マークコントラストと密着性の測定におけるCpkとゲージR&R

マークコントラストと密着性の測定におけるCpkとゲージR&R

要点

• プロセスより先に測定を適格性確認してください。能力のない測定器で算出した工程能力指数は、情報ではなくただの計算です。
• 破壊試験には対応サンプル設計が必要です。同じ試験片を2回測定することはできないためです。
• 計数値の方法にも、それぞれの一致性の評価があります。分類の尺度も測定器の一種です。
• 工程能力は安定性を前提とします。Cpkは管理状態にあるプロセスで算出してください。そうでなければ、その数値は再現性のある何も表しません。

加飾やマーキングのプロセスに対する工程能力調査は、熱心に行われながら誤って解釈されることがよくあります。ある手順が省かれるためです。測定システムは適切であると仮定され、観測されたばらつきから工程能力が算出され、期待外れの指数はプロセスのせいにされます。しかし、そのばらつきの大半は測定器に由来することが少なくありません。

観測されるばらつきには2つの要因がある

あらゆる測定には、プロセスのばらつきと測定のばらつきが合わさって含まれています。測定が全体に占める割合が大きい場合、いくつかの実務上の結果がすぐに生じます。工程能力指数が悲観的になる、許容品が不合格になり不合格品が受け入れられる、プロセスの変化を確実に検出できない、そしてノイズが支配的なため、プロセスに向けた改善の努力が目に見える成果を生まない、ということです。

この内訳を明らかにすることが測定システム解析の目的であり、これを最初に行うと、その後の作業のあり方が変わります。測定が公差の大半を消費しているプロセスには、まだプロセスの問題はありません。あるのは計測の問題であり、その解決は通常、より低コストで済みます。

破壊試験の問題

標準的なゲージの繰り返し性と再現性（ゲージR&R）の調査は、同じ部品を複数回測定することに依存します。密着性試験は試験片を破壊するため、設計を変更しなければなりません。

通常の方法は対応サンプルです。可能な限り同一の条件で隣接して製造された部品を、名目上同等の試験片の集団として扱い、その集団内のばらつきを、作業者間および集団間のばらつきと比較して解析します。集団内が同等であるという仮定は前提を支えており、その内部に真の部品間ばらつきがあれば、それは測定システムのものとして扱われます。

これは隠すのではなく、明記すべき制約です。破壊試験のゲージ調査は、測定ばらつきの正確な値ではなく上限を確立するということを意味しますが、それでも有用です。上限が許容できるものであれば、その測定は適切です。

計数値の方法も測定器である

密着性の分類尺度や、マークの目視評価は測定システムであり、同じ精査を受けるに値します。計数値の一致性解析では、合否の境界にまたがる部品群を評価者に提示し、ランダムな順序で繰り返して、各評価者が繰り返しの提示で自分自身と一致しているか、また他の評価者と一致しているかを記録します。

境界に近い部品での結果は、たいてい予想より悪いものです。そして、合否の判断が下されるのはまさにその領域です。一致度が低い場合の対策は、より良い基準となる見本、より明確な分類基準、既知のサンプルを用いた訓練、あるいは計数値の方法を計測器による方法に置き換えることです。

個別の測定

マークコントラスト。計測器による測定は、条件が固定されていれば再現性があります。計測器の種類、照明の幾何条件、アパーチャ、そしてマークおよび定められた背景の基準に対する測定位置です。表面のテクスチャ、曲率、光沢はいずれも読み取り値に影響するため、三次元のマーキング面を持つ部品では、方法の一部として定められた治具の構成が必要です。

コード検証。認められた規格に基づくマシンリーダブルなコードのグレーディングは、この分野で比較的挙動の良い測定の1つです。規格がアパーチャ、波長、幾何条件を厳密に規定しているためです。繰り返し性は一般に良好ですが、異なる検証器のモデル間の再現性はそれほどでもなく、そのため仕様では装置のクラスを明記すべきです。

密着性。テープ試験と碁盤目試験は、テープのロット、貼付圧力、保持時間、剥離速度と角度に敏感です。引き剥がし試験はより定量的ですが、ドリー（試験治具）のアライメント、接着剤の硬化、負荷速度に敏感です。どちらも、結果から作業者の技量を取り除く治具の使用で大きな効果が得られます。

表面エネルギー。ダイン試験は迅速で安価ですが、技量に大きく左右されます。インクの経過時間、塗布量、読み取りの間隔、そして膜が破れた時点についての作業者の判断が、いずれも答えを変えますし、インクセットが段階的であるため分解能にも限界があります。表面エネルギーが狭いウィンドウで管理されるパラメータである場合、接触角の計測器は、ダインインクにはない分解能と繰り返し性をもたらします。

工程能力にはまず安定性が必要

不安定なプロセスで算出した工程能力指数は、プロセスではなく複数の状態の混合を表しており、将来の出力を予測しません。ある期間にわたって測定値を管理図にし、シフト、トレンド、特殊原因がないことを確認することは、改良ではなく前提条件です。

分布の形状も重要です。密着性やコントラストのデータは、しばしば偏っていたり有界だったりします。分類尺度には上限があり、コントラストには物理的な限界があるためで、大きく非正規なデータに正規分布を前提とした指数を適用すると、どちらの方向にも大きく誤ることがあります。何かを算出する前にデータをプロットすることは、利用できる最も安価な安全策です。

ここでの要件の大半は片側です。コントラストは最小値以上、密着性はしきい値以上、表面エネルギーはあるレベル以上といった具合です。適切な片側指数が適用されます。架空の上限値に対して算出した両側の数値を報告するのではなく、どちらの限界を評価しているのかを明示することが重要です。

結果が悪かった場合の対応

工程能力の結果が悪い場合、その責任の所在には3つの可能性があり、解析ではそのどれかを特定する必要があります。測定のばらつきが支配的であれば、測定を改善します。治具、方法の規律、より良い計測器、訓練です。プロセスの平均が限界に近い場合は、中心に寄せます。これは通常、3つの中で最も低コストです。プロセスのばらつきが本当に大きいなら、その要因を見つけなければなりません。これらのプロセスでは、通常、材料ロットのばらつき、処理範囲とその一貫性、部品間の形状の違い、メンテナンス間隔中のドリフトです。

この3つのケースを区別することが、測定解析を先に行うことの価値のすべてです。それがなければ、工程能力の数値が悪いたびに同じ対応、つまりプロセスを引き締めるという対応になり、およそ3回に1回は、その対応が的外れです。

ばらつきの真の要因を反映するサンプリング

工程能力調査が代表性を持つ度合いは、それに投入された部品によって決まります。加飾ラインでの調査は、単一の生産ロット、単一の樹脂ロット、単一のシフト、1人の作業者、単一の週に対して実施されることがよくあります。その結果得られる指数は、プロセスではなくその生産ロットを表しています。

これらのラインで実際に重要なばらつきは、樹脂と着色剤のロット間、多数個取り金型のキャビティ間、治具の位置間、シフトと作業者間、メンテナンス間隔をまたぐものです。これらの要因を意図的にまたぐサンプリング計画は、将来の出力を予測する工程能力の数値を与えます。すべてを一定に保つ計画は、再現されない楽観的な数値を与えます。

実務的な手法は、合理的な群分けの方式です。短期のばらつきを捉えられる頻度で採取した小さな群を、ロットとメンテナンスのサイクルを含められるだけ十分に長い期間にわたって集めます。単一の生産ロットによる調査よりも完了までに時間はかかりますが、判断を支える数値と、報告書を支えるだけの数値との違いはそこにあります。

関連記事

• 強制力のある仕様の書き方
• レーザーマーキングのIQ、OQ、PQ
• 仕様が満たされたことの証明
• ダイン試験と表面エネルギー
• マーキング・加飾ラインのFMEA

ご相談ください

The Sabreen Groupは、加飾工程における測定システム解析と工程能力調査について、独立した立場からエンジニアリング支援を提供しています。当社のエンジニアリングサービスチームは、製造業のお客様とともに、プロセス開発、材料の適格性確認、量産トラブルの解決に取り組みます。お客様の用途について、ぜひお問い合わせください。

よくあるご質問

なぜ、工程能力より先に測定システム解析を行うのですか？

観測されるばらつきは、プロセスのばらつきと測定のばらつきの合計だからです。測定システムが公差の大きな割合を占めている場合、算出された工程能力指数はおもに測定器を表しており、プロセスに向けた改善の努力では、その値は動きません。先に測定の適格性を確認することで、実際にどちらの問題を抱えているかが分かります。

破壊試験でゲージR&Rはどのように行いますか？

繰り返し測定の代わりに、対応サンプルを使います。同一条件で隣接して製造された部品を名目上同一のものとして扱い、集団内と作業者間のばらつきを比較して解析します。集団の構成員が同等であるという仮定は実質的な役割を担っているため明記すべきで、集団内の部品間ばらつきは、測定のばらつきとして現れるからです。

目視による分類方法にも、この扱いは必要ですか？

必要です。碁盤目の密着性評価のような分類尺度は測定器であり、計数値の一致性解析によって、評価者が互いに、また繰り返しの観察で自分自身と一致しているかどうかが分かります。境界に近い部品での不一致率は高いことが多く、その方法を合否判定に使う前に把握しておく価値があります。

表面エネルギーの測定は、なぜ適格性確認が難しいのですか？

ダイン試験は迅速ですが、技量に依存します。インクの経過時間、塗布量、読み取り時間、作業者の判断がいずれも結果を変え、測定は連続的ではなく段階的であるため、分解能が限られます。用途上必要な場合は、接触角計のほうが、より優れた分解能と繰り返し性が得られます。

片側規格に対して、Cpkは意味を持ちますか？

持ちます。該当する片側指数を用います。マーキングと密着性の要件の大半は、コントラストがしきい値以上、密着性がある値以上のように、下限のみだからです。より重要なのは、プロセスが安定していること、そして分布が理解されていることです。密着性やコントラストのデータは偏っていることが多く、正規分布に基づく指数は誤解を招くことがあるためです。

---