Spôsobilosť kontrolných prostriedkov

 V súčasnom komplexnom prístupe ku kvalite výrobného a kontrolného procesu nachádza stále dominantnejšie uplatnenie posudzovanie spôsobilosti kontrolných prostriedkov. Preukázanie spôsobilosti je vyvolané stále sa zvyšujúcou potrebou dokázať vhodnosť zvolenej kontrolnej metódy z hľadiska globálneho prístupu ku kontrolnému procesu, tak aby tento bol porovnateľný s kontrolným procesom ostatných výrobcov. Tým sa má dosiahnuť celosvetová jednotnosť výstupov výrobného procesu, uľahčenie kooperácie výroby v rôznych prostrediach metrologickej nadväznosti podľa vývoja v každej krajine.

Spôsobilosť kontrolných prostriedkov vyjadruje vzťah presnosti skúšobných prostriedkov k očakávanej kvalite skúšobného znaku. Tento vzťah bol aj v minulosti sporadicky pre niektoré merania a kalibráciu určený. Napr. pre kalibráciu tlakomerov definuje STN 25 7215 v bode 2.2 vzťah medznej chyby presnosti skúšobného a skúšaného tlakomera

Do < 0,25 D

kde
Do je najväčšia dovolená chyba použitého etalónu
D najväčšia dovolená chyba skúšaného prístroja

Takéto podmienky spôsobilosti kontrolných prostriedkov boli určené aj pre iné kontrolné procesy, ale neboli univerzálne a hlavne neboli jednotné z pohľadu kritéria minimálnej prijateľnosti kontrolného prostriedku. Takýto prístup nebol najvhodnejší z pohľadu univerzálneho posúdenia spôsobilosti z pohľadu systému kvality pre jeho nejednotnosť a špecifičnosť vzhľadom na predmet kontroly. Obyčajne sme sa uspokojili konštatovaním, že sme splnili podmienku prijateľnosti pre kalibráciu, pričom sme túto podmienku bližšie nekvantifikovali.

V súčasnom období sa objavujú návody, ktoré vyjadrujú spôsobilosť použitia kontrolného meradla vo vzťahu ku kontrolovanému znaku výrobku, ale aj vo vzťahu k predmetu kalibrácie. Navyše tieto vzťahy umožňujú posúdiť z pohľadu spôsobilosti každý kontrolný úkon jednotne a tento kvantifikovať v percentách spôsobilosti vzhľadom na vlastnosť predmetu skúšky.

Uvedenými metódami dosiahneme univerzálnosť skúšomého procesu, hlavne v podmienkach kde nie je žiaduce z pohľadu univerzálnosti použitej metódy vykonávať korekcie na konkrétne metrotechnické vlastnosti meradla ( používať korekčnú krivku meradla), ale kde je pre konkrétny kontrolný postup definované meradlo s určeným vlastnosťami (napr. mikrometer rozsahu 0-25 mm v 1. t.p.). Potom kalibráciou podporujúcou definovanú kontrolnú metódu posudzujeme meradlo z pohľadu splnenia kritérii meradla podľa danej špocifi kácii. Uplatnenie tohoto prístupu nachádzame v sériovej výrobe, v dielenskej paxi, ale aj pri skúškach a kalibrácii meradiel.

Spôsobilosť kontrolných prostriedkov pre zamýšľaný proces kontroly alebo skúšky vypočítame zo vzťahu

Sp = P / T * 100

kde
Sp je spôsobilosť v %
P najväčšia chyba skúšobného meradla daná výrocom, resp. normou rozšírená o neistotu kalibrácie
T tolerancia (chyba) predmetu skúšky

Samozrejme hodnoty P a T dosadzujeme v rovnakých jednotkách. Spôsobilosť podľa tohoto vyjadrenia získame v percentách.

Ak chceme byť dôsledný, ošetríme zložky P a T o súvisiace neistoty a dostaneme výsledok, ktorý reálne určí spôsobilosť kontrolnej metódy.

Pre názornosť prikladám príklad stupnice pre posudzovanie spôsobilosti kontrolného prostriedku vo výrobe platnú pre jednu sériu meraní s prístrojom, ktorý vyhovel kritériu chyby pre určitú presnosť, bez uvažovania korekcie z kalibrovaných hodnôt a daný stav prostredia počas procesu výroby a skúšania

do 10 % - meradlo (metóda) je spôsobilé

11 - 30 % - meradlo (metóda) je podmienečne spôsobilé

nad 30% - meradlo (metóda) je nespôsobilé

Takúto stupnicu hodnotenia si môžeme v popise systému kvality definovať aj v iných percentuálnych rozdeleniach, vzhľadom na predmet kontroly, skúšky alebo kalibrácie, na kvalitu prostredia, sériu meraní a iných kritérií ovplyvňujúcich kvalitu skúšky a od starostlivosti v prístupe k predmetu skúšky.

Stupnica pre hodnotenie spôsobilosti meradla pre kalibráciu, pričom sa berie do úvahy korekcia etalónu a neistota určenia korekcie môže mať rozdelenie:

do 25 % - meradlo (metóda) je spôsobilé

26 - 50 % - meradlo (metóda) je podmienečne spôsobilé

nad 50% - meradlo (metóda) je nespôsobilé

Je žiadúce, aby sme v príprave kontrolného postupu alebo metodiky vopred vykonali kalkuláciu spôsobilosti použitej metódy na konkrétnu skúšku a aby tieto hodnoty boli súčasťou každého pracoviska a kontrolnej metódy.

Ak analýza spôsobilosti preukáže nízku spôsobilosť, je potrebné zvoliť iné kontrolné prostriedky, metódy resp. znížiť zložky neistoty do tej miery, aby spôsobilosť bola na predpokladanej úrovni.

Príklady (ostatné prírastky chýb nie sú uvažované):

a) Predpokladáme kalibrovať strmeňový mikrometer podľa DIN 863 rozsahu 0-25 mm s delením stupnice 0,01 mm etalónovými koncovými mierkami 5. rádu 2 t.p.. S korekciami koncových mierok pri kalibrácii neuvažujeme

Najväčšia dovolená chyba mikrometra 0-25 mm 4 µm

Medzná chyba koncových mierok 2. t.p. do 10 mm 0,45 µm

do 25 mm 0,60 µm

Neistota kalibrácie koncových mierok 5. rádu (0,2+2L) µm, m

menovitý rozmer
[mm]

Medzná chyba etalónu
[µm]

Neistota kalibrácie etalónu
[µm]

nejväčšia chyba etalónu
[µm]

najväčšia chyba mikrometra
[µm]

Spôsobilosť pre kalibráciu
Sp [%]

2,5

0,45

0,21

0,66

4

16

5,1

0,45

0,21

0,66

4

17

7,7

0,45

0,22

0,67

4

17

10,3

0,6

0,22

0,82

4

21

12,9

0,6

0,23

0,83

4

21

15

0,6

0,23

0,83

4

21

17,6

0,6

0,24

0,84

4

21

20,2

0,6

0,24

0,84

4

21

22,8

0,6

0,25

0,85

4

21

25

0,6

0,25

0,85

4

21

b) Predpokladáme kalibrovať strmeňový mikrometer podľa DIN 863 rozsahu 0-25 mm s delením stupnice 0,01 mm etalónovými koncovými mierkami 4. rádu 1. t.p.

Najväčšia dovolená chyba mikrometra 0-25 mm 4 µm

Medzná chyba koncových mierok 1. t.p. do 10 mm 0,20 µm

do 25 mm 0,30 µm

Neistota kalibrácie koncových mierok 4. rádu (0,1+1L) µm, m

menovitý rozmer
[mm]

Medzná chyba etalónu
[µm]

neistota kalibrácie etalónu
[µm]

nejväčšia chyba etalónu
[µm]

najväčšia chyba mikrometra
[µm]

Spôsobilosť pre kalibráciu
Sp [% ]

2,5

0,2

0,10

0,30

4

8

5,1

0,2

0,11

0,31

4

8

7,7

0,2

0,11

0,31

4

8

10,3

0,3

0,11

0,41

4

10

12,9

0,3

0,11

0,41

4

10

15

0,3

0,12

0,42

4

10

17,6

0,3

0,12

0,42

4

10

20,2

0,3

0,12

0,42

4

11

22,8

0,3

0,12

0,42

4

11

25

0,3

0,13

0,43

4

11

 

c) Predpokladáme kalibrovať odchýlkomer podľa DIN 878 rozsahu 3 mm s delením stupnice 0,01 mm skúšobným prístrojom pre kalibráciu odchýlkomerov výrobcu MITUTOYO série 170

Dovolená chyba odchýlkomera fe 10 µm

Medzná chyba prístroja MITUTOYO 2 µm

Meistota kalibrácie kontrolného prístroja Mitutoyo 1 µm

Sp = 100 * 3/10

Sp = 30 %

d) Predpokladáme kalibrovať porovnávaciu mierku mikrometra 100 mm priamim porovnaním na komparátoere s etalónovou koncovou mierkou 5. rádu. Ostatné chyby kalibrácie zatiaľ neuvažujeme.

Dovolená odchýlka 100 mm porovnávacej mierky podľa STN 25 1401 1,2 µm

Neistota kalibrácie etalónovej mierky U = (0,2 + 2L) µm, m

Nieistota komparátora 0,05 µm

Sp = 100 * 0,45/1,2

Sp = 37,5 %

Ak použijeme etalónovú mierku 4. rádu, potom

Dovolená odchýlka porovnávacej mierky podľa STN 25 1401 1,2 µm

Neistota kalibrácie etalónovej mierky U = (0,1 + 1L) µm, m

Nieistota komparátora 0,05 µm

Sp = 21 %

Ak použijeme etalónovú mierku 3. rádu, potom

Dovolená odchýlka 100 mm porovnávacej mierky podľa STN 25 1401 1,2 µm

  • Neistota kalibrácie etalónovej mierky U = (0,05 + 0,5L) µm, m Nieistota komparátora 0,05 µm
  • Sp = 12,5 %

    e) Predpokladáme kalibrovať porovnávaciu mierku mikrometra 100 mm univerzálnym dĺžkomerom LMM 1000 výrobcu Zeiss. Ostatné chyby kalibrácie zatiaľ neuvažujeme.

    Dovolená odchýlka 100 mm porovnávacej mierky podľa STN 25 1401 1,2 µm

    Medzná chyba dĺžkomera LLM 1000 (0,8 +L/700) µm, mm

    0,95 µm

    Neistota kalibrácie dĺžkomera (0,05 + 0,5L) µm, m

    0,1 µm

    Sp = 87,5 %

    f) Predpokladáme kontrolovať rozmer 100 ±0,1 mm s digitálnym posuvným meradlom 150/0,01 mm. Ostatné chyby kalibrácie zatiaľ neuvažujeme.

    Dovolená chyba rozmeru 100 µm

    Medzná chyba posuvného meradla 150/0,01 mm 20 µm

    Neistota kalibrácie posuvného meradla pre 100 mm 10 µm

    Sp = 100 * 30/100

    Sp = 30 %

    g) Predpokladáme kontrolovať rozmer 100 ±0,1 mm s posuvným meradlom rozsahu 150 mm s delením 0,05 mm. Ostatné chyby zatiaľ neuvažujeme.

    Dovolená chyba rozmeru 100 µm

    Medzná chyba posuvného meradla 150/0,05 mm 50 µm

    Neistota kalibrácie posuvného meradla pre 100 mm 10 µm

    Sp = 100 * 60/100

    Sp = 60 %

    h) Predpokladáme kontrolovať rozmer 100 ±0,1 mm s mikrometrickým meradlom rozsahu 75-100/0,01 mm. Ostatné chyby zatiaľ neuvažujeme.

    Dovolená chyba rozmeru 100 µm

    Medzná chyba mikrometrického meradla 75-100/0,01 mm 5 µm

    Neistota kalibrácie mikrometrického meradla pre 100 mm 2 µm

    Sp = 100 * 7/100

    Sp = 7 %

    i) Predpokladáme kontrolovať rozmer 10 000 ±1 mm s meracím pásmom II.t.p. podľa predpisu EG. Ostatné chyby zatiaľ neuvažujeme.

    Dovolená chyba rozmeru 10 000 mm 1 mm

    Medzná chyba pásma v II t.p. ?= ± ( 0,3 +0,2L) mm, m 2,3 mm

    Neistota kalibrácie pásma pri 10 000 mm 0,7 mm

    Sp = 100 * 3/1

    Sp = 300 %