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Prüfprozesseignung und Messunsicherheit mit Solara® nach VDA Band 5 ( 2. Auflage)

TEQ Training & Consulting GmbH

nach VDA Band 5 ( 2. Auflage)

Referent Stephan Conrad

TEQ Training & Consulting GmbHExperts in Statistics | Institut für Management und Fertigungsmesstechnik | Six Sigma Academy

<PPE_VDA_5_2A_110118.pptx | Stephan Conrad | 2011-01-18> © Copyright TEQ Training & Consulting GmbH 1

VDA Band 5 (2. Auflage 2010)


Anwendungsbereich VDA Band 5

Der VDA Band 5 bezieht sich auf

primär auf die Prüfung geometrischer Größen

und wiederholbare Messungen

Praxisnahe Vorgehensweisen zur

D hfüh M t l d Durchführung von Messsystemanalysen und zur

Berechnung der Messunsicherheiten von Prüfprozessen.

Bekannte Verfahren aus Messsystemanalyse übernommenBekannte Verfahren aus Messsystemanalyse übernommen

Integration der Verfahren 1 (Cg, Cgk) und 2 oder 3 (%GRR)

Unterscheidung Messsystem und Messprozess in Anlehnung an Verfahren 1 und 2

Konform mit ISO/CD 22514-7 „Capability of Measurement Processes“


Ursachen für Messabweichungen

Ursachen für Messabweichungen im Ishikawa-(Fischgräten-)Diagramm

UmweltAuswerte-Mensch Messobjekt UmweltmethodeMensch

QualifikationForm

Material

Messwert-

mathemat.Modelle

Druck

Temperatur

Motivation SpannungStrom

Messobjekt

Oberfläche

Form

physische Konstitution

psychische statistische

Rechner-einsatz

Messwertverknüpfung

p

Luftfeuchtigkeit

Verschmutzungen

Disziplin Schwingungen

Beleuchtung

Mess-ergebnis

Zugänglichkeit

Empfindlichkeit

yKonstitution

statistischeMethode

Verschmutzungen

Sorgfalt

Kalibrierung/berührungslosOberflächen-

Messbereich

Zeit/Kosten

Stabilität

gJustierung

zufälligeMessabweichungen

nicht erfassteMesspunkte- d

taktileAntastung

beschaffenheit

Art des Normals

Form/PositionLage

Stabilität

Form

Auflösung

system. Messabw.

EinstellunsicherheitMesspunkte-anzahl

anordnung

MessbeständigkeitBelastbarkeit

A f h

Position


MessmittelMessmethode NormalAufnahme-vorrichtung

Bestimmung Messunsicherheit

Allgemeine Vorgehensweise

VDA 5 GUMMathematische

Modellierung des Messprozesses

Analyse Prüfprozess: Benennung von Unsicherheitskomponentenx x1, x2, …, xi

VDA 5 GUM

Methode BErfahrung

Methode AVersuch( ) ( ) ( )i21 xu,xu,xu K

Ermittlung der Standardunsicherheiten durch Methode A oder Methode Bu

Kombinierte Standardunsicherheit„Messsystem“ uMS

uMS ∑=

=n

1i

2iMS )x(uu

Standardmess-unsicherheit

ukombKombinierte Standardunsicherheit

„Messprozess“ uMPuMP ∑=

n

1i

2iMP )x(uu

Erweiterte Messunsicherheit

„Messprozess uMP

Ermittlung der erweiterten MessunsicherheitU

=1i

ukU ⋅=


MessunsicherheitMessunsicherheitUMPukU=

Verfahren nach GUM – Zusammenfassung Kapitel 8

Schritt 6

Ermitteln Sie die kombinierte Standardunsicherheit uc(y) für das Messergebnis y … aus den Standardunsicherheiten und Kovarianzen, die den Eingangsschätzwerten zugeordnet sind. Wenn die Messung gleichzeitig mehrere Ausgangsgrößen liefert, berechnen Sie deren Kovarianzen.berechnen Sie deren Kovarianzen.

( ) ( )∑∑= = ∂

∂∂∂

=N

1i

N

1jji

ji

2c x,xu

x

f

x

fyu

( ) ( )∑∑∑−

= =

∂∂

∂∂

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

=

∂∂

1N

1i

N

1ijji

N

1ii

2

2

1i 1j ji

x,xux

f

x

f2xu

x

f

xx

Schritt 7 ( ) ( ) ( ) ( )∑∑∑−

= +==

∂∂

∂∂

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

=

∂∂⎠⎝ ∂

1N N

jiji

N

i2

2

1i 1ij ji1i i

x,xrxuxux

f

x

f2xu

x

f

xxx

… = +== ∂∂⎟⎠

⎜⎝ ∂ 1i 1ij ji1i i xxx

Sensitivitätskoeffizienten


Vereinfachungen des VDA Band 5

Messsysteme sind justiert → Korrektionen sind hier nicht relevant

Einflüsse werden phänomenologisch betrachtet → Meist keine Korrelationen berechenbar oder andere Konzepte notwendig

2N2N1N N ⎞⎛⎞⎛( ) ( ) ( ) ( )

2N

1ii

i

2N

1iii

2c

1N

1i

N

1ijji

ji

xux

fxucyu0x,xu

x

f

x

f⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⇒=

∂∂

∂∂ ∑∑∑∑

==

−

= +=

Komponenten sind additiv (primär geometrische Größen)→ Sensitivitätskoeffizienten vernachlässigbar

2

( ) ( )2N

1ii

2c

ii xuyu1

x

fc ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⇒=

∂∂

= ∑=

Konsequenz: Notwendigkeit einer detaillierten Modellbildung entfällt

...uuuuu 24

23

22

21

2c ++++=


4321c

Allgemeiner Ablauf

Allgemeiner Ablauf zum Nachweis der Eignung von Messprozessen

Eingangsinformation Beschreibung ErgebnisEingangsinformation Beschreibung Ergebnis

Angaben zum Messsystem, ggf. Prüfmerkmal und zu

den Normalen

ErweiterteMessunsicherheit UMS

Eignungskennwert QMS

Nachweis derMesssystemeignung

den Normalen (Referenzmaterialien)

Eignungskennwert QMS

Angaben zum Messprozess und Prüfmerkmal incl aller zu

ErweiterteMessunsicherheit U

Nachweis der M iPrüfmerkmal, incl. aller zu

berücksichtigenden Unsicherheitskomponenten

Messunsicherheit UMP

Eignungskennwert QMP

Messprozesseignung

Angaben zum Prüfmerkmal und die zugehörige Erweiterte Messunsicherheit UMP

Bereich der Übereinstimmung bzw. Nichtübereinstimmung

(s. DIN EN ISO 14253)

Konformitätsbewertung mit der Erweiterten

Messunsicherheit

Angaben aus Messsystem, Messprozess und zum

Prüfmerkmal

Regelkarte mit berechneten Eingriffsgrenzen

LaufendeÜberprüfung der

Messprozesseignung


Messprozesseignung

VDA Band 5 (2. Auflage) – Neue Formelzeichen

Neu Unsicherheitskomponente source of uncertainty Alt

uCAL Kalibrierung des Normals / der Referenz calibration of reference uKAL

Li ität b i h li it

MS

uLIN Linearitätsabweichung non-linearity uLIN

uEVR Wiederholbarkeit (am Normal / an Referenz) repeatability (at reference) uW

uEVO Wiederholbarkeit (am Prüfobjekt) repeatability (at test object) uEV

MS

MS

MP

uAV Vergleichbarkeit der Bediener (Bedienereinfluss) comparability of appraisers uBed

uGV Vergleichbarkeit der Messvorrichtungen (Messstellen) comparability of gages -

uSTAB Vergleichbarkeit zu unterschiedlichen Zeitpunkten comparability of times uSTAB

MP

MP

MP

uIAi Wechselwirkung (-en) interaction(s) uWW

uOBJ Inhomogenität des Prüfobjekts inhomogeneity of test object uOBJ

uRE Auflösung der Anzeige / der Ablesung resolution uAuflMS

MP

MP

RE g g g Aufl

uT Temperatur temperature uTemp

uREST weitere Einflüsse other influences -

u kombinierte Standardunsicherheit (Messsystem) combined uncertainty (measurement system) u

MS

MP

MP

MSuMS kombinierte Standardunsicherheit (Messsystem) combined uncertainty (measurement system) uPM

UMS erweiterte Messunsicherheit (Messsystem) extended uncertainty (measurement system) -

uMP kombinierte Standardunsicherheit (Messprozess) combined uncertainty (measurement process) uPP

U it t M i h h it (M ) t d d t i t ( t ) U

MP

MP

MS

MS

UMP erweiterte Messunsicherheit (Messprozess) extended uncertainty (measurement process) U


MP

(Diese Liste ist für die Unsicherheitskomponenten exemplarisch und nicht umfassend, sie kann/muss je nach Anwendungsfall angepasst werden)

Korrelation und Mehrfachbewertung

Auflösung und Wiederholbarkeit – keine Korrelation?

In der Wiederholungsmessung ist die Auflösung schon enthalten

uuuuu 2222 ++++

Aber: Bei großer Auflösung RE und kleiner Wiederholstreuung sEVR dominiert RE

...uuuuu EVRLinRECALMS ++++=

g g g EVR

Konsequenz: Es wird alternativ uRE oder uEVR bewertet, je nachdem, welche Unsicherheit größer ist

...uuuuu 2EVR

2Lin

2RE

2CALMS ++++=

Allgemein

{ }uuumaxu 2222 ++


{ } ...u,u,umax...u EVOEVRREMS ++=

Ablauf Eignung Messsystem

Mehr Details …


Ablauf Eignung Messsystem

Mehr Details …


Eignungsnachweis Messsystem - Vorbereitung


Eignungsnachweis Messsystem - Bewertung

Fortsetzung

„Verfahren 1“ mit mehreren Normalen …


Eignungsnachweis Messsystem - Bewertung

Fortsetzung

Linearitätsstudie mit ANOVA


Zusammenfassung Messsystem

Bestimmung der Erweiterten Messunsicherheit des Messsystems und dessen Eignung („Tabelle 12“)


Ablauf Eignung weitere Einflüsse

FortsetzungMehr Details …

ess

Mes

spro

zeM


Eignungsnachweis Messprozess

HinweisDruckfehler im VDA Band 5 (2. Auflage)Ist: uIAVSoll: uIAi


Standardunsicherheit Messprozess nach Methode A

Typische Unsicherheitskomponenten des Messprozesses ausVersuchen (Methode A)

Vorgehensweise analog zur statistischen Versuchsplanung (Design of Experiments, DOE, D-optimale Pläne)


Standardunsicherheit Messprozess nach Methode B

Typische Unsicherheitskomponenten des Messprozesse aus Vorinformationen (Methode B)

dürfte eine… dürfte eine längere Diskussion werdenwerden

Anschaulich: „Berechne aus Vorgaben uOBJ und uT wenn relevant“


Zusammenfassung Messprozess

Bestimmung der Erweiterten Messunsicherheit des Messprozesses und dessen Eignung


Messunsicherheitsbudget und Ergebnisdarstellung

Übersichtliche Auflistung der Komponenten im Messunsicherheitsbudget


Stabilitätsüberwachung

Fortsetzung

ess

Mes

spro

zeM

Mehr Details …Mehr Details …


Messprozessmodelle

Einflussgrößen1. Auflösung der Anzeige uRE

eige

uR

E

t uC

AL o

der

uBI o

der

Bia

s

it N

orm

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n) u

EV

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-

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sobj

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BJ

u R

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2. Kalibrierunsicherheit uCALoder Fehlergrenzen MPE

3. Einstellunsicherheit uBI oder Bias

4 Wi d h lb k it it N l( )

1 A

uflö

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e

2 K

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herh

ei

Feh

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bark

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9 V

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11 T

empe

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12 W

eite

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inflü

sse

4. Wiederholbarkeit mit Normal(en) uEVR

5. Linearität mit Normalen uLIN

6. Vergleichbarkeit der Bediener mit Serienteilen uAV

7 Wi d h lb k i h B di i fl

Model AKalibrierunsicherheit des Normals

Model BAnnahmeprüfung des Messprozesses für Standardmesssysteme

Model C

7. Wiederholbarkeit ohne Bedienereinfluss mit Serienteilen uEVO

8. Vergleichbarkeit gleicher Messsysteme (Messstellen) u

Abnahme-/ Annahmeprüfung von Messsystemen

Model D1Annahmeprüfung des Messprozessesmit Bedienereinflussohne Serienteileinfluss (Serienteile lageorientiert messen)(Messstellen) uGV

9. Vergleichbarkeit zu unterschiedlichen Zeitpunkten uStab

10 Formabweichung / Oberflächen-

Model D2Annahmeprüfung des Messprozessesohne Bedienereinflussohne Serienteileinfluss (Serienteile lageorientiert, halb / automatisch zugeführt)Model E110. Formabweichung / Oberflächen

Materialeigenschaft Messobjekte uOBJ

11. Temperatur uT

12. Weitere Einflüsse uRest

Konformitäts- / Annahmeprüfung des Messprozessesmit Bedienereinflussmit Serienteileinfluss

Model E2Konformitäts- / Annahmeprüfung des Messprozessesohne Bedienereinfluss12. Weitere Einflüsse uRest


mit Serienteileinfluss (Serienteile halb / automatisch zugeführt)

Messsystem

Messprozess

Messprozessmodelle

MessprozessmodelleModel A Kalibrierunsicherheit des Normals

eige

uR

E

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uBI o

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Model B Annahmeprüfung des Messprozesses für Standardmesssysteme

Model C Abnahme-/ Annahmeprüfung von Messsystemen

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Messsystemen

Model D1 Annahmeprüfung des Messprozesses mit Bedienereinfluss ohne Serienteileinfluss (Serienteile lageorientiert messen)

Model AKalibrierunsicherheit des Normals

Model BAnnahmeprüfung des Messprozesses für Standardmesssysteme

Model C( g )

Model D2 Annahmeprüfung des Messprozesses ohne Bedienereinfluss ohne Serienteil-einfluss (Serienteile lageorientiert, halb- /

Abnahme-/ Annahmeprüfung von Messsystemen

Model D1Annahmeprüfung des Messprozessesmit Bedienereinflussohne Serienteileinfluss (Serienteile lageorientiert messen)

automatisch zugeführt)

Model E1 Konformitäts- / Annahmeprüfung des Messprozesses mit Bedienereinfluss mit Serienteileinfluss

Model D2Annahmeprüfung des Messprozessesohne Bedienereinflussohne Serienteileinfluss (Serienteile lageorientiert, halb / automatisch zugeführt)Model E1

mit Serienteileinfluss

Model E2 Konformitäts- / Annahmeprüfung des Messprozesses ohne Bedienereinfluss mit Serienteileinfluss (Serienteile halb- /

Konformitäts- / Annahmeprüfung des Messprozessesmit Bedienereinflussmit Serienteileinfluss

Model E2Konformitäts- / Annahmeprüfung des Messprozessesohne Bedienereinflussmit Serienteileinfluss (Serienteile halb /

automatisch zugeführt)


mit Serienteileinfluss (Serienteile halb / automatisch zugeführt)

Messsystem

Messprozess

solara

www.q-das.de

Anwendungen

solara

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solara

Messsystemanalyse


solara

Prüfprozesseignung und Messunsicherheit nach VDA Band 5


solara

Messunsicherheit nach GUM


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Vielen Dank Vielen Dank für Ihr Aufmerksamkeit

St h C dStephan Conrad

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