Cpk und Messsystemanalyse (Gage R&R) für Beschriftungskontrast und Haftungsmessung

Cpk und Messsystemanalyse (Gage R&R) für Beschriftungskontrast und Haftungsmessung

Das Wichtigste in Kürze

• Qualifizieren Sie die Messung vor dem Prozess. Ein Fähigkeitsindex, der mit einem nicht fähigen Messmittel berechnet wurde, ist Arithmetik, keine Information.
• Zerstörende Prüfungen brauchen Designs mit abgeglichenen Proben, weil dieselbe Probe nicht zweimal gemessen werden kann.
• Attributive Methoden haben eine eigene Übereinstimmungsstudie – Klassifizierungsschemata sind ebenfalls Messmittel.
• Fähigkeit setzt Stabilität voraus. Berechnen Sie den Cpk an einem beherrschten Prozess, sonst beschreibt die Zahl nichts Wiederholbares.

Fähigkeitsstudien an Dekorations- und Beschriftungsprozessen werden oft sorgfältig durchgeführt und falsch interpretiert, weil ein Schritt übersprungen wird. Das Messsystem wird als geeignet angenommen, die Fähigkeit wird aus der beobachteten Streuung berechnet, und ein enttäuschender Index wird dem Prozess zugeschrieben. Häufig gehört der größte Teil dieser Streuung zum Messmittel.

Die beobachtete Streuung hat zwei Quellen

Jede Messung enthält Prozessstreuung und Messstreuung zugleich. Trägt die Messung einen großen Anteil zur Gesamtstreuung bei, folgen sofort mehrere praktische Konsequenzen: Fähigkeitsindizes fallen pessimistisch aus, akzeptable Bauteile werden abgelehnt und inakzeptable angenommen, Prozessänderungen lassen sich nicht zuverlässig erkennen, und auf den Prozess gerichtete Verbesserungsbemühungen zeigen keinen sichtbaren Erfolg, weil das Rauschen dominiert.

Diese Aufteilung zu bestimmen ist der Zweck der Messsystemanalyse, und sie zuerst durchzuführen verändert, was die nachfolgende Arbeit sein sollte. Ein Prozess, dessen Messung den größten Teil der Toleranz verbraucht, hat noch kein Prozessproblem; er hat ein Messtechnikproblem, und dessen Behebung ist meist günstiger.

Das Problem der zerstörenden Prüfung

Standardstudien zur Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit (Gage R&R) beruhen darauf, dasselbe Bauteil mehrmals zu messen. Haftungsprüfungen zerstören die Probe, daher muss das Design geändert werden.

Der übliche Ansatz sind abgeglichene Proben: Bauteile, die nacheinander unter möglichst identischen Bedingungen hergestellt wurden, werden als Gruppe nominell gleichwertiger Proben behandelt, und die Analyse vergleicht die Streuung innerhalb der Gruppen mit der Streuung zwischen Prüfern und zwischen Gruppen. Die Annahme der Gleichwertigkeit innerhalb einer Gruppe ist tragend, und jede echte Streuung von Bauteil zu Bauteil innerhalb der Gruppe wird dem Messsystem zugeschrieben.

Das ist eine Einschränkung, die man nennen statt verbergen sollte. Sie bedeutet, dass Gage-Studien bei zerstörender Prüfung eine obere Schranke der Messstreuung statt eines exakten Werts liefern, was dennoch nützlich ist – ist die obere Schranke akzeptabel, ist die Messung geeignet.

Attributive Methoden sind ebenfalls Messmittel

Haftungsklassifizierungsschemata und visuelle Beschriftungsbeurteilungen sind Messsysteme und verdienen dieselbe Sorgfalt. Eine Attributübereinstimmungsanalyse legt Prüfern eine Reihe von Bauteilen vor, die die Akzeptanzgrenze abdecken, wiederholt in zufälliger Reihenfolge, und erfasst, ob jeder Prüfer bei wiederholter Vorlage mit sich selbst und mit den anderen Prüfern übereinstimmt.

Die Ergebnisse an Grenzfallbauteilen fallen regelmäßig schlechter aus als erwartet, und genau in diesem Bereich werden Annahmeentscheidungen getroffen. Bei schlechter Übereinstimmung sind die Abhilfeoptionen bessere Referenznormale, klarere Klassifizierungskriterien, Schulung an bekannten Mustern oder der Ersatz der attributiven Methode durch eine instrumentelle.

Die einzelnen Messungen

Beschriftungskontrast. Die instrumentelle Messung ist reproduzierbar, sofern die Bedingungen festgelegt sind: Gerätetyp, Beleuchtungsgeometrie, Blende und Messposition relativ zur Beschriftung und zu einem definierten Hintergrundbezug. Oberflächenstruktur, Krümmung und Glanz beeinflussen die Messwerte alle, sodass Bauteile mit dreidimensionalen beschrifteten Flächen eine definierte Aufspannung als Teil der Methode brauchen.

Code-Verifikation. Die Bewertung maschinenlesbarer Codes nach einer anerkannten Norm gehört zu den besser beherrschbaren Messungen in diesem Bereich, weil die Normen Blende, Wellenlänge und Geometrie eng festlegen. Die Wiederholbarkeit ist im Allgemeinen gut; die Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Verifikatormodellen weniger, weshalb die Spezifikation die Geräteklasse nennen sollte.

Haftung. Klebeband- und Gitterschnittverfahren reagieren empfindlich auf Klebebandcharge, Anpressdruck, Verweilzeit sowie Abziehgeschwindigkeit und -winkel. Abzugsprüfungen sind quantitativer, reagieren aber empfindlich auf Ausrichtung des Prüfstempels, Klebstoffhärtung und Belastungsgeschwindigkeit. Beide profitieren erheblich von Aufspannungen, die die Technik des Bedieners aus dem Ergebnis herausnehmen.

Oberflächenenergie. Die Dyne-Prüfung ist schnell, günstig und technikdominiert: Tintenalter, aufgetragene Menge, Ablesezeitpunkt und die Beurteilung des Bedieners, wann ein Film aufgerissen ist, verschieben alle das Ergebnis, und die stufenweise Natur des Tintensatzes begrenzt die Auflösung. Ist die Oberflächenenergie ein kontrollierter Parameter mit engem Fenster, liefert Kontaktwinkelmesstechnik eine Auflösung und Wiederholbarkeit, die Dyne-Tinten nicht bieten.

Fähigkeit setzt zuerst Stabilität voraus

Ein an einem instabilen Prozess berechneter Fähigkeitsindex beschreibt eine Mischung von Zuständen statt eines Prozesses und sagt zukünftigen Output nicht voraus. Die Messung über einen Zeitraum in einer Regelkarte zu führen und die Abwesenheit von Verschiebungen, Trends und speziellen Ursachen zu bestätigen, ist eine Voraussetzung und keine Verfeinerung.

Auch die Verteilungsform ist wichtig. Haftungs- und Kontrastdaten sind häufig schief oder begrenzt – eine Klassifizierungsskala hat eine Obergrenze, Kontrast hat physikalische Grenzen –, und auf stark nicht normalverteilte Daten angewendete Indizes der Normalverteilungstheorie können erheblich in beide Richtungen falsch liegen. Die Daten zu plotten, bevor irgendetwas berechnet wird, ist die günstigste verfügbare Absicherung.

Die meisten Anforderungen sind hier einseitig: Kontrast über einem Minimum, Haftung über einem Schwellenwert, Oberflächenenergie über einem Niveau. Es gilt der passende einseitige Index, und es lohnt sich, ausdrücklich anzugeben, welche Grenze bewertet wird, statt einen zweiseitigen Wert zu berichten, der gegen eine erfundene obere Grenze berechnet wurde.

Was bei einem schlechten Ergebnis zu tun ist

Ein schwaches Fähigkeitsergebnis hat drei mögliche Verursacher, und die Analyse sollte klären, welcher es ist. Dominiert die Messstreuung, verbessern Sie die Messung – Aufspannung, Methodendisziplin, bessere Messtechnik, Schulung. Liegt der Prozessmittelwert nahe an der Grenze, zentrieren Sie ihn, was meist das günstigste der drei Mittel ist. Ist die Prozessstreuung tatsächlich breit, müssen die Quellen gefunden werden, und bei diesen Prozessen sind es typischerweise Chargenschwankungen des Materials, Abdeckung und Konsistenz der Behandlung, Geometrieunterschiede von Bauteil zu Bauteil und Drift zwischen Wartungsintervallen.

Diese drei Fälle zu unterscheiden ist der gesamte Wert einer vorgeschalteten Messsystemanalyse. Ohne sie führt jede schlechte Fähigkeitszahl zur selben Reaktion – den Prozess straffen –, und in etwa einem Drittel der Fälle zielt diese Reaktion auf das Falsche.

Stichprobenahme, die die tatsächlichen Streuquellen abbildet

Eine Fähigkeitsstudie ist nur so repräsentativ wie die Bauteile, die in sie eingehen, und Studien an Dekorationslinien werden häufig an einem einzigen Produktionslauf, aus einer einzigen Harzcharge, in einer Schicht, mit einem Bediener und in einer einzigen Woche durchgeführt. Der resultierende Index beschreibt diesen Lauf und nicht den Prozess.

Die Streuung, die an diesen Linien tatsächlich zählt, liegt zwischen Harz- und Farbmittelchargen, zwischen Kavitäten eines Mehrfachwerkzeugs, zwischen Vorrichtungspositionen, zwischen Schichten und Bedienern und über Wartungsintervalle hinweg. Ein Stichprobenplan, der diese Quellen bewusst abdeckt, liefert einen Fähigkeitswert, der zukünftigen Output vorhersagt; einer, der sie alle konstant hält, liefert eine optimistische Zahl, die sich nicht reproduzieren lässt.

Der praktische Ansatz ist ein rationales Untergruppenschema: kleine Untergruppen, die oft genug entnommen werden, um die kurzfristige Streuung zu erfassen, über einen Zeitraum, der lang genug ist, um Chargen- und Wartungszyklen einzuschließen. Es dauert länger als eine Studie mit einem einzelnen Lauf, und es ist der Unterschied zwischen einer Zahl, die eine Entscheidung stützt, und einer Zahl, die einen Bericht stützt.

Weiterführende Informationen

• Eine durchsetzbare Spezifikation verfassen
• IQ, OQ und PQ für die Laserbeschriftung
• Nachweis, dass eine Spezifikation erfüllt wurde
• Dyne-Prüfung und Oberflächenenergie
• FMEA für eine Beschriftungs- oder Dekorationslinie

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The Sabreen Group bietet unabhängige Ingenieurunterstützung bei Messsystemanalyse und Prozessfähigkeitsstudien für Dekorationsprozesse. Unser Team für Ingenieurdienstleistungen arbeitet mit Herstellern an Prozessentwicklung, Werkstoffqualifizierung und Fehlersuche in der Produktion. Kontaktieren Sie uns, um Ihre Anwendung zu besprechen.

Häufig gestellte Fragen

Warum kommt die Messsystemanalyse vor der Fähigkeit?

Weil die beobachtete Streuung die Summe aus Prozessstreuung und Messstreuung ist. Macht das Messsystem einen großen Teil der Toleranz aus, beschreibt der berechnete Fähigkeitsindex überwiegend das Messmittel, und auf den Prozess gerichtete Verbesserungsbemühungen bewegen ihn nicht. Die vorherige Qualifizierung der Messung zeigt, welches Problem Sie tatsächlich haben.

Wie wird Gage R&R bei einer zerstörenden Prüfung durchgeführt?

Mit abgeglichenen Proben anstelle wiederholter Messung. Bauteile, die nacheinander unter identischen Bedingungen hergestellt wurden, gelten als nominell identisch, und die Analyse vergleicht die Streuung innerhalb der Gruppen und zwischen den Prüfern. Die Annahme, dass die Gruppenmitglieder gleichwertig sind, trägt echtes Gewicht und sollte genannt werden, da Streuung von Bauteil zu Bauteil innerhalb der Gruppe als Messstreuung erscheint.

Brauchen visuelle Klassifizierungsmethoden diese Behandlung?

Ja. Ein Klassifizierungsschema wie eine Gitterschnitt-Haftungsbewertung ist ein Messmittel, und eine Attributübereinstimmungsanalyse stellt fest, ob Prüfer untereinander und bei wiederholter Betrachtung mit sich selbst übereinstimmen. Die Uneinigkeitsraten bei Grenzfallbauteilen sind häufig hoch und sollten bekannt sein, bevor die Methode für die Abnahme eingesetzt wird.

Was macht die Messung der Oberflächenenergie schwer zu qualifizieren?

Die Dyne-Prüfung ist schnell und technikabhängig: Tintenalter, aufgetragene Menge, Ablesezeit und Beurteilung des Bedieners verschieben alle das Ergebnis, und die Messung ist stufenweise statt kontinuierlich, was die Auflösung begrenzt. Kontaktwinkelgeräte bieten bessere Auflösung und Wiederholbarkeit, wo die Anwendung sie rechtfertigt.

Ist der Cpk bei einer einseitigen Spezifikation aussagekräftig?

Ja, mit dem einschlägigen einseitigen Index, da die meisten Beschriftungs- und Haftungsanforderungen nur ein Minimum vorgeben – Kontrast über einem Schwellenwert, Haftung über einem Wert. Wichtiger ist, dass der Prozess stabil und die Verteilung verstanden ist, da Haftungs- und Kontrastdaten häufig schief sind und normalverteilungsbasierte Indizes in die Irre führen können.

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