Eignungsnachweis von Mess- und Prüfprozessen

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. 1. Mess- und Prüfprozesseignung

   Edgar Dietrich, Stephan Conrad

   Zusammenfassung

   Diese Frage kann mit einem plakativen Satz beantwortet werden: „Man kann nur so genau fertigen, wie man messen kann!“ Auch wenn vielfach der Hinweis gegeben wird, dass die Fertigung heutzutage eine sehr hohe Qualität hat, angeblich auch höher als die der Messprozesse, gleicht das einer Fahrt im Nebel mit überhöhter Geschwindigkeit und dem Hinweis, dass auch gestern niemand aus der Vorfahrtsstraße rechts kam. Nachhaltige Qualität muss messbar und bewertbar sein. Daraus leitet sich die technische Notwendigkeit ab, dass für die korrekte Beurteilung von Prozessen in der Fertigung und Produktion geeignete Mess- und Prüfprozesse zur Verfügung stehen müssen. Die mit dem Messprozess ermittelten Messwerte sind die Grundlage der Beurteilung von realen Sachverhalten und müssen diese ausreichend sicher widerspiegeln. Ein nicht geeigneter Messprozess verwischt die Realität und lässt keine sicheren Rückschlüsse zu.

3. 2. Definitionen und Begriffe

   Edgar Dietrich, Stephan Conrad

   Zusammenfassung

   Die verwendeten Begriffe und Definitionen sind in (AIAG 2010), (DGQ 2009), (Dietrich, Conrad 2021), (ISO 2007), (DIN 2009), (DIN 2013) und (VDA 2021) festgelegt und können dort nachgelesen werden. Hier sind nur die für die folgenden Abschnitte wesentlichen Begriffe nochmals kurz dargestellt und anhand von Grafiken untermauert und kurz kommentiert.

4. 3. Einflussgrößen auf den Messprozess

   Edgar Dietrich, Stephan Conrad

   Zusammenfassung

   Die beste Untersuchung und Beurteilung eines Messgerätes, wie diese im Sinne der Prüfmittelüberwachung durchgeführt wird, ist für den Eignungsnachweis eines Messprozesses nur eine notwendige, aber nicht hinreichende Komponente. Im realen Einsatz bzw. bei einer konkreten Messaufgabe haben meist weitere Einflussgrößen eine nicht unerhebliche Auswirkung auf das Messergebnis. Daher wird hier von einem Messprozess gesprochen, der neben dem Messgerät selbst alle relevanten Einflussgrößen enthält (s. Kapitel 1, Bild 1.2, und Bild 3.1). Jede Einflussgröße für sich allein betrachtet trägt einen Teil zur gesamten Messabweichung bei. Ob sich aufgrund von Abhängigkeiten von Einflussgrößen die Auswirkung verstärkt oder korrigiert, soll hier nicht näher erörtert werden. Vielmehr ist es das Ziel des Eignungsnachweises bei einem Messprozess, die signifikanten Einflussgrößen zu finden und den Beitrag an Messabweichung abzuschätzen. Die Gesamtheit der einzelnen Messabweichungen ergibt die Messunsicherheit.

5. 4. Messsystemfähigkeit als Eignungsnachweis für Messprozesse

   Edgar Dietrich, Stephan Conrad

   Zusammenfassung

   Die Vorgehensweise bei Messsystemfähigkeitsuntersuchungen wurde in erster Linie von der Automobilindustrie entwickelt. Es gibt keine Norm aus dem DIN oder ISO-Umfeld, in der diese Betrachtungsweise festgelegt ist. Daher steht auch keine einheitliche Vorgehensweise zur Verfügung. Basierend auf der AIAG MSA (AIAG 2010) sind zur Konkretisierung und praktikablen Umsetzung mehrere firmenspezifische Richtlinien entstanden, zum Beispiel:

   • SP-Q-MSS – General Motors. Co. (General Motors Co. – GM Powertrain 2010)
   • EU 1880 – Ford Motor Co. (Ford Motor Co. 1997)
   • PTS02-081ME – Ford Motor Co. (Ford Motor Co. 2013)
   • PTP07-015 Control of Inspection, Measuring and Test Equipment (Ford Motor Co. 2012)
   • Heft 10 – Robert Bosch GmbH (Robert Bosch GmbH 2019a)
   • LF 5 – DaimlerChrysler AG (Daimler AG 2013)
   • Leitfaden der Automobilindustrie (Q-DAS GmbH 2001) (s. Anhang)

6. 5. Eignungsnachweis von attributiven Prüfprozessen

   Edgar Dietrich, Stephan Conrad

   Zusammenfassung

   Bei dem Eignungsnachweis für Prüfprozesse konzentrieren sich die Verfahren hauptsächlich auf variable Merkmale. Ist aus wirtschaftlichen oder technischen Gründen eine Prüfung mit anzeigenden Messgeräten nicht möglich, werden häufig Lehren (Bild 5.1) eingesetzt. Man spricht dann von einem sogenannten attributiven Prüfprozess. Auch Lehren haben aufgrund ihrer Fertigungstoleranz eine Unsicherheit und unterliegen natürlich auch der Abnutzung. Darüber hinaus kann der Prüfprozess wesentlich durch den Bediener beeinflusst werden.

7. 6. Erweiterte Messunsicherheit als Eignungsnachweis für Messprozesse

   Edgar Dietrich, Stephan Conrad

   Zusammenfassung

   Die Grundlage zur Bestimmung der Messunsicherheit ist der 1995 erstmals erschienene „Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement“, auf Deutsch der „Leitfaden zur Bestimmung der Messunsicherheit“, oder kurz „GUM“ genannt. Dieses Papier ist auch als ISO/IEC Guide 98-3 (ISO 2008) und JCGM 100 (JCGM 2008) bekannt und gilt als internationale Basis zur Bestimmung der Messunsicherheit. Jegliche Ermittlung und Angabe der Messunsicherheit müssen konform zu den Vorgehensweisen und Forderungen des GUM sein, um auf internationaler Ebene anerkannt zu werden. Obwohl diese Schrift schon 1995 erstmals erschienen ist, wurde sie im industriellen Umfeld außerhalb der regulierten Bereiche und des Kalibrierwesens nur zaghaft umgesetzt. Trotz der normativen Forderung nach Kenntnis der Messunsicherheit waren auf Kunden-Lieferanten-Ebene Fähigkeitsnachweise nach AIAG MSA (AIAG 2010), dem Leitfaden aus der Automobilindustrie (Q-DAS GmbH 2001) und diversen firmenspezifischen Richtlinien üblich und wurden lange Zeit noch als ausreichend angesehen, obwohl diese Papiere keine Messunsicherheit berechnen. Nur auf regulierter Ebene war die Bestimmung der Messunsicherheit gefordert, das heißt im Wesentlichen im Eichwesen und im Kalibrierdienst. Mittlerweile hat sich die Situation durch die DIN EN ISO 14253-1 (DIN 2018a) und die DIN EN ISO 10012 (DIN 2004) geändert, ebenso durch die Bewertung der Mess- und Prüfprozesse über den Nachweis der Messunsicherheit im VDA Band 5 (VDA 2021). Für die Durchführung von Konformitätsprüfungen wird mittlerweile die Kenntnis und Berücksichtigung der Messunsicherheit des Messprozesses als unabdingbar vorausgesetzt.

8. 7. Eignungsnachweis und erweiterte Messunsicherheit nach ISO 22514-7 und VDA Band 5

   Edgar Dietrich, Stephan Conrad

   Zusammenfassung

   Die Bestimmung der erweiterten Messunsicherheit im Sinne des GUM (ISO 2008) ist für Messprozesse, die direkt in dwer Fertigung bzw. Produktion eingesetzt werden, oftmals zu komplex und insbesondere für Praktiker nicht nachvollziehbar.

9. 8. Vergleich Firmenrichtlinien, AIAG MSA und VDA 5 bzw. ISO 22514-7

   Edgar Dietrich, Stephan Conrad

   Zusammenfassung

   Bezüglich der Begriffe und Definitionen hat die AIAG MSA (AIAG 2010) in der ersten Auflage 1990 mangels internationaler Normierung Standards gesetzt. So war das erste internationale Wörterbuch der Metrologie (VIM) (Brinkmann 2012; ISO 2007) bereits 1989 erstmals erschienen, aber erst in der Ausgabe von 1994 wurden die Begriffe wie Messsystem, Messprozess und Messunsicherheit definiert. Auch der Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen (GUM)(ISO 2008) ist erst 1995 veröffentlicht worden. Die AIAG MSA (AIAG 2010) hat sich zwar im Laufe der vier Ausgaben den Begriffen der internationalen Normierung angenähert, aber grundlegende Begriffe unabhängig von internationalen Standards beibehalten, was aufgrund des hohen Verbreitungsgrades und der Entkopplung aus der Normenwelt auch problemlos möglich war.

10. 9. Sonderfälle bei der Mess- und Prüfprozesseignung

    Edgar Dietrich, Stephan Conrad

    Zusammenfassung

    Die in den vorangegangenen Abschnitten beschriebenen Verfahren und Vorgehensweisen können auf nahezu alle Mess- und Prüfmittel übertragen werden. Allerdings gibt es aufgrund technischer und wirtschaftlicher Kriterien Anwendungsfälle, für die eine Übertragung nur mit großem Aufwand machbar ist. Darüber hinaus gibt es Fälle, bei denen die Vorgehensweise prinzipiell nicht übertragen werden kann. So kann beispielsweise bei einer zerstörenden Prüfung das Prüfobjekt nicht zweimal verwendet werden. Damit sind keine Wiederholungsmessungen möglich. Dies gilt auch, wenn Wiederholmessungen durch Verletzung der Wiederholbedingungen nicht möglich sind, z. B. weil sich die Referenz mit der Zeit verändert oder der identische Messort nicht wiederholbar abgefahren werden kann (dynamische Messung). Bei einer Oberflächenmessung können zwar Wiederholungsmessungen durchgeführt werden, allerdings ist es mit einem taktilen Tastkopf nicht sinnvoll, an der gleichen Stelle zwei- oder mehrmals zu messen, da er die Oberfläche durch die vorangegangenen Messungen verändert und damit das Folgeergebnis beeinflusst. Diese Liste kann beliebig fortgesetzt werden. Das heißt, bei einigen Prüfprozessen können die Verfahren nur in modifizierter Form unter bestimmten Annahmen, Voraussetzungen oder unter Einschränkungen angewandt werden. Oft müssen auch die Grenzwerte für die Eignung der Prüfprozesse angepasst werden.

11. 10. Umgang mit nicht geeigneten Messsystemen und Messprozessen

    Edgar Dietrich, Stephan Conrad

    Zusammenfassung

    Sollte bei einem Eignungsnachweis oder der Fähigkeitsuntersuchung erkennbar sein, dass ein Messsystem oder Messprozess nicht geeignet ist, so muss ein spezieller Prozess gestartet werden, um mit dieser Situation umzugehen.

12. 11. Typische Fragen zur Mess- und Prüfprozesseignung

    Edgar Dietrich, Stephan Conrad

    Zusammenfassung

    Die Eignungsnachweise sind in der Regel sehr zeitaufwendig und insbesondere bei einer großen Anzahl von Messsystemen nur bedingt nach den bekannten Standardverfahren durchführbar. In unserer betrieblichen Praxis, in der Lehre und in der Weiterbildung stellen Kunden und Seminarteilnehmer im Vorfeld schon oft allgemeine Fragen, die hier, soweit möglich, zusammenfassend beantwortet werden sollen:

    • Für welche Mess- und Prüfprozesse sind die Eignungsnachweise durchzuführen?
    • Wie erfolgt eine Beurteilung von neuen Messsystemen?
    • Wie erfolgt die Beurteilung von ähnlichen Messsystemen?
    • Können Messgerätegruppen zusammengefasst werden?
    • Wie häufig sind Eignungsnachweise durchzuführen?
    • Sind für Standardmesssysteme Eignungsnachweise durchzuführen?
    • Ist ein Eignungsnachweis bei zerstörender Prüfung möglich?
    • Welche Annahmekriterien sind maßgebend?
    • Ist die Richtlinie des jeweiligen Abnehmers vollständig einzuhalten?
    • Wie ist bei „nicht fähigen“ Messsystemen zu reagieren?
    • Eine pauschale Antwort auf diese Fragen ist oft nicht möglich. Im jeweiligen Fall sind immer die praktischen, technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen zu beachten.

13. 12. Eignungsnachweis bei der Sichtprüfung

    Edgar Dietrich, Stephan Conrad

    Zusammenfassung

    Grundsätzlich gelten die gleichen Voraussetzungen am Arbeitsplatz wie bei attributiven Prüfprozessen. Allerdings ist der subjektive Einfluss bei dieser Art der Prüfung sehr hoch. Daher sind Rahmenbedingungen zu schaffen, um die Auswirkungen so weit wie möglich in Grenzen zu halten. Dabei ist größter Wert auf die kontinuierliche Qualifikation der Prüfer zu legen. Besonders kritisch ist hierbei die richtige Beleuchtung (Bild 12.1) und (Bild 12.2), das heißt, insbesondere die Beleuchtungsrichtung und Lichtstärke sowie die Ausleuchtung des Prüfobjektes sind zu beachten (s. hierzu auch Normen-Reihe DIN 5035).

14. 13. Beschaffung von Prüfmitteln

    Edgar Dietrich, Stephan Conrad

    Zusammenfassung

    Bereits bei der Beschaffung eines Prüfmittels ist größter Wert darauf zu legen, dass es für den späteren Einsatz bei einer konkreten Messaufgabe geeignet ist. Daher sind die Anforderungen genau zu spezifizieren und die Abnahmemodalitäten festzulegen. Eine exakte Abstimmung zwischen Kunde und Lieferant bereits in der Angebots- und Bestellphase vermeidet spätere Irritationen.

15. 14. Eignungsnachweis für Mess- und Prüfsoftware

    Edgar Dietrich, Stephan Conrad

    Zusammenfassung

    Ohne den Einsatz von Software ist eine Überwachung, Messung und Auswertung von Qualitätsdaten nicht mehr denkbar. In der Vergangenheit war die „Rechnergläubigkeit“ sehr hoch. Den von Rechnerprogrammen gelieferten Ergebnissen wurde und wird heute teilweise noch blindlings vertraut. Gerade wegen der Vielfältigkeit und der Komplexität der Programme ist Software allerdings sehr fehlerbehaftet. Selbst bei sehr umfangreichen Tests werden nicht alle „Bugs“ gefunden (s. Abschnitt 14.2). Umso wichtiger ist die Überprüfung der Software, ob sie den Anforderungen für den konkreten Einsatz genügt.

16. Backmatter