräzision und Gesamtstreuung neues Meßsystem %R&R ≤ 20% ja Version 2.1 D/E Calculate repeatability, reproducibility, and total variation Meßsystem im Einsatz new Measurement System %R&R ≤ 30% %R&R ≤ 20% nein Vorgehensweise "Nicht fähige Meßsysteme" Meßsystem fähig - Part No., Description - Characteristic, Tolerance - Gauge, Gauge No. - Resolution - Master, actual dimension - etc. ja yes Measurement System in use no Procedure "Not capable measurement system" %R&R ≤ 30% yes Measurement system capable Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 25 von 107 Page 25 of 107 Messung und Auswertung Measurement and Analysis 1. Schritt Festlegung der Anzahl von Prüfern (k ≥ 2), die Auswahl von 10 Messobjekten (n ≥ 5), die möglichst über den Toleranzbereich verteilt sind und die Anzahl der Messungen pro Prüfer (r ≥ 2). Dabei muss das Produkt k ⋅ r ⋅ n größer gleich 30 sein: k ⋅ r ⋅ n ≥ 30 . Step 1 Determine the number of appraisers (k ≥ 2), select 10 measuring objects (n ≥ 5), which to the extent possible should be spread across the entire tolerance range, and determine the number of measurements per appraiser (r ≥ 2). Note that the product k ⋅ r ⋅ n must be greater than 30, i.e. k ⋅ r ⋅ n ≥ 30 . Standardfall: 2 Prüfer, 10 Teile mit 2 Messreihen pro Prüfer. Standard case: 2 appraisers, 10 parts with 2 measurement series per appraiser. 2. Schritt Die Teile werden nummeriert. Um den Einfluss des Messobjekts, z.B. die Teilegeometrie, auszuschließen, wird die Messposition gekennzeichnet oder dokumentiert. Die Umgebungsbedingungen (z.B. Temperatur, Bediener, Schwingungen usw.) sind zu dokumentieren. Step 2 The parts are numbered. In order to eliminate the influence of the measuring object, i.e. part geometry, the measuring position is marked or documented. Record the environmental conditions (e.g. temperature, appraiser, vibrations, etc.). 3. Schritt Der erste Gerätebediener stellt die Messeinrichtung ein und ermittelt die Merkmalswerte der Messobjekte in der durch die Nummerierung vorgegebenen Reihenfolge und nach der gültigen Vorschrift unter Beachtung der Messposition. Die Messwerte werden dokumentiert. In derselben Reihenfolge und nach derselben Verfahrensweise ermittelt der erste Gerätebediener die Merkmalswerte der Messobjekte ein zweites Mal. Die Messergebnisse der zweiten Messung dürfen von den Ergebnissen der ersten Messung nicht beeinflusst werden. Während der Durchführung der Untersuchung sind Veränderungen an der Messeinrichtung nicht zulässig. Step 3 The first appraiser sets up the measurement device and measures the characteristics of the measuring objects in the sequence given by the numbering, following the appropriate instructions and adhering to the measuring position. The measured values are recorded. The first appraiser measures the measuring objects a second time in the same sequence, following the same procedure. The results of the second measurement run must not be affected by the results of the first run. During the study, adjustments of the measurement device are not permitted. Hinweis: Note: Die hier empfohlene Reihenfolge für den Messablauf kann oftmals aus praktischen Gegebenheiten nicht eingehalten werden. Um bestimmte Eigenschaften einer Messeinrichtung bzw. den Drift durch Temperatureinfluss erkennen zu können, ist es ebenfalls sinnvoll, eine andere Reihenfolge zu wählen. For practical reasons, it is often not possible to observe strictly the sequence for the measuring procedure recommended here. In order to be able to recognize certain characteristics of a measuring device or the drift caused by temperature influences, it may also be sensible to choose another sequence. Daher empfiehlt sich, die Reihenfolge des Messablaufs je nach Messaufgabe in Absprache zwischen Kunde und Lieferant individuell festzulegen und entsprechend zu dokumentieren. For this reason it is recommended to stipulate and document individually the sequence of the measuring procedure depending on the measuring task in an agreement between customer and supplier. Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 26 von 107 Page 26 of 107 4. Schritt Schritt 3 ist mit jedem weiteren Prüfer zu wiederholen. Die jeweiligen Messergebnisse sollten während der Durchführung der Messung den anderen Prüfern nicht bekannt sein. Step 4 Step 3 should be repeated with the other appraisers. The respective measuring results should not be available to the other appraisers during measuring. 5. Schritt Ermittlung der Spannweiten aus den Ergebnissen des ersten Prüfers pro Messobjekt. Step 5 Determine the ranges from the first appraiser’s results for each measuring object. 6. Schritt Berechnung des Mittelwertes der Einzelwerte des ersten Prüfers x1 und der mittleren Spannweite R1 aus den Messreihen des ersten Prüfers. Step 6 Calculate the average x1 of the individual results of the first appraiser and the average range R1 from the measurement series of the first appraiser. 7. Schritt Schritt 5 und 6 sind für jeden weiteren Prüfer zu wiederholen. Step 7 Repeat steps 5 and 6 for the other appraisers. 8. Schritt Berechnung der Wiederholbarkeit des Messsystems (EV) Step 8 Calculate the repeatability of the measurement system (EV) EV = K1 ⋅ R mit R Mittelwert der mittleren Spannweiten EV = K1 ⋅ R with R = average of the average ranges Hinweis: Note: The K1 values are given in the Appendix. Die K1-Faktoren sind dem Anhang zu entnehmen. 9. Schritt Berechnung der Vergleichbarkeit des Messsystems (AV) Step 9 Calculate the reproducibility of the measurement system (AV) xDiff = xmax − x min xDiff = xmax − x min AV = K 2 ⋅ xDiff AV = K 2 ⋅ xDiff Hinweis: Die K2-Faktoren sind dem Anhang zu entnehmen. Note: The K2 values are given in the Appendix. 10. Schritt Berechnung der Wiederhol- und Vergleichpräzision R&R Step 10 Calculate Repeatability and Reproducibility, R&R R & R = EV 2 + AV 2 R & R = EV 2 + AV 2 %R & R = R&R ⋅ 100% RF Version 2.1 D/E %R & R = R&R ⋅ 100% RF Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Beurteilung des Ergebnisses: I. Fall: %R&R ≤ 20% für neue Messsysteme Seite 27 von 107 Page 27 of 107 Evaluation of results: 1st case: nd %R&R ≤ 20% for new systems II. Fall: %R&R ≤ 30% für Messsysteme im Einsatz 2 Das Messsystem ist geeignet. The measurement device is capable. Tritt bei einem oder mehreren Prüfern der Fall R = 0 auf, so ist dies zu begründen. Dieser Fall kann z.B. nur unter folgenden Bedingungen auftreten: a: Das Messgerät ist sehr gleichmäßig in seiner Merkmalsausprägung. b: Die Auflösung der Messeinrichtung reicht nicht aus, um die Einflüsse zu erkennen. c: Fehler in der Messeinrichtung (z.B. Messtaster klemmt). If for one or several appraisers the case R = 0 occurs, then this has to be justified. This case can occur for example under the following conditions: a: The measurement device is very consistent in its characteristics. b: The resolution of the measurement device is not high enough to recognize the existing influences. c: Measuring device error (i.e. measuring finger jammed). III. Fall: %R&R > 20% bzw. 30% 3rd case: Das Messsystem ist nicht geeignet. The measurement system is not capable. Der Einfluss der Prüfer und/oder die Messstreuung sind durch geeignete Maßnahmen zu reduzieren, bis die Forderung erfüllt ist. Eventuell ist ein anderes Messverfahren oder eine bessere Schulung der Prüfer notwendig (siehe hierzu auch Vorgehensweise „Nicht fähige Messsysteme“). The influence of the appraiser and/or the measurement variability must be reduced through suitable measures until the requirement is met. It may be necessary to choose a different measuring procedure or to improve training of the operators (see also “Non-capable measurement systems” procedure). Ausnahmeregelungen bei kleinen Toleranzen1 müssen im Einzelfall getroffen werden (siehe hierzu auch Vorgehensweise „Nicht fähige Messsysteme“). For very small tolerances2 exceptions may be made on a case-by-case basis (see also “Noncapable measurement systems” procedure). Anmerkung: Remark: Durch Umstellung der Ungleichung %R&R ≤ 20% bzw. 30% kann die kleinste zulässige Betrag der Toleranzvorgabe errechnet werden, für die die Messeinrichtung nach Verfahren 2 eingesetzt werden kann. By rearranging the inequation %R & R ≤ 20% , it is possible to calculate the smallest permissible tolerance amount for which the measuring device can still be used according to the type-2 study. Tmin ≥ 5 ⋅ R & R bei neuen Messsystemen Tmin ≥ 5 ⋅ R & R for new measurement systems Tmin ≥ 10 ⋅ R & R bei Messsystemen im Einsatz 3 case: %R&R ≤ 30% for systems in use Tmin ≥ %R&R > 20% or 30% respectively 10 ⋅ R & R for measurement systems in use 3 1 "Kleine Toleranzen" ist ein subjektiver Begriff, der je nach 2 "Small tolerances" is a subjective term which must be inMessaufgabe unterschiedlich zu interpretieren ist. Das terpreted differently depending on the measuring task. This kann beispielsweise das Messen einer Welle in einem Tole- may possibly be the measuring of a shaft in a tolerance ranzbereich von 10µ in der Fertigung sein. range of 10µ in the production. Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability 7 Verfahren 3 Seite 28 von 107 Page 28 of 107 7 Type-3 Study Vorbemerkung Preliminary Note Das Verfahren 3 ist ein Sonderfall des Verfahrens 2 und wird bei Messsystemen angewendet, bei denen kein Bedienereinfluss vorliegt. (z.B. mechanisierte Messeinrichtung, Prüfautomaten, automatisches Handling usw.) bzw. der Bedienereinfluss vernachlässigbar klein ist. The Type-3 Study constitutes a special case of the Type-2 Study and is used for measurement systems which are not subject to appraiser influence (e.g. mechanized measuring device automatic gages, automatic handling etc.) or where the appraiser influence is negligible. Ziel des Verfahrens Objective Anhand des Kennwerts %EV wird beurteilt, ob eine Messeinrichtung unter Verwendung von Messobjekten (z.B. Produktionsteilen) unter Betriebsbedingungen und Berücksichtigung des möglichen Einflusses der zu messenden Produktionsteile (Oberflächeneinfluss, Verschmutzung, Temperatureinfluss etc.) für die vorgesehene Messaufgabe geeignet ist. The index %EV is used to assess whether a measurement device is suitable for the measuring task at hand, taking into account the operating conditions and any influences originating from the objects (i.e. production parts) to be measured (surface condition, soiling, effect of temperature etc.). This assessment is based on the measurement of production parts. Voraussetzung Precondition Das Verfahren 3 darf nur nach erfolgreichem Nachweis der Eignung aus Verfahren 1 durchgeführt werden. It is only allowed to carry out the type-3 study after successful capability proof using the type1 Study. Messung und Auswertung Measurement and Analysis 1. Schritt Auswahl von Messobjekten (n ≥ 5), die möglichst über die Toleranz verteilt sind und Festlegung der Anzahl Messungen pro Messobjekt (r ≥ 2). Dabei muss das Produkt n ⋅ r größer gleich 20 sein: n ⋅ r ≥ 20 . Step 1 Select measuring objects (n ≥ 5), which to the extent possible should be spread across the entire tolerance range, and determine the number of measurements per object (r ≥ 2). Note that the product n ⋅ r must be greater than 20, i.e. n ⋅ r ≥ 20 . Standardfall: 25 Teile mit 2 Messungen pro Messobjekt. 2. Schritt Die Teile werden nummeriert. Um den Einfluss des Messobjekts (z.B. der Teilegeometrie) auszuschließen, wird die Messposition gekennzeichnet oder zu dokumentieren. Die Einflussgrößen (z.B. Temperatur, Schwingung usw.) sind festzuhalten. 3. Schritt Der Gerätebediener stellt die Messeinrichtung ein und ermittelt die Messwerte der Messobjekte in der durch die Nummerierung vorgegebenen Reihenfolge und nach der gültigen Vorschrift unter Beachtung der Messposition. Die Messwerte werden dokumentiert. In derselben Reihenfolge und nach derselben Verfahrensweise ermittelt der Gerätebediener die Version 2.1 D/E Standard case: 25 parts with 2 measurements per object. Step 2 The parts are numbered. In order to eliminate the influence of the measuring object (i.e. part geometry), the measuring position is marked or documented. Record the sources of variation (e.g. temperature, vibration, etc.). Step 3 The operator sets up the measurement device and measures the measuring objects in the sequence given by the numbering, following the appropriate instructions and adhering to the measuring position. The measured values are recorded. The operator then measures the parts a second time in the same sequence, following the same procedure The results of the second Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Merkmalswerte der Teile ein zweites Mal. Die Messergebnisse der zweiten Messung dürfen von den Ergebnissen der ersten Messung nicht beeinflusst werden. Während der Durchführung der Untersuchung sind Veränderungen an der Messeinrichtung nicht zulässig. Seite 29 von 107 Page 29 of 107 the same procedure. The results of the second measurement run must not be affected by the results of the first run. During the study, adjustments of the measurement device are not permitted. Hinweis: Die hier empfohlene Reihenfolge für den Messablauf kann oftmals aus praktischen Gegebenheiten nicht eingehalten werden. Um bestimmte Eigenschaften einer Messeinrichtung bzw. den Drift durch Temperatureinfluss erkennen zu können, ist es ebenfalls sinnvoll, eine andere Reihenfolge zu wählen. Daher empfiehlt sich, die Reihenfolge des Messablaufs je nach Messaufgabe in Absprache zwischen Kunde und Lieferant individuell festzulegen und entsprechend zu dokumentieren. Note: For practical reasons, it is often not possible to observe strictly the sequence for the measuring procedure recommended here. In order to be able to recognize certain characteristics of a measuring device or the drift caused by temperature influences, it may also be sensible to choose another sequence. For this reason it is recommended to stipulate and document individually the sequence of the measuring procedure depending on the measuring task in an agreement between customer and supplier. 4. Schritt Ermittlung der Spannweite pro Messobjekt. Step 4 Determine the range for each measuring object. 5. Schritt Berechnung der mittleren Spannweite R aus den Ergebnissen der Messungen. Step 5 Calculate the average range R from the measurement results. 6. Schritt Berechnung der Wiederholbarkeit Messsystem (EV) Step 6 Calculate the repeatability of the measurement system (EV) R & R = EV = K1 ⋅ R R & R = EV = K1 ⋅ R mit R Mittelwert der Spannweiten with R average range Hinweis: Note: The K1 values are given in the Appendix. Die K1-Faktoren sind dem Anhang zu entnehmen. EV %R & R = %EV = ⋅ 100% RF Version 2.1 D/E %R & R = %EV = EV ⋅ 100% RF Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Beurteilung der Ergebnisse I. Fall: %R&R=%EV ≤ 20% für neue Messsysteme Seite 30 von 107 Page 30 of 107 Evaluation of Results 1st case: %R&R=%EV ≤ 20% for new systems II. Fall: %R&R=%EV ≤ 30% für Messsysteme im Einsatz 2nd case: %R&R=%EV ≤ 30% for system in use Das Messgerät ist geeignet. The measurement device is capable. Der Fall R = 0 ist zu begründen. Dieser Fall kann z.B. unter folgenden Bedingungen auftreten: a: Das Messgerät ist sehr gleichmäßig in seiner Merkmalsausprägung. b: Die Auflösung der Messeinrichtung reicht nicht aus, um die Einflüsse zu erkennen. c: Fehler in der Messeinrichtung (z.B. Messtaster klemmt). The case R = 0 has to be justified. This case can occur only under the following conditions: a: The measurement device is very consistent in its characteristics. b: The resolution of the measuring device is not sufficient to recognize the existing influences. c: Measuring device error (i.e. measuring finger jammed). III. Fall: %R&R=%EV > 20% bzw. 30% 3rd case: Das Messgerät ist nicht geeignet. The measurement device is not capable. Die Messstreuung ist zu reduzieren, bis die Forderung erfüllt ist (siehe hierzu auch Vorgehensweise „Nicht fähige Messsysteme“). The measurement variability must be reduced until the requirement is met (see also “Noncapable measurement systems” procedure). Ausnahmeregelungen bei kleinen Toleranzen1 müssen im Einzelfall getroffen werden (siehe hierzu auch Vorgehensweise „Nicht fähige Messsysteme“). For very small tolerances2 exceptions may be made on a case-by-case basis (see also “Noncapable measurement systems” procedure). Anmerkung: Durch Umstellung der Ungleichung %EV ≤ 20% bzw. 30% kann die kleinste zulässige Betrag der Toleranzvorgabe errechnet werden, für die die Messeinrichtung zur Messung nach Verfahren 3 eingesetzt werden kann: Remark: By rearranging the inequation %EV ≤ 20% or 30%, it is possible to calculate the smallest permissible tolerance amount for which the measuring device can still be used to measure production parts according to the type-3 study: T ≥ 5 ⋅ EV bei neuem Messsystem T ≥ 5 ⋅ EV for new measurement system T≥ 10 ⋅ EV bei Messsystem im Einsatz 3 T≥ %R&R=%EV > 20% or 30% 10 ⋅ EV for measurement system in use 3 1 "Kleine Toleranzen" ist ein subjektiver Begriff, der je nach 2 "Small tolerances" is a subjective term which must be inMessaufgabe unterschiedlich zu interpretieren ist. Das terpreted differently depending on the measuring task. This kann beispielsweise das Messen einer Welle in einem Tole- may possibly be the measuring of a shaft in a tolerance ranzbereich von 10µ in der Fertigung sein. range of 10µ in the production. Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability 8 Linearität / Untersuchung an den Spezifikationsgrenzen 8.1 Vorbemerkung Es sind folgende Situationen zu unterscheiden: • das Messsystem enthält eine lineare Maßverkörperung. Dies ist in Form eines Zertifikates bzw. Überprüfung nachzuweisen. In diesem Fall ist keine separate Linearitätsstudie erforderlich. Die Beurteilung des Messverfahrens nach Verfahren 1 ist ausreichend. • Das Messsystem enthält keine lineare Maßverkörperung. Aufgrund des vorhandenen Messverfahrens ist bekannt, dass die Maßverkörperung als nicht linear angesehen werden kann. Typische Beispiele sind induktive Taster, pneumatische Messungen etc. In diesem Fall wird zwischen zwei Vorgehensweisen unterschieden: - Untersuchung an den Grenzwerten des Toleranzbereiches (8.2) Linearitätsuntersuchungen (8.3 und 8.4) Bei einer reinen Absicherung der Spezifikationsgrenzen wird mit Hilfe eines min- und maxNormals in der Nähe der Spezifikationsgrenzen Verfahren 1 durchgeführt. Bei Tasterverknüpfungen werden mindestens drei Normale empfohlen. Bei einer Fähigkeits-/Linearitätsuntersuchung werden folgende Situationen unterschieden: • Ohne Normal: die Linearität wird gesondert nachgewiesen • Ein Normal plus weiterer Linearitätsnachweis • Drei Meister min / mittel / max • Mehr als 3 Meister: Regressionsbetrachtung Hinweis: Im konkreten Fall ist zwischen Kunde und Lieferant das jeweils zu verwendende Verfahren festzulegen. Version 2.1 D/E Seite 31 von 107 Page 31 of 107 8 Linearity / Study near the Specification Limits 8.1 Introduction The following situations must be distinguished: • The measurement system includes a linear reference standard. This should be proved by means of a certificate or testing. In this case, no separate linearity study is required. The Type-1 study alone is enough. • The measurement system does not include a linear reference standard. Based on the measuring procedure used it is known that the reference standard cannot be considered to be linear. Typical examples are induction probes, pneumatic measurements etc. In this case, two procedures are distinguished: - study near the limits of the tolerance range (8.2) linearity studies (8.3 and 8.4) For mere safeguarding of the specification limits, a Type-1 study is carried out close to the specification limits using min. and max. standards. For linked probes, at least three masters are recommended. In capability/linearity studies, three situations are distinguished: • without standard: linearity is demonstrated separately • one standard plus additional proof of linearity • three masters, min., mid., max. • more than three masters: regression analysis Note: The procedure to be used should be determined between customer and supplier for the actual case. Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability 8.2 Untersuchung an den Spezifikationsgrenzen Seite 32 von 107 Page 32 of 107 8.2 Study Near the Specification Limits Vorbemerkung Preliminary Note Verfügt die Messeinrichtung nicht über eine eingebaute lineare Maßverkörperung (Glasmaßstab o. ä.), ist nachfolgende Untersuchung zu empfehlen. If the measurement device does not include an in-built linear reference standard (glass scale or similar), the following study is recommended. Ziel der Untersuchung Objective Durch die mehrmalige Anwendung von Verfahren 1 wird festgestellt, ob eine Messeinrichtung über den gesamten Messbereich bzw. Anwendungsbereich den Anforderungen entspricht. To determine, by applying several Type-1 Studies in succession, if a measurement device meets the requirement over the whole measuring/application range. Als Minimalforderung gilt die Anwendung des Verfahrens 1. Hierzu sind zwei Normale nahe den Spezifikationsgrenzen (Grenzwerte des Toleranzbereichs) notwendig. The minimum requirement is the application of a Type-1. For this purpose two measurement standards close to the specification limits (tolerance range limits) are required. Hinweis: Note: Die Messung und Auswertung, sowie die Beurteilung der Ergebnisse ist mit der in Verfahren 1 beschriebenen Vorgehensweise identisch. Measurement and analysis, as well as the evaluation of results, is identical to the procedure described for the Type-1 study. Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability 8.3 Beurteilung der Linearität anhand von drei Normalen Seite 33 von 107 Page 33 of 107 8.3 Linearity study using three masters Die Linearitätsabweichung ist wie folgt zu ermitteln: The deviation from linearity should be determined as follows: Es werden n Messungen im unteren, im oberen und im mittleren Toleranzbereich des Merkmals mit Hilfe von Prüfnormalen durchgeführt (Standardfall ist n=10). Dabei ist x gu der Mittelwert über alle 10 Messungen im unteren, x go der Mittelwert über alle 10 Messungen im oberen Toleranzbereich und x g der Mittelwert über alle 10 Messungen im mittleren Toleranzbereich. Für x g können u.U. auch die Werte aus der Prüfmittelfähigkeitsuntersuchung Verfahren 1 verwendet werden. n measurements each are taken in the lower, center and upper part of the tolerance range (as a rule, n = 10), by measuring appropriate standards. Then x gl is the average of the 10 measurements taken at the lower end of the tolerance range, x gu is the average of the 10 measurements taken at the upper end of the tolerance range, and x g is the average of the 10 measurements taken in the center of the tolerance range. For x g it may be possible to use the values recorded in the course of the Type-1 study. xm, xmu und xmo sind die richtigen Werte des Prüfnormals im mittleren, unteren und oberen Toleranzbereich. Die untere Linearitätsabweichung berechnet sich nach Liu = 1 − x m − x mu ⋅ 100% x g − x gu und die obere Linearitätsabweichung Lio = 1 − x mo − x m ⋅ 100% x go − x g Beide Werte müssen folgende Bedingungen erfüllen: %Liu ,Lio ≤ [3% + (%U)] mit %U = U1 ⋅ 100% T und U1 = Kalibrierunsicherheit des Normals T = Toleranz %U = Kalibrierunsicherheit im Verhältnis zur Toleranz. Der Grenzwert für %U ist: %U ≤ 5% der Toleranz. Version 2.1 D/E xm, xml and xmu are the true values of the standards in the lower, middle and upper part of the tolerance range. The lower linearity deviation is calculated as follows: Liu = 1 − x m − x ml ⋅ 100% x g − x gl The upper linearity deviation is calculated as follows: Lio = 1 − x mu − x m ⋅ 100% x gu − x g Both values must fulfill the following requirements: %Lil , Liu ≤ [3% + (%U)] with %U = U1 ⋅ 100% T and U1 = calibration uncertainty of the standard T = tolerance %U = calibration uncertainty relative to the tolerance. The limit for %U is: %U ≤ 5% of the tolerance. Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability 8.4 Beurteilung der Linearität bei mehr als drei Normalen Zur Berechnung der Linearität, z.B. Klassierungen, werden die gleichen Werte herangezogen, wie beim R&R-Verfahren. Die richtigen Werte der N Teile, die für das R&R-Verfahren verwendet werden, müssen bekannt sein. Die Streuung dieser Referenzwerte sollte so weit wie möglich im Bereich der Bezugsgröße liegen (RF). Die Formeln zur Berechnung der Linearität gemäß [1] sind im Anhang zusammengefasst. Seite 34 von 107 Page 34 of 107 8.4 Linearity evaluation using more than three masters The Linearity analysis, i.e. classification, is conducted on the same data acquired during the R&R study. The true values of the five pieces used in the R&R study must be known. These reference values should have a spread which approximates the tolerance spread (RF). The formulae used for calculation of the linearity according to [1] are grouped in the appendix. Das Ergebnis ist die Kenngröße %Li, die zur Beurteilung der Linearität herangezogen wird. The result is the calculated value %Li which is used for linearity evaluation. Es gelten folgende Bedingungen: The following requirements apply: %Li ≤ 5% RF Messsystem ist geeignet. %Li ≤ 5% RF Measurement system is acceptable. 5% RF < %Li ≤ 10% RF Messsystem kann unter Berücksichtigung der Bedeutung der Messaufgabe, der Kosten des Messmittels, der Reparaturkosten usw. akzeptiert werden. 5% RF < %Li ≤ 10% RF May be acceptable depending upon importance of application, cost of gage, cost of repairs, etc. %Li > 10% RF Messsystem muss verbessert werden. Probleme sind festzustellen und zu korrigieren. %Li > 10% RF Measurement system needs improvement. Make every effort to identify the problems and have them corrected. Falls eine Linearitätsbeurteilung nicht gültig ist, ist die größte systematische Messabweichung (Bii) mit den oben aufgeführten Annahmebedingungen zu vergleichen und zu beurteilen. Version 2.1 D/E In the case where a linearity assessment is not valid, the largest bias (Bii) must be compared to the above acceptance criteria and reported. Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability 9 Messbeständigkeit / Stabilität Seite 35 von 107 Page 35 of 107 9 Stability Bei den vorher genannten Verfahren wird immer nur eine Kurzzeitbetrachtung vorgenommen. Daher ist die kontinuierliche Untersuchung der Messbeständigkeit zu empfehlen. All the procedures described above represent a short-term assessment of the measurement system. Hence an ongoing assessment of measurement stability is recommended. Für den Stabilitätsnachweis sind zunächst in kurzen Zeitabständen Überprüfungen vorzunehmen. Zur Ermittlung der Urwerte sind stabilisierte Erzeugnisteile und Normale/Einstellmeister zu verwenden. Basierend auf den Ergebnissen ist ein Intervall festzulegen, zu dem regelmäßig neue Überprüfungen stattfinden sollen. Initially, studies to demonstrate stability should be performed at short intervals. Production parts and standard/setting masters must be used for establishing the raw values. Based on the results, an appropriate interval for routine checks should be established. Die Beurteilung der Messbeständigkeit kann auf 2 Arten vorgenommen werden: There are two possible methods for assessing stability: • Es sind die Urwerte aufzuzeichnen und die Grenzwerte situationsbezogen festzulegen. Diese dürfen maximal ±10% der Toleranz bezogen auf den Ist-Wert des Normals/ Werkstücks betragen. • Individual measurements values are plotted and limits are established based on the specific situation at hand. These must not exceed ±10% of the tolerance relative to the actual value of the standard or work piece. • Die gemessenen Werte sind in Form einer Shewhart-Qualitätsregelkarte aufzuzeichnen. Hierbei gelten firmenspezifische Festlegungen. • The measurement values are plotted on a Shewhart control chart, following companyspecific control charting guidelines. Beispiel zur Messung und Auswertung Example: Measurement and Evaluation 1. Schritt Dokumentieren der Daten zu Messeinrichtung, Normal, Merkmal, Toleranz etc. Step 1 Record data on the measurement device, standard, characteristic, tolerance etc. 2. Schritt Eintragen der Grenzen der Messbeständigkeit in die Regelkarte für Urwerte (n = 1). Step 2 Plot stability limits on the control chart for individual values (n = 1). Fallbeispiel: OEG = x m + 2,576 ⋅ s g Example: UEG = x m − 2,576 ⋅ s g mit sg aus Verfahren 1 für 99% Hinweis: Falls der Abstand der natürlichen Eingriffsgrenzen einer Urwertkarte < 10% der Toleranz ist, können die Eingriffsgrenzen auf 10% der Toleranz festgelegt werden, um zu verhindern, dass die Auflösung des Messmittels der Grund für eine Verletzung der Eingriffsgrenze ist. Version 2.1 D/E UCL = LCL = x m + 2,576 ⋅ sg with sg from Type-1 x m − 2,576 ⋅ s g Study for 99% Note: If the distance between the natural control limits of an individuals chart < 10% of the tolerance, one can set the control limits to 10% of the tolerance in order to avoid spurious out-of-control indications due merely to the resolution of the measurement device. Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 36 von 107 Page 36 of 107 alternativ: OEG = x m + 0,1 ⋅ T UEG = x m − 0,1 ⋅ T alternatively: UCL = x m + 0.1 ⋅ T LCL = x m − 0.1 ⋅ T 3. Schritt Prüfintervall festlegen. Bei der Untersuchung sollte mindestens eine ganze Schicht erfasst und beurteilt werden. Step 3 Determine test interval. When carrying out the test one should at least cover and evaluate one whole shift. 4. Schritt Einstellen der Messeinrichtung mit Hilfe des Normals nach der gültigen Vorschrift. Step 4 Set up the measurement device using the standard, in accordance with the relevant instructions. 5. Schritt Ausführung von Einzelmessungen am Normal und/oder Werkstück in festgelegten Prüfintervallen nach der gültigen Vorschrift. Während der Messbeständigkeitsprüfung darf nicht nachgestellt werden. Step 5 At regular intervals corresponding to the test interval determined, take individual measurements of the measurement standard and/or work piece, following the appropriate instructions. No adjustments may be made in the course of the stability test. 6. Schritt Die Messergebnisse werden in die Urwertekarte eingetragen. Step 6 Plot the measurement results on an individuals control chart. Beurteilung und Maßnahmen bei der Messbeständigkeitsprüfung Interpretation and Actions Based on Stability Testing I. Fall: Die Messwerte liegen innerhalb der vorgegebenen Eingriffsgrenzen: Es reicht aus, die Messeinrichtung in festgelegten Intervallen, zum Beispiel, jeweils am Arbeitsbeginn einzustellen. Case I: The measured values lie within the predefined control limits: All that need be done is to set up the measurement device at regular intervals, such as at the beginning of each shift. II. Fall: Es treten Über- oder Unterschreitungen der vorgegebenen Eingriffsgrenzen aufgrund eines Trends auf: Das Intervall ist so zu verkürzen, dass die Messwerte innerhalb der Grenzen verbleiben. III. Fall: Es finden Über- und Unterschreitungen der vorgegebenen Grenzen ohne Trend statt, so dass bei der Messeinrichtung keine stabile Phase erkennbar ist. Das bedeutet, dass die Messeinrichtung ungeeignet ist. Es sind Verbesserungen einzuleiten (siehe hierzu auch Vorgehensweise „Nicht fähige Messsysteme"). Version 2.1 D/E Case II: There are values above and/or below the predefined control limits, due to a trend in the data: The interval must be shortened such that the measured values remain within the defined limits. Case III: There are values above and/or below the predefined control limits, but there is no trend, only a general and persistent lack of stability: This means that the measurement device is not suitable. Appropriate improvements must be initiated (see also “Non-capable measurement systems” procedure). Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 37 von 107 Page 37 of 107 10 Vorgehensweise „Nicht fähige Messsysteme“ 10 “Non-capable Measurement Systems” Procedure Ist ein Messsystem gemäß den vorausgegangenen Verfahren nicht fähig, empfiehlt sich folgende Vorgehensweise: If one of the preceding capability studies shows that a measurement system is not capable, the following procedure is recommended: Meßsystem nicht fähig Meßsystemfreigabe ja ja ja Meßsystem verbessern Beschaffung genaueres Meßsystem Toleranz-, Prozeßbetrachtung Sonderregelung (befristet) Measurement system not capable Approve system yes 1. Schritt yes 2. Schritt yes 3. Schritt 4. Schritt Improve system Procure more accurate system 1st Step 2nd Step Tolerance or process study 3rd Step Special permit (limited time) 4th Step 1. Schritt: Messsystem überprüfen, verbessern 1st Step: Check, improve measurement system • Messeinrichtung, Einstellnormale - Mess-, Spann-, Niederhaltekräfte - Messorte, Definition Messstellen - Aufnahmen, Fluchtung Prüfling, Messtaster - Antastelemente; Güte Einstellnormal(e) - Führungen, Reibung, Verschleiß, - Positionierung, Verkippung Prüfling - Messablauf; Warmlaufphase, ... • Measuring equipment, standards - Measuring, clamping, holding forces - Measuring locations, definition of positions - Receptacles, subject alignment, probes - Styluses; quality of standard(s) - Guides, friction, wear - Positioning, subject tilting - Measuring steps, warm-up stage, ... • Messverfahren, -strategie - Bezugselement, Basis für Aufnahme - Messgeschwindigkeit, Einschwingzeiten - Mehrpunktmessungen bzw. Scannen anstatt Einzelmesswert, ... - Mittelwert aus Wiederholungsmessungen - Messtechnik-, Statistik-Software - Kalibrierkette, Einstellverfahren, ... (z.B. vor jeder Messung neu einstellen) • Measuring procedure, strategy - Reference element, measurement baseline - Measurement speed, settling times - Multi-point measurements or scanning instead of individual measurements, ... - Average of repeat measurements - Metrology/statistics software - Calibration chain, set-up procedure, ... (e.g. set-up prior to each measurement) • Umgebungsbedingungen - Erschütterungen, Schwingungen - Staub, Ölnebel, Zugluft, Feuchtigkeit - Temperaturschwankungen - Elektrische Störungen, Spannungsspitzen - Energieschwankungen (Luft, Strom,..) • Environmental conditions - Impacts, vibration - Dust, oil mist, draft, humidity - Temperature fluctuations - Electrical interference, voltage spikes - Energy fluctuations (air, current,..) • Prüfling - Sauberkeit, Waschrückstände - Oberflächenbeschaffenheit, Grate - Formfehler, Bezugsbasis - Materialeigenschaften - Temperaturkoeffizient, ... • Subject - Cleanness, wash residues - Surface finish, burrs - Non-conforming shape, reference point - Material properties - Temperature coefficient, ... Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability • Bediener - Eingewiesen, geschult - Sorgfalt, Handhabung - Sauberkeit, (Hautreste, Handfett,...) - Wärmeübertragung, ... Seite 38 von 107 Page 38 of 107 • Operator - Training - Care, handling - Cleanliness (skin flakes, hand cream,...) - Heat transmission, ... 2. Schritt: Genaueres Messsystem beschaffen 2nd Step: Procure more accurate measurement system Mögliche Maßnahmen : Possible actions : • Auflösung < 5% • Resolution < 5% • Lineare Systeme einsetzen • Use linear systems • Absolut messende Systeme bevorzugen (digital inkremental anstatt analog induktiv) • • Robuste Messeinrichtung (Lagerungen, Führungen, Messhebel, Übertragungselemente,...) Absolute measuring systems to be preferred (digital/incremental rather than analog/inductive) • • Bedienerunabhängige Messeinrichtung Robust measuring equipment (bearings, guide rails, measuring levers, transmission elements,...) • Neue (berührungslose) Messverfahren, ... • Operator-independent equipment • New (no-contact) measuring procedures, ... 3. Schritt: Merkmals-, Toleranz-, Prozessbetrachtung 3rd Step: Characteristic, tolerance or process study Mögliche Maßnahmen : Possible Actions : • Merkmal auf Funktionsabhängigkeit überprüfen (ggf. neues Merkmal definieren z.B. Dichtheit anstelle Rundheit) • Check characteristic’s relationship to function (re-define where appropriate, e.g. tightness instead of roundness) • 100% verlesen mit reduzierten Toleranzen • 100% inspection with reduced tolerances • Messsystemstreuung von Toleranz abziehen • Deduct gage variation from tolerance • Consider effects on process control and process capability • Adjust tolerance (statistical tolerancing; compare tolerance and process spread; honesty about tolerances!) – agreements between manufacturing engineering, production, quality assurance, product engineering, customer • • Auswirkungen auf Prozessregelung und Prozessfähigkeit berücksichtigen Toleranz anpassen (statistische Tolerierung; Toleranz und Prozessstreuung gegenüberstellen; Toleranzehrlichkeit!) – Abstimmung mit Fertigungsplanung, Produktion, Qualitätssicherung, Entwicklung, Kunde 4. Schritt: Sonderregelung • Zusätzliche Absicherung (z.B. Stabilitätsüberwachung, zusätzlicher Regelkreis, genaueres Messmittel im Feinmessraum, Funktionsabsicherung, -überprüfung) Version 2.1 D/E 4th Step: Special Operating Permit • Additional safeguards (e.g. stability checks, additional control loop, more accurate gage in precision gage room, assurance or checking of function) Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 39 von 107 Page 39 of 107 • Zeitlich befristete Sonderregelung treffen – Abstimmung mit Messtechnikexperten, Fertigungsplanung, Produktion, Qualitätssicherung, Entwicklung, Kunde • Issue special, time-limited operating permit – agreement with metrology experts, manufacturing engineering, production, quality assurance, product engineering, customer • Regelung z.B. jährlich neu bewerten gemäß Schritt 1 bis 4 und ggf. Regelung überarbeiten bzw. für weitere Zeitspanne bestätigen • Re-assess decision e.g. on an annual basis, according to steps 1 to 4, revise decision or re-confirm for another term as appropriate Anmerkung: Remark: Es ist zu beachten, dass nicht immer die Messeinrichtung der Verursacher eines nicht geeigneten Messprozesses ist. Oftmals sind die Urheber die Umgebung und die Messstrategie. It must be taken into regard that the measuring system is not always the cause for a non capable measuring process. Frequently, environment and measuring strategy are responsible. Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 40 von 107 Page 40 of 107 11 Sonderfälle 11 Special Cases Nicht alle Messsysteme bzw. Problemstellungen können mit der hier beschriebenen Vorgehensweise beurteilt werden. Diese können sein: Not all measurement systems or situations may be evaluated using the procedure described here. Here are some examples: • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • attributive Prüfung kleine Toleranz1 automatische Beladung einseitig begrenzte Merkmale Vergleich von Messgeräten ohne Einstellmeister unterschiedliche Form des Masters kein stabiles Normal Härteprüfung Oberflächenmessung optische Kompensatoren Drei-Koordinaten-Messgeräte Lecktester Fließmessungen chemische Analysen Wuchtmaschinen dynamische Messung Formtest Kältetest Hitzetest Drehmoment, Winkel Klassier-, Zupaarungsvorgänge Partikelzählung, Kontaminationszahl Vollständigkeitskontrolle mit BV-Systemen Zerstörende Prüfungen Farbmesssysteme Durchflußmesssysteme Kraftmesssysteme, Federprüfgeräte (Hystereseprobleme) Drehmomenteinstell- und Messsysteme Schichtdicke, Wirbelstromprüfgeräte Formprüfgeräte bei kleinen Geometrien Lasermesssysteme (naturkonstante stabilisierte Wellenlänge) Überwachung, Kontrolle Wandlerkarten (z.B.: A/D,....) In einem separaten Dokument soll für diese Sonderfälle Hilfestellung in Form von Empfehlungen und einem Fallbeispiel für die Beurteilung gegeben werden. • • • • • attribute test small tolerances2 Automatic loading Unilateral tolerances Comparison of several gages Without standard Different shape of master No stable standard Hardness testers Surface texture gauges Optical gaging Coordinate measuring machines Leak testers Flow testers Chemical analyses Balancing machines Dynamic measurement Precision Form Measurement Machines Cold Test Hot Test Torque, angles Classification, allocation processes Particle counts, contamination number Completeness check using imaging systems Destructive testing Color measurement systems Flow meters Force measurements, spring testing (hysteresis problems) Torque setting and measuring systems Coating thickness, eddy current testing Shape testers for small-scale geometries Laser measurement systems (naturally constant stabilized wavelength) Monitoring, control of converter cards (e.g. A/D, ...) A separate document will provide help on how to deal with these special cases, including recommendations and a case study illustrating the evaluation process. 1 "Kleine Toleranzen" ist ein subjektiver Begriff, der je nach 2 "Small tolerances" is a subjective term which must be inMessaufgabe unterschiedlich zu interpretieren ist. Das terpreted differently depending on the measuring task. This kann beispielsweise das Messen einer Welle in einem Tole- may possibly be the measuring of a shaft in a tolerance ranzbereich von 10µ in der Fertigung sein. range of 10µ in the production. Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 41 von 107 Page 41 of 107 12 Literatur 12 Literature [1] A.I.A.G; Chrysler Corporation, Ford Motor Company, General Motors Corp. Measurement Systems Analysis. Michigan, 1995. [1] A.I.A.G; Chrysler Corporation, Ford Motor Company, General Motors Corp. Measurement Systems Analysis. Michigan, 1995. [2] A.I.A.G; Chrysler Corporation, Ford Motor Company, General Motors Corp. Forderungen an QualitätsmanagementSysteme – QS-9000. 3. Auflage, 1998. [2] A.I.A.G; Chrysler Corporation, Ford Motor Company, General Motors Corp. Quality System Requirements – QS-9000. 3rd edition, 1998. [3] DGQ Deutsche Gesellschaft für Qualität e.V. DGQ Band 13-61: Prüfmittelmanagement. Beuth Verlag, Frankfurt, 1998. [3] DGQ Deutsche Gesellschaft für Qualität e.V. DGQ Band 13-61: Prümittelmanagement. Beuth Verlag, Frankfurt, 1998 [4] Dietrich, E. / Schulze, A. Statistische Verfahren zur Maschinenund Prozessqualifikation 3., überarbeitete Auflage. Carl Hanser Verlag, München, 1998. [4] Dietrich, E. / Schulze, A. Statistical Procedures for Machine and Process Qualification ASQC Quality Press, Milwaukee, 1999. [5] Dietrich, E. / Schulze, A. Richtlinien zur Beurteilung von Messsystemen und Prozessen, Abnahme von Fertigungseinrichtungen. Carl Hanser Verlag, München, 1998. [5] Dietrich, E. / Schulze, A. Guidelines for the Evaluation of Measurement Systems and Processes, Acceptance of Production Facilities. Carl Hanser Verlag, München, 1998. [6] DIN – Deutsches Institut für Normung DIN EN ISO 10012 – Forderungen an die Qualitätssicherung von Messmitteln. Beuth Verlag, Berlin, 1992. [6] ISO – International Organization for Standardization DIN ISO 10012 – Quality Assurance Requirements for Measuring Equipment. [7] DIN EN ISO 14253-1 Geometrische Produktspezifikation (GPS) – Prüfung von Werkstücken und Messgeräten durch Messungen – Teil 1: Entscheidungsregeln für die Feststellung von Übereinstimmung oder NichtÜbereinstimmung mit Spezifikationen. März 1999. [7] DIN ISO 14253-1 Geometrical Product Specifications (GPS) - Inspection by measurement of workpieces and measuring equipment - Part 1: Decision rules for proving conformance or non-conformance with specifications. 1998. [8] DIN – Deutsches Institut für Normung Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit bei Messen (GUM) – DIN V ENV 13005. Beuth Verlag, Berlin, 1999. [8] ISO – International Organization for Standardization Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM). Beuth Verlag, Berlin, 1999. [9] DIN – Deutsches Institut für Normung DIN ISO 9000ff: Qualitätsmanagementund Qualitätssicherungsnormen. Beuth Verlag, Berlin, 1994. [9] ISO – International Organization for Standardization DIN EN ISO 9000ff: Quality Management and Quality Assurance Standards. Beuth Verlag, Berlin, 1994. Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 42 von 107 Page 42 of 107 [10] DIN – Deutsches Institut für Normung Internationales Wörterbuch der Metrologie. Beuth Verlag, Berlin, 1994. [10] DIN – Deutsches Institut für Normung International Vocabulary of basic and general terms in metrology. Beuth Verlag, Berlin, 1994. [11] Ford Motor Co.: EU 1880 Richtlinie für die Fähigkeit von Messsystemen und Messmitteln. Köln, Oktober 1997. [11] Ford Motor Co.: PTG02-188MT Guideline for Measurement System and Equipment Capability. Köln, October 1997. [12] General Motors Corp. GMPT Specification MS 1 Abnahme von Messsystemen. Adam Opel AG Rüsselsheim, Oktober 1998. [12] General Motors Corp. GMPT Specification MS 1 Evaluation of Measurement Systems. GMPT Headquarters Pontiac, Michigan, October 1998. [13] Robert Bosch GmbH Schriftenreihe Qualitätssicherung in der Bosch-Gruppe Nr. 10. Technische Statistik, Fähigkeit von Messeinrichtungen. Stuttgart, 1990. [13] Robert Bosch GmbH Schriftenreihe Qualitätssicherung in der Bosch-Gruppe Nr. 10. Technische Statistik, Fähigkeit von Messeinrichtungen. Stuttgart, 1990. [14] VDA – Verband der Automobilindustrie VDA Schrift 6 Teil 1, QM-Systemaudit. 4., vollständig überarbeitete Auflage VDA, Frankfurt 1998. [14] VDA – Verband der Automobilindustrie VDA Schrift 6 Teil 1, QM-Systemaudit. 3., vollständig überarbeitete Auflage VDA, Frankfurt 1996. [15] Volkswagen AG – Audi AG VW 101 18-2 – Prüfmittelfähigkeit. Oktober 1998. [15] Volkswagen AG – Audi AG VW 101 18-2 – Prüfmittelfähigkeit. October, 1998. Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 43 von 107 Page 43 of 107 13 Anhang 13 Appendix 13.1 Abkürzungen 13.1 Abbreviations ANOVA (Varianzanalyse) Analysis of Variance ANOVA Analysis of Variance ARM Mittelwert-Spannweiten-Methode (Average Range Method) ARM Average Range Method AV Vergleichpräzision (Reproducibility / Appraiser Variation) AV Reproducibility / Appraiser Variation %AV Vergleichpräzision (Reproducibility / Appraiser Variation) in % bezogen auf die Bezugsgröße (RF) %AV Reproducibility / Appraiser Variation in % relative to the reference figure RF Bi Systematische Messabweichung Bi Bias = x g − x m %Bi Bias in % relative to the reference figure RF = xg − xm %Bi Systematische Messabweichung (Bias) in % bezogen auf die Bezugsgröße (RF) The bias is often termed accuracy. However, in ISO 10012 the term “Accuracy” is defined as a qualitative term. For this reason, the difference between the observed average x g and the “real value” xm is termed bias in this guideline. Die systematische Messabweichung wird häufig als Genauigkeit bezeichnet. In der ISO 10012 ist aber der Begriff “Genauigkeit” als qualitativer Begriff definiert. Daher wird in dieser Richtlinie die Differenz zwischen dem beobachteten Mittelwert x g und dem “wahren Wert” xm mit systematischer Messabweichung bezeichnet. Cg Potential Messsystem (gage potential index) Cg gage potential index Cgk Fähigkeitsindex Messsystem (gage capability index) Verfahren 1 Cgk gage capability index – Type-1 study EV Wiederholpräzision (Repeatability – Equipment Variation) Messsystem EV Repeatability – Equipment Variation measurement system %EV Wiederholpräzision (Repeatability – Equipment Variation) Messsystem in % bezogen auf die Bezugsgröße (RF) %EV Repeatability – Equipment Variation measurement system in % relative to the reference figure RF k Anzahl der Prüfer (operators) k number of operators K1, K2 Faktoren, die von der Anzahl der Prüfer, Wiederholungen und Teile abhängt K1, K2 Factors depending on the number of operators, repetitions, and parts Li Linearität (Linearity) Li Linearity Liun, Liob Linearität für min. bzw. max. Meister Lilo, Liup Linearity for min. or max. master %Li Linearität (Linearity) in % bezogen auf die Bezugsgröße (RF) %Li Linearity in % relative to the reference figure RF n Anzahl der Teile (number of parts) n number of parts OEG Obere Eingriffsgrenze UCL Upper Control Limit OSG Obere Spezifikationsgrenze USL Upper Specification Limit r Anzahl der Messwertreihen pro Prüfer r Number of trials per operator R R Mittelwert der mittleren Spannweiten mittlere Spannweite Version 2.1 D/E R R average of the average ranges average range Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 44 von 107 Page 44 of 107 R&R Wiederhol- und Vergleichpräzision, Repeatability & Reproducibility R&R Repeatability & Reproducibility %R&R Wiederhol- und Vergleichpräzision (Repeatability & Reproducibility) in % bezogen auf die Bezugsgröße (RF) %R&R Repeatability & Reproducibility in % relative to the reference figure (RF) RE Auflösung (Resolution) des Messsystems RE Resolution of the measurement system %RE Auflösung (Resolution) des Messsystems in % %RE Resolution of the measurement system in % RF Bezugsgröße (Reference Figure), z.B. Prozeßtoleranz, Prozeßstreuung, Toleranz, Klassentoleranz RF Reference Figure, i.e. process tolerance, process variation, tolerance, class tolerance sg Standardabweichung einer, mit einem Messsystem am Normal erfaßten, Messreihe sg Standard deviation of a measurement series collected from the master using a gage T Toleranz T tolerance U Unsicherheit U Uncertainty %U Unsicherheit in % bezogen auf die Bezugsgröße (RF) %U Uncertainty in % relative to the reference figure RF UEG Untere Eingriffsgrenze LCL Lower Control Limit USG Untere Spezifikations Grenze LSL Lower Specification Limit xDiff max. Differenz zwischen den Mittelwerten mehrerer Messwertreihen (von x ) x Diff max. difference between the averages of several measurement series (of x ) xg Mittelwert einer, mit einem Messsystem am Normal erfaßten, Messwertreihe xg average value of a measurement series collected from the master using a gage x gu unterer Mittelwert einer, mit einem Messsystem am Normal erfaßten, Messwertreihe x gl lower average value of a measurement series collected from the master using a gage x go oberer Mittelwert einer, mit einem Messsystem am Normal erfaßten, Messwertreihe x gu upper average value of a measurement series collected from the master using a gage xi Einzelwerte einer Messwertreihe xi individual values of a measurement series xm Referenzwert (master) (von Normal) entspricht “richtiger” bzw. “wahrer” Wert xm Reference value (master) equals “true” or “real” value xmu, xmo Referenzwert des min. bzw. max. Normals xml, xmu Reference value of the min. or max. master x-Karte Einzelwertkarte x chart individuals chart Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability 13.2 Formeln xg = 1 n å xi n i =1 1 n (x i − x g )2 å n − 1 i =1 sg = Seite 45 von 107 Page 45 of 107 13.2 Formulae xg = 1 n å xi n i =1 1 n (x i − x g )2 å n − 1 i =1 sg = R = x max − x min R = x max − x min Bi = x g − x m Bi = x g − x m %Bi = Cg = Bi ⋅ 100% T 0,2 ⋅ T 4 ⋅ sg Cgk = 0,1⋅ T − Bi 2 ⋅ sg EV = K1 ⋅ R %EV = EV ⋅ 100% T AV ⋅ 100% T R & R = EV 2 + AV 2 %R & R = Cg = Bi ⋅ 100% T 0,2 ⋅ T 4 ⋅ sg Cgk = 0,1⋅ T − Bi 2 ⋅ sg EV = K1 ⋅ R AV = K 2 ⋅ xDiff % AV = %Bi = R&R ⋅ 100% RF Version 2.1 D/E %EV = EV ⋅ 100% T AV = K 2 ⋅ xDiff % AV = AV ⋅ 100% T R & R = EV 2 + AV 2 %R & R = R&R ⋅ 100% RF Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 46 von 107 Page 46 of 107 13.3 Formeln zur Berechnung der Linearität k ⋅r Anzahl Messungen pro Teil Mittelwert der Messwerte Teil i Referenzwert Teil i 1 k ⋅r yi = å y ij k ⋅r j (x m ) i Bii = yi − (x m ) i Abweichung in Teil i 13.3 Formulae for Linearity Calculation No. of measurements per part k ⋅r Average of measurements part i yi = Reference value part i (x m ) i Deviation part i Bii = yi − (x m ) i Average of deviations Bi = Average of reference values xm = Sum of Reference values squares Q x 2 = å (x m )j Square sum æ ö QBi = çç å Bi j ÷÷ è j ø Sum of squares deviations QBi 2 = å Bi j Square sum deviations æ ö QBi = çç å Bi j ÷÷ 2 è j ø N 1 å Bi j N j Mittelwert der Abweichungen Bi = Mittelwert der Referenzwerte xm = Summe der Quadrate Referenzwerte Q x 2 = å (x m )j Quadrat der Summe æ ö QBi = çç å Bi j ÷÷ è j ø Summe der Quadrate Abweichungen QBi 2 = å Bi j Quadrat der Summe Abweichungen æ ö QBi = çç å Bi j ÷÷ 2 è j ø 1 N å (x m ) j N j N 2 j N N 1 N å Bi j N j 1 N å (x m ) j N j N 2 j 2 2 1 k ⋅r å y ij k ⋅r j N N j 2 2 j N N Vorgehensweise: Procedure: Man berechnet die Regressionsgerade aus Messfehler gegen die bekannten Werte y=ax+b für die Punkte The regression plot of measurement error versus the known values y=ax+b is calculated for the points ((x m ) i, Bi i ), i = 1KN ((x m ) i, Bi i ), i = 1KN Die Parameter a und b ergeben sich aus Parameters a and b result from å ((x ) − x ) (Bi − Bi) N m a= i m i i N N m . a= å ((x ) − x ) 2 m i å ((x ) − x ) (Bi − Bi) m i m N . å ((x ) − x ) 2 m i i i i m i b = Bi − a ⋅ x m b = Bi − a ⋅ x m Der Korrelationskoeffizient R2 berechnet sich aus The correlation coefficient R2 results from 2 2 æ N ö ç å ((x m ) i Bi i ) − N ⋅ x m ⋅ Bi ÷ i ø R2 = è (Q x 2 − N1 Q xm ) (QBi2 − N1 QBi ) æ N ö ç å ((x m ) i Bi i ) − N ⋅ x m ⋅ Bi ÷ i ø R2 = è (Q x 2 − N1 Q xm ) (QBi2 − N1 QBi ) Zwei Bedingungen müssen für eine sinnvolle Linearitätsuntersuchung eingehalten werden: In order for a sensible linearity study to be made, two conditions must be met: Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 47 von 107 Page 47 of 107 1. Die Streuung von N Stichproben muss ≥ 50% RF sein. 2. Der Korrelationskoeffizient R2 muss ≥ 0.95 sein. 1. Variation of N samples must be ≥ 50% RF. Falls diese beiden Bedingungen erfüllt werden, kann anhand der Steigung der Regressionsgeraden (a) auf die Linearität geschlossen werden. If both these conditions are met, conclusions may be drawn on the linearity using the slope of the regression plot (a). Die dazu herangezogenen Kenngrößen berechnen sich aus: Li = a ⋅ RF %Li = 100 ⋅ a% The values used for this purpose are: Li = a ⋅ RF %Li = 100 ⋅ a% Das Ergebnis ist die Kenngröße %Li, die zur Beurteilung der Linearität herangezogen wird. The result is the calculated value %Li which is used for linearity evaluation. Version 2.1 D/E 2. Correlation coefficient R2 must be ≥ 0.95. Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 48 von 107 Page 48 of 107 13.4 ANOVA 13.4 ANOVA 13.4.1 ANOVA für Verfahren 2 13.4.1 ANOVA for Type-2 study P Prüfer messen mit einem Messmittel T Teile jeweils mit W Wiederholungen. P operators use a gage to measure T parts with W repetitions each. Es wird davon ausgegangen, dass sich jeder Messwert additiv zusammensetzt aus dem Gesamtmittelwert der Messwerte, dem Einfluss von Prüfer, dem Einfluss des Teils, dem Einfluss des Zusammentreffens von Prüfer und Teil (Wechselwirkungseinfluss) sowie der Restabweichung (Einfluss des Messmittels), also It is assumed that every measurement value is composed from the total average of the measurement values, operator influence, part influence, the influence of interactions between operator and part, as well as residual deviation (gage influence), i.e. Messwert von Prüfer an Teil in Wiederholung = Gesamtmittelwert + Einfluss vom Prüfer + Einfluss vom Teil + Einfluss von (Prüfer misst Teil) + Restabweichung. measurement value by operator on part in repetition = Total average + Operator influence + Part influence + Influence of (operator measures part) + Residual deviation. Um die Einflüsse getrennt beurteilen zu können, zerlegt man zunächst die Summe der quadratischen Abweichungen über alle Messwerte in Teilsummen und berechnet daraus dann die Varianzen. In order to be able to evaluate the influences separately, first of all the sum of the square deviations over all measurement values is divided into partial sums and from these the variances are calculated. Zur Berechnung: For calculation: Der Mittelwert von „Prüfer p misst Teil t“ über die Wiederholungen : Xpt• Der Mittelwert über die Messwerte von Prüfer p : Xp•• Der Mittelwert über die Messwerte von Teil t : X•t• Der Gesamtmittelwert : X••• The average of „Operator p measures part t“ over the repetitions : Xpt• Average over the measurements of operator p : Xp•• Average over the measurements of part t : X•t• The total average : X••• Summe der quadratischen Abweichungen zwischen den p Prüfern: Sum of square deviations between the p operators: 2 2 2 2 ΣP := tw [( X1•• - X••• ) + ( X2•• - X••• ) + ( X3•• 2 2 X••• ) . . . ( Xp•• - X••• ) ] ΣP := tw [( X1•• - X••• ) + ( X2•• - X••• ) + ( X3•• 2 2 X••• ) . . . ( Xp•• - X••• ) ] mit Freiheitsgrad f IV := p - 1; with degree of freedom f IV := p - 1; Summe der quadratischen Abweichungen zwischen den t Teilen: Sum of square deviations between the t parts: 2 2 2 2 ΣT := pw [( X•1• - X••• ) + ( X•2• - X••• ) + ( X•3• 2 2 - X••• ) . . . ( X•t• - X••• ) ] ΣT := pw [( X•1• - X••• ) + ( X•2• - X••• ) + ( X•3• 2 2 - X••• ) . . . ( X•t• - X••• ) ] mit Freiheitsgrad f III := t - 1; with degree of freedom f III := t - 1; Summe der quadratischen Abweichungen durch die Wechselwirkung (p misst t): Sum of square deviations through interaction (p measures t): ΣPT :=w å i =1..p å j =1.. t ( X i j• - X i•• - X• j• - X••• ) mit Freiheitsgrad f II := (p - 1)( t - 1); Version 2.1 D/E 2 ΣPT :=w å i =1..p å j =1.. t ( X i j• - X i•• - X• j• - X••• ) 2 with degree of freedom f II := (p - 1)( t - 1); Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 49 von 107 Page 49 of 107 Summe der quadratischen Abweichungen innerhalb der Wiederholungen von Prüfer p misst Teil t: ΣE := å i =1..p å j =1.. t å k =1.. w ( X i j k - X i j• ) Sum of square deviations within repetitions of operator p measures part t: 2 ΣE := å i =1..p å j =1.. t å k =1.. w ( X i j k - X i j• ) 2 mit Freiheitsgrad f I := pt (w - 1); with degree of freedom f I := pt (w - 1); Die Summe der quadratischen Abweichungen über alle Messwerte ist dann ΣP + ΣT + ΣPT + ΣE. The sum of square deviations over all measurement values is thus ΣP + ΣT + ΣPT + ΣE. Für die Messmittelanalyse werden folgende Varianzen berechnet: The following variances are calculated for measurement system analysis: Hierbei wird unterschieden, ob der Einfluss der Wechselwirkung signifikant ist oder nicht. ( F-Test, Prüfwert s²PT/ s²E, krit. Wert FfII, fI,1 - α ). Here it is differentiated whether the influence of the interaction is significant or not. ( F test, test value s²PT/ s²E, crit. value FfII, fI,1 - α ). Die Varianzen berechnen sich entsprechend aus Quotient aus der Summe der quadratischen Abweichungen durch den entsprechenden Freiheitsgrad: Varianz Prüfereinfluss s²P := ΣP / f IV Varianz Teileeinfluss s²T := ΣT / f III The variances are calculated accordingly from the quotient of the sum of square deviations divided by the corresponding degree of freedom: Variance operator influence s²P := ΣP / f IV Variance part influence s²T := ΣT / f III Bei signifikanter Wechselwirkung Varianz Wechselwirkung s²PT Varianz Messmitteleinfluss s²E In case of significant interaction Variance interaction s²PT Variance gage influence s²E := ΣPT / f II := ΣE / f I . Bei nicht signifikanter Wechselwirkung Varianz ADDWechselw/Messm. s²add := (ΣE+ΣPT ) / ( f I + f II ) . := ΣPT / f II := ΣE / f I . In case of not significant interaction Variance ADDinteraction/gage s²add := (ΣE+ΣPT ) / ( f I + f II ) . 1. Wechselwirkungseinfluss signifikant: 1. Significant interaction influence: Die Vertrauensbereiche zum Niveau 1-α berechnen sich hier aus Confidence intervals for level 1-α are calculated from fI χ 2fI,1−α / 2 s E2 ≤ σE2 ≤ fI χ 2fI,α / 2 f s E2 χ I 2 fI,1− α / 2 s E2 ≤ σE2 ≤ f χ I 2 fI,α / 2 s E2 s E2 w 2 ö ö æ s PT / s E2 s2 æ s2 / s2 2 ç − 1÷ ≤ σ PT ≤ E ç PT E − 1÷ ÷ ÷ çF w çè FfII,fI,α / 2 ø ø è fII,fI,1−α / 2 2 æ s P2 / s PT ö ö s2 æ s2 / s2 ç − 1÷ ≤ σ P2 ≤ PT ç P PT − 1÷ çF ÷ ç ÷ tw è FfIII,fII,α / 2 è fIII,fII,1−α / 2 ø ø 2 s PT tw 2 ö ö æ s P2 / s PT s2 æ s2 / s2 ç − 1÷ ≤ σP2 ≤ PT ç P PT − 1÷ ÷ ÷ çF tw çè FfIII,fII,α / 2 ø ø è fIII,fII,1−α / 2 2 2 2 æ s 2T / s PT ö æ s 2T / s PT ö s PT 2 ç ÷ ç − 1 ≤ σT ≤ − 1÷ çF ÷ ÷ pw çè FfIV,fII,α / 2 è fIV,fII,1−α / 2 ø ø 2 s PT pw s E2 w 2 æ s PT ö ö / s E2 s2 æ s2 / s2 2 ç − 1÷ ≤ σ PT ≤ E ç PT E − 1÷ çF ÷ ÷ w çè FfII,fI,α / 2 è fII,fI,1−α / 2 ø ø 2 s PT tw 2 s PT pw ö 1 æ fIII 2 ç 2 ÷ sP2 + t( w − 1)sE2 + ( t − 1)sPT ÷ tw çè χ fIII ,1−α / 2 ø 2 ≤ σ P2 + σ T2 + σ PT ≤ Version 2.1 D/E ö 1 æ fIII 2 ç 2 ÷ sP2 + t( w − 1)sE2 + ( t − 1)sPT ç ÷ tw è χ fIII,α / 2 ø 2 ö ö æ s 2T / s PT s2 æ s2 / s2 ç − 1÷ ≤ σ 2T ≤ PT ç T PT − 1÷ ÷ ÷ çF pw çè FfIV,fII,α / 2 ø ø è fIV,fII,1−α / 2 ö 1 æ fIII 2 ç 2 ÷ sP2 + t( w − 1)sE2 + ( t − 1)sPT ç ÷ tw è χ fIII,1−α / 2 ø 2 ≤ σ P2 + σ T2 + σ PT ≤ ö 1 æ fIII 2 ç 2 ÷ sP2 + t( w − 1)sE2 + ( t − 1)sPT ÷ tw çè χ fIII ,α / 2 ø Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 50 von 107 Page 50 of 107 Mit Hilfe der Kenngrößen Using the calculated values Messmittel : VE := s²E Wechselwirkung (Prüfer misst Teil): VW := (s²PT - s²E)/ w Prüfer : VP := (s²P - s²PT)/ tw Teil : VT := (s²T - s²PT)/ pw Gage : VE := s²E Interaction (operator measures part): VW := (s²PT - s²E)/ w Operator : VP := (s²P - s²PT)/ tw Part : VT := (s²T - s²PT)/ pw kann auf den Einfluss der einzelnen Komponenten geschlossen werden (das Produkt 5.15 * s entspricht einem Anteil von 99% der Werte bei normalverteilter Grundgesamtheit): it is possible to draw conclusions on the influence of the individual components (the product 5.15 * s equals a proportion of 99% of the values in case of a normally distributed population): EV (Streuung des Messmittels) : 5.15 VE AV (Streuung des Prüfers) : 5.15 VP IA (Streuung der Wechselwirkung) : 5.15 VW PV (Streuung des Teils) R&R (Repeatability & Reproducibility) : : 5.15 VT EV (Equipment Variation) : 5.15 VE AV (Appraiser Variation) : 5.15 VP IA (Interaction) : 5.15 VW PV (Part Variation) : 5.15 VT R&R (Repeatability & Reproducibility) : EV² + AV² + IA² EV² + AV² + IA² 2. Wechselwirkungseinfluss nicht signifikant: 2. Non significant interaction influence: Die Vertrauensbereiche zum Niveau 1-α berechnen sich hier aus The confidence intervals for level 1-α are calculated from f +f χ I II 2 fI+ fII,1− α / 2 s 2add ≤ σ 2add ≤ f +f fI + fII 2 s add χ 2fI+ fII,α / 2 χ I II 2 fI+ fII,1− α / 2 s 2add ≤ σ 2add ≤ fI + fII 2 s add χ 2fI+ fII,α / 2 s 2add tw 2 æ s P2 / s 2add æ 2 2 ö ö ç ÷ ≤ σ P2 ≤ s add ç s P / s add − 1÷ − 1 çF ç ÷ ÷ tw è FfIII,fI+ fII,α / 2 è fIII,fI+ fII,1− α / 2 ø ø s 2add tw æ s P2 / s 2add ö ö s2 æ s2 / s2 ç − 1÷ ≤ σ P2 ≤ add ç P add − 1÷ çF ÷ ç ÷ tw è FfIII,fI+ fII,α / 2 è fIII,fI+ fII,1− α / 2 ø ø s 2add pw ö ö æ s 2T / s 2add s2 æ s2 / s2 ç − 1÷ ≤ σ 2T ≤ add ç T add − 1÷ ÷ ÷ çF pw çè FfIV,fIfII,α / 2 ø ø è fIV,fI+ fII,1−α / 2 s 2add pw æ s 2T / s 2add ö ö s2 æ s2 / s2 ç − 1÷ ≤ σ 2T ≤ add ç T add − 1÷ çF ÷ ÷ pw çè FfIV,fIfII,α / 2 è fIV,fI+ fII,1−α / 2 ø ø ö 1 æ fIII 2 ç 2 ÷ sP2 + (tw − 1)sadd ç ÷ tw è χ fIII,1−α / 2 ø ≤ σ P2 + σ T2 ≤ ö 1 æ fIII 2 ÷ ç 2 sP2 + (tw − 1)s add ÷ ç tw è χ fIII,1−α / 2 ø ö 1 æ fIII 2 2 ç 2 ÷ s + ( tw − 1 ) s P add ÷ tw çè χ fIII,1−α / 2 ø Mit Hilfe der Kenngrößen Messmittel : Prüfer : Teil : VE VP VT := := := ö 1 æ fIII 2 ÷ ç 2 sP2 + (tw − 1)sadd ÷ ç tw è χ fIII,1−α / 2 ø Using the calculated values s²add (s²P - s²add)/ tw (s²T - s²add)/ pw kann auf den Einfluss der einzelnen Komponenten geschlossen werden (das Produkt 5.15 * s entspricht einem Anteil von 99% der Werte bei normalverteilter Grundgesamtheit): EV (Streuung des Messmittels) : 5.15 VE AV (Streuung des Prüfers) : 5.15 VP Version 2.1 D/E ≤ σ P2 + σ T2 ≤ Gage : Operator : Part : VE VP VT := := := s²add (s²P - s²add)/ tw (s²T - s²add)/ pw it is possible to draw conclusions on the influence of the individual components (the product 5.15 * s equals a proportion of 99% of the values in case of a normally distributed population): EV (Equipment Variation) AV (Appraiser Variation) PV (Part Variation) : 5.15 VE : 5.15 VP : 5.15 VT Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 51 von 107 Page 51 of 107 R&R (Repeatability & Reproducibility) : PV (Streuung des Teils) : 5.15 VT R&R (Repeatability & Reproducibility) : EV² + AV² Fallbeispiel: Example: Prüfer / Operator 1 Wdh./Rep. 1 Wdh./Rep. 2 2 1 1 1 2 1 3 2 1 3 Teil/Part 1 Teil/Part 2 Teil/Part 3 Teil/Part 4 Teil/Part 5 Um die einzelnen Mittelwerte, Summen der quadratischen Abweichungen und Varianzen zu berechnen, verwendet man bei Handrechnung die ANOVA- Zerlegungstafel: T1 T1 T2 T2 T3 T3 T4 T4 T5 T5 å å (å)² å()² EV² + A V² Prüfer/Operator 1 Prüfer/Operator 2 W1+W2 W1+W2 W1²+W2² 3 Prüfer / Operator 2 Wdh./Rep. 1 Wdh./Rep. 2 1 1 1 2 1 1 1 2 1 1 For manual calculation of the individual averages, sums of square deviations and variances the ANOVA table is used: å W1²+W2² 2 a1=5 5 2 2 a2=5 2 5 3 a3=5 2 5 a4=8 13 5 a5=6 2 D1=289 E1=63 A=29 e2=13 c3=25 e3=13 c4=64 e4=34 c5=36 e5=20 C=175 B2=16 D2=144 E2=30 c2=25 b5=12 A2=12 B1=35 e1=13 b4=18 2 10 c1=25 b3=7 3 4 å()² b2=7 2 5 (å)² b1=7 3 A1=17 å B=51 D=433 E=93 Daraus ergeben sich folgende Kenngrößen: This results in the following statistics: Xpt• = Summe W1+W2 von Prüfer p, Teil t dividiert durch Anzahl Wdh.: X11• = 3/2 = 1.5 X12• = 2/2 = 1 X14• = 5/2 = 2.5 X22• = 3/2 = 1.5 X21• = 2/2 = 1 X24• = 3/2 = 1.5 Xpt• = Sum W1+W2 of operator p, part t divided by no. of repetitions: X11• = 3/2 = 1.5 X12• = 2/2 = 1 X14• = 5/2 = 2.5 X22• = 3/2 = 1.5 X21• = 2/2 = 1 X24• = 3/2 = 1.5 Xp•• = Ap dividiert durch Teile *Wdh.: X1•• = 17/10 = 1.7 X2•• = 12/10 = 1.2 Xp•• = Ap divided by parts *rep.: X1•• = 17/10 = 1.7 X2•• = 12/10 = 1.2 X•t• = at dividiert durch Prüfer *Wdh.: X•1• = 5/4 = 1.25 X•2• = 5/4 = 1.25 X•4• = 8/4 = 2 X••• = A dividiert durch Prüfer*Teile *Wdh. = 29/20 =1.45. X•t• = at divided by operator *rep.: X•1• = 5/4 = 1.25 X•2• = 5/4 = 1.25 X•4• = 8/4 = 2 X••• = A divided by operator *parts *rep. = 29/20 =1.45. ΣP ΣP = Version 2.1 D/E D/(tw) - A²/(ptw) = D/(tw) - A²/(ptw) Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability s²P ΣT s²T ΣPT s²PT ΣE s²E Seite 52 von 107 Page 52 of 107 = = = 433/10 - 841/20 1.25 1.25 / 1 = 1.25 = = = = C/(pw) - A²/(ptw) 175/4 - 841/20 1.7 1.7 / 4 = 0.425 ΣT = = = = E/w - C/(pw) - D/(tw)+ A²/(ptw) 93/2 -175/4 - 433/10 + 841/20 1.5 1.5 / 4 = 0.375 ΣPT = = = = B - E/w 51 - 93/2 4.5 4.5 / 10 = 0.45 ΣE Prüfwert F-Test: s²PT/ s²E 0.8334 < 3.48 = F10,4,1-95% s²P s²T s²E = 0.375 / 0.45 = damit ist die Wechselwirkung nicht signifikant, d.h. s²add (ΣE+ΣPT ) / ptw-p-t+1 6 / 14 = 0.4285 = = Messmittel : VE = Prüfer : VP = Teil : VT = EV (Streuung des Messmittels): = 5.15 VE AV (Streuung des Prüfers): 5.15 VP = PV (Streuung des Teils): 5.15 VT = 3.373, = 3.682. R&R EV² + AV² 0.429 0.0821 0 (da < 0) 1.476, 0 Das Ergebnis R&R ist ins Verhältnis zu einer vorgegebenen Referenzgröße (RF) zu setzen: %R & R = R&R ⋅ 100% RF Dieses Ergebnis ist mit den festgelegten Annahmekriterien zu vergleichen. Version 2.1 D/E s²PT = = = 433/10 - 841/20 1.25 1.25 / 1 = 1.25 = = = = C/(pw) - A²/(ptw) 175/4 - 841/20 1.7 1.7 / 4 = 0.425 = = = = E/w - C/(pw) - D/(tw)+ A²/(ptw) 93/2 -175/4 - 433/10 + 841/20 1.5 1.5 / 4 = 0.375 = = = = B - E/w 51 - 93/2 4.5 4.5 / 10 = 0.45 Test value F test: s²PT/ s²E 0.8334 < 3.48 = F10,4,1-95% = 0.375 / 0.45 = thus interaction is not significant, i.e. s²add (ΣE+ΣPT ) / ptw-p-t+1 6 / 14 = 0.4285 = = Gage : VE Operator : VP Part : VT EV (Equipment Variation): 5.15 VE AV (Appraiser Variation): 5.15 VP PV (Part Variation): 5.15 VT R&R EV² + AV² = = = 0.429 0.0821 0 (da < 0) = 3.373, = 1.476, =0 = 3.682. The result R&R must be put into relation to a given reference figure (RF): %R & R = R&R ⋅ 100% RF This result is to be compared to the stipulated acceptance criteria. Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 53 von 107 Page 53 of 107 13.4.2 ANOVA für Verfahren 3 13.4.2 ANOVA for Type-3 Study Zur Beurteilung eines automatischen Messsystems bietet sich das Modell der balancierten einfachen Varianzanalyse mit Zufallskomponenten an. Es wird davon ausgegangen, dass sich jeder Messwert aus: „Gesamtmittelwert + Einfluss des Teils + Einfluss des Messmittels“ zusammensetzt. Um nur den Einfluss des Messmittels beurteilen zu können, ist durch geeignete Maßnahmen der Teileeinfluss gering zu halten. Dies kann beispielsweise durch die Markierung der Messstellen geschehen. For the evaluation of an automatic measurement system, the model of the balanced simple analysis of variance with random components is available. It is assumed that every measurement value is composed of: “overall average + part influence + gage influence”. In order to evaluate gage influence only, part influence must be kept low by means of appropriate measures. This may be realized by marking of the measurement positions. Die Summe der quadratischen Abweichungen der Wiederholungen (= Messungen pro Teil): The sum of the squared deviations of the repetitions (= measurements per part): n 2 k å E = å å (X ij i=1 j=1 − X i• ) mit X i• = Mittelwert der Messungen pro Teil i = 1, 2, ..., n = Anzahl Teile j = 1, 2, ..., k = Anzahl Messungen pro Teil Daraus errechnet sich: Streuung des Messmittels sE2 = 1 åE f f = n ⋅ (k − 1) für Vertrauensniveau 99% Für die Berechnung der Gesamtstreuung des Messsystems %R&R wird EV ins Verhältnis zu einer vorgegebenen Toleranz gesetzt: %R & R = %EV = EV ⋅ 100% T Dieser Kennwert ist mit den festgelegten Annahmekriterien zu vergleichen. Typische Referenzgrößen sind die Toleranz, die sechsfache Prozessstreuung oder die Teilestreuung (= die Streuung zwischen den verschiedenen Teilen, PV = Part Variation). Diese kann aus der quadratischen Abweichung zwischen den Teilen bestimmt werden: n 2 k å E = å å (X i=1 j=1 ij − X i• ) where X i• = average of measurements per part i = 1, 2, ..., n = number of parts j = 1, 2, ..., k = no. of measurements per part This is used for calculating: Gage Variation sE2 = mit Freiheitsgrad EV = 5,15 ⋅ sE n 1 åE f with degrees of freedom f = n ⋅ (k − 1) . EV = 5,15 ⋅ sE for 99% confidence level For calculation of the total gage variation %R&R, EV is viewed relative to a given reference figure (RF): %R & R = %EV = EV ⋅ 100% RF This calculated value must be compared to the stipulated acceptance criteria. Typical reference figures are tolerance, 6* process variation, or part variation (= the variation between the different parts, PV = Part Variation). This may be determined from the squared deviation between the parts: n å T = k å (x i• − x •• ) å T = k å (x i• − x •• ) mit i = 1, 2, ..., n = Anzahl Teile where i = 1, 2, ..., n = number of parts 2 i=1 Version 2.1 D/E 2 i=1 Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability k Seite 54 von 107 Page 54 of 107 k = Anzahl Messungen pro Teil x •• = total average x •• = Gesamtmittelwert åT = (s VT = = number of measurements per part ) åT = (s VT = mit Freiheitsgrad fT = n − 1 PV = 5,15 ⋅ VT für Vertrauensniveau 99% PV = 5,15 ⋅ VT for 99% confidence level Falls keine signifikante Teilestreuung vorhanden ist, kann VT < 0 sein. In diesem Fall darf die Teilestreuung nicht als Referenzgröße herangezogen werden. If no significant part variation exists then VT < 0 is possible. In this case, part variation must not be used as reference figure. s fT und 2 T − sE2 k 2 T Fallbeispiel: 2 T ) − sE2 and s fT k with degrees of freedom fT = n − 1 2 T Example: Zehn Teile werden zweimal gemessen. Die Merkmalstoleranz T ist 0,06 mm. i x1i x2i 1 6,029 6,030 2 6,019 3 xi . Ten parts are measured twice. The characteristic’s tolerance T is 0.06 mm. E T (x1i-xi•)² (x2i-xi•)² 6,0295 0,00000025 0,00000025 0,0000005 0,00065536 6,020 6,0195 0,00000025 0,00000025 0,0000005 0,00024336 6,004 6,003 6,0035 0,00000025 0,00000025 0,0000005 0,00000016 4 5,982 5,982 5,9820 0,00000000 0,00000000 0,0000000 0,00047961 5 6,009 6,009 6,0090 0,00000000 0,00000000 0,0000000 0,00002601 6 5,971 5,972 5,9715 0,00000025 0,00000025 0,0000005 0,00104976 7 5,995 5,997 5,9960 0,00000100 0,00000100 0,0000020 0,00006241 8 6,014 6,018 6,0160 0,00000400 0,00000400 0,0000080 0,00014641 9 5,985 5,987 5,9860 0,00000100 0,00000100 0,0000020 0,00032041 10 6,024 6,028 6,0260 0,00000400 0,00000400 0,0000080 0,00048841 ΣE = 0,0000220 ΣT = 0,00347190 x•• = 6,0039 für die Streuung des Messsystems sE2 = 0,000022 = 0,0000022 10(2 − 1) for Measurement System Variation sE2 = 0.000022 = 0.0000022 10(2 − 1) EV = 5,15 ⋅ 0,0000022 = 0,00763 EV = 5.15 ⋅ 0.0000022 = 0.00763 für Vertrauensniveau 99% for 99% confidence level %R & R = %EV = Version 2.1 D/E 0,00763 ⋅ 100% = 12,73% 0,06 %R & R = %EV = 0.00763 ⋅ 100% = 12.73% 0.06 Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability für die Streuung zwischen den Teilen s 2T = VT = 0,0034719 9 = 0,000386 (0,000386 − 0,000022) 2 = 0,0001819 PV = 5,15 ⋅ 0,0001819 = 0,069 für Vertrauensniveau 99% Version 2.1 D/E Seite 55 von 107 Page 55 of 107 for Variation between the parts s 2T = VT = 0,0034719 9 = 0,000386 (0,000386 − 0,000022) 2 = 0,0001819 PV = 5.15 ⋅ 0,0001819 = 0,069 for 99% confidence level Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 56 von 107 Page 56 of 107 13.5 Table of Constants Tabelle mit d2* Werten für K Faktoren Table of d2* Values for K factors Anzahl Stichproben: k · n Anzahl Prüfer (k) * Anzahl Teile (n) 13.5 Faktoren d2* 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Sample Size: No. of Repetitions (r) for K1 or No. of Operators (k) for K2 Stichprobenumfang: Anzahl Wiederholungen (r) für K1 oder Anzahl Prüfer (k) für K2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1.41 1.91 2.24 2.48 2.67 2.83 2.96 3.08 3.18 3.27 3.35 3.42 3.49 1.28 1.81 2.15 2.40 2.60 2.77 2.91 3.02 3.13 3.22 3.30 3.38 3.45 1.23 1.77 2.12 2.38 2.58 2.75 2.89 3.01 3.11 3.21 3.29 3.37 3.43 1.21 1.75 2.11 2.37 2.57 2.74 2.88 3.00 3.10 3.20 3.28 3.36 3.43 1.19 1.74 2.10 2.36 2.56 2.73 2.87 2.99 3.10 3.19 3.28 3.35 3.42 1.18 1.73 2.09 2.35 2.56 2.73 2.87 2.99 3.10 3.19 3.27 3.35 3.42 1.17 1.73 2.08 2.35 2.55 2.72 2.87 2.99 3.10 3.19 3.27 3.35 3.42 1.17 1.72 2.08 2.35 2.55 2.72 2.87 2.98 3.09 3.19 3.27 3.35 3.42 1.16 1.72 2.08 2.34 2.55 2.72 2.86 2.98 3.09 3.18 3.27 3.35 3.42 1.16 1.72 2.08 2.34 2.55 2.72 2.86 2.98 3.09 3.18 3.27 3.34 3.42 1.16 1.71 2.08 2.34 2.55 2.72 2.86 2.98 3.09 3.18 3.27 3.34 3.41 1.15 1.71 2.07 2.34 2.55 2.72 2.85 2.98 3.09 3.18 3.27 3.34 3.41 1.15 1.71 2.07 2.34 2.55 2.71 2.85 2.98 3.09 3.18 3.27 3.34 3.41 1.15 1.71 2.07 2.34 2.54 2.71 2.85 2.98 3.08 3.18 3.27 3.34 3.41 1.15 1.71 2.07 2.34 2.54 2.71 2.85 2.98 3.08 3.18 3.26 3.34 3.41 15 3.55 3.51 3.50 3.49 3.49 3.49 3.48 3.48 3.48 3.48 3.48 3.48 3.48 3.48 3.48 > 15 1.128 1.693 2.059 2.326 2.534 2.704 2.847 2.970 3.078 3.173 3.258 3.336 3.407 3.472 Die K Faktoren (K1 und K2) werden mit 5.152 d∗2 The K factors (K1 and K2) are calculated from 5.152 (to represent 99% of the normal distribud∗2 für 99% (basierend auf einer Normalverteilung) berechnet. K1 ist abhängig von der Anzahl Wiederholungen (r) und der Anzahl Teile (n) mal der Anzahl der Prüfer (k). K2 ist abhängig von der Anzahl der Prüfer. Da nur eine Spannweite berechnet wird, gilt nur Zeile 1. tion). K1 is dependent on the number of trials (r) and the number of pieces (n) times the number of operators (k). K2 is dependent on the number of operators. Since there is only one range calculation, only row 1 is applicable. Beispiele: Examples: 1. 2 Wiederholungen (r=2), 3 Prüfer (k=3), 10 Teile (n=10) falls k ⋅ n = 3 ⋅ 10 = 30 dann gilt die Zeile >15 d∗2 = 1.128 K1 = 5.152 = 4.567 1. 2 trials (r=2), 3 operators (k=3), 10 pieces (n=10) k ⋅ n = 3 ⋅ 10 = 30 , so the “>15” row is applicable d∗2 = 1.128 5.152 = 4.567 K1 = 10 Wiederholungen (r=10), 1 Prüfer (k=1), 5 Teile (n=5) 2. 10 trials (r=10), 1 operator (k=1), 5 parts (n=5) 1.128 2. k ⋅ n = 1⋅ 5 = 5 d∗2 = 3.10 K1 = 5.152 = 1.662 3 Prüfer k=3 K2 = 5.152 = 2.697 1.91 Version 2.1 D/E d∗2 = 1.91 d∗2 = 3.10 k ⋅ n = 1⋅ 5 = 5 K1 = 3.1 3. 1.128 5.152 3.1 = 1.66 3. 3 operators (k=3) 5.152 = 2.697 K2 = 1.91 d∗2 = 1.91 Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 57 von 107 Page 57 of 107 13.6 Formblätter / Fallbeispiele 13.6 Work sheets / Samples Die folgenden, mit qs-STAT® 3.x erstellten, Formblätter und Fallbeispiele sind in Form und Inhalt als ein Vorschlag zu verstehen. The following work sheets and samples, created using qs-STAT® 3.x, are intended to serve as a suggestion regarding layout and contents. Verfahren 1 – Leerformular Cg-Studie Type-1 study – empty form sheet Cg-Study Verfahren 1 – Cg-Studie Type-1 study – Cg-Study Verfahren 2 – Leerformular ARM-Methode neue Messsysteme Type-2 study – empty form sheet ARM new measurement systems Verfahren 2 – Leerformular ARM-Methode vorhandene Messsysteme Type-2 study – empty form sheet ARM measurement systems in use Verfahren 2 – ARM-Methode neue Messsysteme Type-2 study – ARM method new measurement systems Verfahren 2 – ARM-Methode vorhandene Messsysteme Type-2 study – ARM method measurement systems in use Verfahren 2 – ANOVA-Methode neue Messsysteme Type-2 study – ANOVA method new measurement systems Verfahren 2 – ANOVA-Methode vorhandene Messsysteme Type-2 study – ANOVA method measurement systems in use Verfahren 3 – ARM-Methode neue Messsysteme Type-3 study – ARM method new measurement systems Verfahren 3 – ARM-Methode vorhandene Messsysteme Type-3 study – ARM method measurement systems in use Type-3 study – ANOVA method new measurement systems Verfahren 3 – ANOVA-Methode neue Messsysteme Verfahren 3 – ANOVA-Methode vorhandene Messsysteme Version 2.1 D/E Type-3 study – ANOVA method measurement systems in use Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 82 von 107 Page 82 of 107 13.7 Formblätter / Fallbeispiele ME 13.7 Work sheets / Samples ME Die folgenden, mit qs-STAT ME erstellten, Formblätter und Fallbeispiele sind in Form und Inhalt als ein Vorschlag zu verstehen. The following work sheets and samples, created using qs-STAT ME, are intended to serve as a suggestion regarding layout and contents. Verfahren 1 – Cg-Studie Type-1 study – Cg-Study Verfahren 2 – ARM-Methode neue Messsysteme Type-2 study – ARM method new measurement systems Verfahren 2 – ARM-Methode vorhandene Messsysteme Type-2 study – ARM method measurement systems in use Verfahren 2 – ANOVA-Methode neue Messsysteme Type-2 study – ANOVA method new measurement systems Verfahren 2 – ANOVA-Methode vorhandene Messsysteme Type-2 study – ANOVA method measurement systems in use Verfahren 3 – ARM-Methode neue Messsysteme Type-3 study – ARM method new measurement systems Verfahren 3 – ARM-Methode vorhandene Messsysteme Type-3 study – ARM method measurement systems in use Type-3 study – ANOVA method new measurement systems Verfahren 3 – ANOVA-Methode neue Messsysteme Verfahren 3 – ANOVA-Methode vorhandene Messsysteme Linearität Stabilität Version 2.1 D/E Type-3 study – ANOVA method measurement systems in use Linearity Stability Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 105 von 107 Page 105 of 107 14 Index 14 Index A A Abkürzungen · 43 Annahmebedingungen · 4 Annahmeprüfung · 15 ANOVA · 48, 53 Arbeitskreis · 1 Auflösung · 10, 16 Abbreviations · 43 Acceptance Control · 15 Acceptance Terms · 4 Accuracy of Measurement · 10 Adjustment · 10 Allocation processes · 40 ANOVA · 48, 53 B Begriffe · 10 B Balancing Machines · 40 C Chemische Analysen · 40 C DIN EN ISO 10012 · 7 DIN EN ISO 9000ff · 4 DIN EN ISO 9001 · 7 Drehmoment · 40 Drei-Koordinaten-Messgeräte · 40 Durchflussmesssysteme · 40 Dynamische Messung · 40 Calibration · 10 Capability Study · 7 Chemical Analyses · 40 Coating Thickness · 40 Cold Test · 40 Color measurement systems · 40 Control · 15 Coordinate Measuring Machines · 40 Copyright · 2 Correction · 10 E D Eignungsnachweis · 7 Einflussgröße · 10 Einstellmeister · 10 Definitions · 10 Destructive Testing · 40 DIN EN ISO 10012 · 7 DIN EN ISO 9000ff · 4 DIN EN ISO 9001 · 7 Disclaimer · 2 Drift · 10 Dynamic Measurement · 40 D F Fähigkeitsnachweis · 7, 16 Faktoren · 56 Fallbeispiele · 57, 82 Farbmesssysteme · 40 Fließmessungen · 40 Formblätter · 57 Formeln · 45 Formtest · 40 F Flow Meters · 40 Flow Testers · 40 Formulae · 45 G G Geltungsbereich · 15 Grenzwerte · 10 GUM · 7 Gage · 10 Gage Control · 8 Guidelines · 4 GUM · 7 H Haftungsausschluss · 2 Härteprüfung · 40 Hitzetest · 40 H Hardness Testers · 40 Hot Test · 40 I I Internationales Normal · 10 Individual Values · 35 Influence Quantity · 10 International Standard · 10 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Seite 106 von 107 Page 106 of 107 J L Justierung · 10 Leak Testers · 40 Limits · 10 Linearity · 10, 17, 31, 46 K Kalibrierung · 10 Kältetest · 40 Korrektion · 10 L Lecktester · 40 Linearität · 10, 17, 31, 46 M Messabweichung · 10 Messbereich · 10 Messbeständigkeit · 10, 17, 22, 35 Messgenauigkeit · 10 Messgerät · 10 Messgerätedrift · 10 Messgröße · 10 Messkette · 10 Messmittel · 10 Messprozess · 10 Messsystem · 10 Messung · 10 Messunsicherheit · 7, 10 N Nationales Normal · 10 Nicht fähige Messsysteme · 37 Normal · 10 O Oberflächenmessung · 40 Optische Kompensatoren · 40 M Master · 10 Measurand · 10 Measurement · 10 Measurement Error · 10 Measurement Process · 10 Measurment System · 10 Measuring Instrument · 10 Measuring Chain · 10 Measuring equipment · 10 N National Standard · 10 Non-capable Measurement Systems · 37 O Optical Gaging · 40 P Particle Counts · 40 Precision Form Measurement Machines · 40 Proof of Capability · 7, 16 Q QS-9000 · 4, 7 Quality audit · 10 R Partikelzählung · 40 Prüfmittelüberwachung · 8 Random Error of Measurement · 10 Reference Conditions · 10 Reference Material · 10 Repeatability · 10 Reproducibility · 10 Resolution · 10, 16 Q S QS-9000 · 4, 7 Qualitätsaudit · 10 Referenzbedingungen · 10 Referenzmaterial · 10 Richtlinien · 4 Rückführbarkeit · 10 Rückverfolgbarkeit · 10 Samples · 57, 82 Scope · 15 Shewhart Quality Control Chart · 35 Special Cases · 40 Specified measuring range · 10 Stability · 10, 17, 22, 35 Stability · 10, 17, 35 Standard · 10 Surface Texture Gauges · 40 Systematic Error of Measurement · 10 S T Schichtdicke · 40 Shewhart-Qualitätsregelkarte · 35 Table of Constants · 56 Torque · 40 P R Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002 Fähigkeitsnachweis von Messsystemen Measurement System Capability Sonderfälle · 40 Stabilität · 10, 17, 35 Systematische Messabweichung · 10 U Überwachung · 15 Urheberrechtsschutz · 2 Urwerte · 35 V VDA 6.1 · 4, 7 Verfahren 1 · 16, 19 Verfahren 2 · 16, 24 Verfahren 3 · 16, 28 Vergleichpräzision · 10 Seite 107 von 107 Page 107 of 107 Traceability · 10 Type-1 Study · 16, 19 Type-2 Study · 16, 24 Type-3 Study · 16, 28 U Uncertainty of Measurement · 7, 10 V VDA 6.1 · 4, 7 W Work Group · 1 Work Sheets · 57 W Wiederholpräzision · 10 Wuchtmaschinen · 40 Z Zerstörende Prüfungen · 40 Zufällige Messabweichung · 10 Zupaarungsvorgänge · 40 Version 2.1 D/E Stand/Status: 17. September 2002