Qualitätssicherung
Teil von Wie wird aus einer Zeichnung ein brauchbarer Prüfplan?
Studienplan zur Messmittelfähigkeit: Prüflinge, Bediener, Geräte wählen
Messmittelfähigkeit untersuchen: Prüflinge, geschulte Bediener und Geräte nach NIST planen, Messunsicherheit dokumentieren und Grenzen erkennen.
Das Wichtigste auf einen Blick
- Ein vollständiges Messergebnis braucht Wert, Einheit und erweiterte Messunsicherheit mit angegebener Überdeckungswahrscheinlichkeit.
- Wer die Messmittelfähigkeit untersuchen will, legt vor der ersten Messung fest, welches Regelwerk gilt, welche Prüflinge, Bediener und Geräte beteiligt sind und welche Kennzahl am Ende über „fähig“ entscheidet.
- Rückführung auf nationale Normale ist Voraussetzung, aber kein Eignungsnachweis für eine bestimmte Toleranz.
Welches Regelwerk den Nachweis bestimmt
Bevor ein Plan entsteht, steht die Frage, nach welchem Regelwerk der Nachweis geführt wird. In der Automobilindustrie und bei ihren Zulieferern sind das in der Regel der VDA Band 5 „Prüfprozesseignung“ und das AIAG-Handbuch „Measurement Systems Analysis“ (MSA); viele Kunden schreiben eines davon im Lastenheft vor. Gängig sind zwei Arten von Untersuchung: eine des Messmittels an einem Normal oder Referenzteil, im deutschen Umfeld meist mit den Kennzahlen Cg und Cgk ausgewertet, und eine mit mehreren Bedienern und mehreren Serienteilen, ausgewertet als Wiederhol- und Vergleichpräzision (%GRR), wie sie das MSA-Handbuch beschreibt.
Dieser Beitrag zeigt nicht die Auswertung dieser Kennzahlen, sondern den Plan davor: welche Prüflinge, Bediener und Geräte in die Studie gehören und wie die Entscheidungen dokumentiert werden. Stichprobenumfang und Annahmegrenzen legt das gewählte Regelwerk in seiner gültigen Ausgabe oder der Kunde fest; der Untersuchungsplan übernimmt sie von dort und dokumentiert, welche Ausgabe gilt. Die NIST-Struktur weiter unten hilft dort, wo kein Kundenregelwerk vorgegeben ist, oder als Gerüst, um Prüflinge, Bediener und Geräte begründet auszuwählen.
Drei Entscheidungen vor der ersten Messung
Das NIST-Handbuch beschreibt Designentscheidungen als Auswahl von Prüflingen (Artefakten), Bedienern, Messgeräten, Parameterstufen und Konfigurationen. Diese Struktur eignet sich als Planungsgerüst: Sie zwingt dazu, vor dem Start zu benennen, was die Studie vertreten soll. Wer offen lässt, wofür die Stichprobe steht, kann das Ergebnis später kaum auf die Fertigung übertragen. Die Entscheidungen gehören daher in ein Blatt, das vor der ersten Messung unterschrieben oder freigegeben wird.
Entscheidungen vor der Messung
- Prüflinge (Artefakte) auswählen
- Bediener festlegen
- Messgeräte bestimmen
- Parameterstufen und Konfigurationen wählen
- Plan vor erster Messung freigeben
Prüflinge und Bediener auswählen
Als Prüflinge sollen Artefakte des Typs dienen, der typischerweise mit den untersuchten Messgeräten gemessen wird. Die NIST-Empfehlung nennt eine Anzahl Q mit Q > 2; bei Mehrfachmessgeräten können zusätzliche Prüflinge für andere Parameterstufen nötig sein. Für die Laufzeit der Studie geht das Handbuch von einem begrenzten Zeitraum von zwei bis drei Monaten aus.
Für die Bediener gilt: Nur geschulte und erfahrene Personen werden einbezogen. Gibt es nur wenige mit dem Gerät vertraute Bediener, sollen alle teilnehmen; soll die Studie einen großen Personenkreis vertreten, ist eine Zufallsstichprobe von L Bedienern mit L > 2 zu ziehen. Arbeitet nur eine Person mit dem Gerätetyp, soll sie an K Tagen mit K > 2 messen. Das sind NIST-Designbedingungen, keine allgemeine MSA-Vorschrift.
Gerätestichprobe und Studienumfang festlegen
Bei wenigen vorhandenen Geräten sollen laut Planungsempfehlung alle einbezogen werden. Soll die Studie einen größeren Gerätebestand vertreten, ist eine Zufallsstichprobe von I Geräten mit I > 3 zu wählen. Betreibt ein Gerät mehrere Parameterstufen, empfiehlt sich eine erste Studie mit ein oder zwei Stufen statt des vollen Umfangs; das gleiche gilt für unterschiedliche Bedienkonfigurationen. Die folgende Tabelle hält die Entscheidungen samt Ergebnis- und Nachweisfeldern fest.
Gerätestichprobe und Studienumfang
| Planfeld | NIST-Bedingung | Entscheidung im Betrieb eintragen |
|---|---|---|
| Prüflinge | Q > 2, Typ wie in der Fertigung | Auswahl und Begründung |
| Bediener | geschult; alle, L > 2 oder K > 2 Tage | Namen, Schulungsstand |
| Geräte | alle oder I > 3 | Inventarnummern, Rückführungsstand |
| Umfang | zunächst 1 bis 2 Stufen oder Konfigurationen | Messbedingungen je Lauf |
| Ergebnisfeld | Wert, Einheit, erweiterte Messunsicherheit | Datum, Bediener, Gerät, Auswertung |
Auswahlkriterien, die in den Plan gehören
- Prüflinge:Teile aus der laufenden Serie, die den Bereich der Toleranz abdecken, also nicht nur Teile aus der Mitte, sondern auch solche nahe an den Grenzen.
- Geräte:Das Messmittel muss deutlich feiner auflösen als die Toleranz; verbreitet ist die Faustregel, dass die Auflösung höchstens ein Zehntel der Toleranzbreite betragen soll. Messbereich und Antastung müssen zum Merkmal passen.
- Bediener:die Personen, die das Merkmal auch in der Serie messen, mit dokumentiertem Schulungsstand.
- Dokumentation:Plan mit Versionsstand, Datum und Freigabe vor der ersten Messung; jede Abweichung während der Studie wird im Plan nachgetragen.
Ein ausgefülltes Beispiel
Angenommen sei, gerechnet mit gesetzten Werten, ein Durchmesser mit ± 0,05 mm Toleranz, gemessen mit Bügelmessschrauben. Nach dem NIST-Gerüst trägt der Betrieb ein: drei Wellen aus der Serie, davon je eine nahe der unteren und der oberen Grenze (Q > 2 erfüllt); alle drei Prüfer, die das Merkmal in der Serie messen (L > 2 erfüllt); alle vier vorhandenen Bügelmessschrauben dieses Typs mit Inventarnummer und gültigem Kalibrierschein (bei wenigen Geräten alle); zunächst eine Messstelle und eine Aufspannung. Das Ergebnisfeld je Messung enthält Wert, Einheit, erweiterte Messunsicherheit, Datum, Prüfer und Gerät. Verlangt der Kunde VDA Band 5 oder MSA, ersetzt dessen Vorgabe die Anzahlen dieses Beispiels.
Messunsicherheit und Rückführung dokumentieren
Ein vollständiges Messergebnis besteht nach dem DKD-Leitfaden aus dem Messwert und der beigeordneten erweiterten Messunsicherheit einschließlich Einheit; in der Kalibrierpraxis wird die Überdeckungswahrscheinlichkeit meist mit 95 Prozent gewählt. Erweiterte Messunsicherheiten sind dem Leitfaden zufolge für Konformitätsaussagen nötig, etwa zur Übereinstimmung eines Werkstücks mit einer Toleranz. Der Leitfaden betont zugleich, dass die Ermittlung der Messunsicherheit die Qualifikation des Messtechnikers nicht ersetzt, etwa bei Verfahrensauswahl, Messaufbau und Auswertung.
Die DAkkS beschreibt, dass akkreditierte Laboratorien Bezugs- und Gebrauchsnormale auf nationale Normale der PTB zurückführen. Eine solche Rückführung ist die Grundlage vergleichbarer Messungen und damit ein Baustein des Nachweises. Sie sagt aber nicht, ob dasselbe Messmittel für die Zeichnungstoleranz des konkreten Bauteils ausreicht. Diese Frage beantwortet nur eine Studie unter den tatsächlichen Messbedingungen, mit nachvollziehbar dokumentierten Wiederholungen und Messunsicherheiten.
