Fragen der Prüforganisation und der Erstellung von Prüfplänen sind Grundlagen eines Managementsystems der Qualitätsprüfung. Die Beantwortung dieser Fragen erfordert ein umfassendes methodisches Wissen bei der Auswahl von Prüfverfahren, Prüfmitteln, deren Bewertung und Überwachung.

In diesem Beitrag erfahren Sie:

• wie ein Managementsystem der Qualitätsprüfung konzipiert, aufgebaut und aufrecht erhalten wird,
• wie sich die Qualitätsprüfungen in die innerbetrieblichen Regelkreise und insbesondere in die Prozessregelung einordnen.

Einführung in die Qualitätsprüfung

Messen und Prüfen, Mess- und Prüfmittel

Gegenstand unserer Betrachtungen sind immer qualitätsrelevante Merkmale eines Produkts. Zu ihrer Beurteilung werden diese Merkmale als physikalische oder chemische Kenngrößen definiert.

• Beispiel 1: ein Qualitätsmerkmal soll die Passfähigkeit eines Bauteils in einer Baugruppe sein; die Kenngrößen sind dann ein oder mehrere tolerierte Längenmaße oder tolerierte Formabweichungen

• Beispiel 2: ein Qualitätsmerkmal soll die Fehlerfreiheit einer Oberflächenlackierung sein; die Kenngrößen können dann das Fehlen oder die tolerierte Anzahl von Schmutzpunkten maximaler Größe oder anderer Oberflächenfehler je Flächeneinheit sein

• Beispiel 3: ein Qualitätsmerkmal soll die physiologische Unbedenklichkeit einer PVC-Hart-Folie für Lebensmittelverpackung sein; eine Kenngröße ist der Anteil an monomerem Vinylchlorid

• Beispiel 4: ein Qualitätsmerkmal soll die Schlagstabilität eines Behälters im gefüllten Zustand sein; als Kenngröße ist die Stabilität nach einem Fallversuch aus definierter Höhe auf einen definierten Untergrund denkbar

Mit dieser Auswahl an Beispielen sollte die große Vielfalt von Qualitätsmerkmalen verdeutlicht werden. Es sind messbare und attributive Merkmale möglich.

Als Messen wird eine Tätigkeit bezeichnet, bei der der Wert einer physikalischen oder chemischen Größe Kenngröße bestimmt wird. Dabei wird der Wert in der für die Kenngröße festgelegten, normierten Einheit quantifiziert. Das Ergebnis der Messung ist das Messergebnis oder der Kennwert oder der Messwert oder auch Größenwert. Wir werden im Weiteren den Begriff Messwert verwenden. Der Messwert kann auch ein Zählwert sein siehe oben: Anzahl von Schmutzpunkten je Flächeneinheit.

So ist beispielsweise die Kenngröße die Länge eines Bauteils, die Einheit das Meter und der Messwert 0,25 m. Die Messung ist die Gesamtheit der Tätigkeiten zur experimentellen Bestimmung des Messwertes.

Den Vergleich eines Messwertes mit einem Soll-Wert nennt man das Prüfen. Der Vergleich besagt, ob ein Messwert einem vorgegebenen Wert entspricht oder in einem vorgegebenen Wertebereich liegt. Das Prüfen geht aber über den quantitativen Begriff des Messwertes hinaus: Auch ein Vergleich mit einem Referenzgegenstand oder Referenzmaterial ist ein Prüfen, das zu einem Ergebnis gut oder schlecht führen kann. Das Ergebnis eines Prüfvorgangs ist das Prüfergebnis.

Die technischen Mittel zur Durchführung einer Messung werden als Messmittel bezeichnet. Messmittel sind alle Messgeräte, Normale, Referenzmaterialien, Hilfsmittel und Anweisungen, die für die Durchführung einer Messung notwendig sind. Prüfmittel sind alle Prüfgeräte, Prüflehren, Referenzmaterialien für Prüfzwecke usw. Typische Prüfmittel sind Rachenlehren und Lehrdorne mit einer Gut- und einer Schlecht-Seite.

Der Begriff Prüfmittel wird aber auch im Qualitätsmanagement als Oberbegriff verwendet und schließt dann alle Mess- und Prüfmittel ein.

Alle Messmittel bedürfen in regelmäßigen Abständen einer metrologischen Bestätigung Kalibrierung, um sicherzustellen, dass das Messmittel den Anforderungen genügt, die mit seiner Verwendung verbunden sind. Diese Kalibrierung erfolgt mit Hilfe von Normalen, Messgeräten, Messeinrichtungen oder Referenzmaterialien. Ein Normal ist eine Maßverkörperung.

Beispiele hierfür sind Parallel-Endmaße, 1kg-Masse-Normal, Weston-Normalelement, Cäsium-Atom-Frequenznormal, Konzentrationsnormale von Lösungen.

Bei den Normalen und Prüfmitteln gibt es eine Hierarchie: Man unterscheidet nationale und internationale Normale, wobei die nationalen Normale häufig Primärnormale darstellen; Gebrauchsnormale Werksnormale; Prüfmittel für qualitätsrelevante Merkmale und Prüfmittel für nicht qualitätsrelevante Merkmale Tabelle 1.

Jedes Messgerät ist durch seine Messgenauigkeit charakterisiert. Man versteht darunter den Grad der Annäherung des Messwertes an den wahren Wert der Messgröße. Mit immer genaueren Messmethoden wird man dem wahren Wert immer näher kommen.

Denken Sie bitte hierbei an die unterschiedlichen Messgenauigkeiten eines Gliedermaßstabes, eines Messschiebers, einer Messschraube.

Die Messgenauigkeit eines Messgerätes ist eine bekannte Größe. Einen groben Anhalt hierfür gibt auch die Skalierung des Gerätes. Die Differenz zwischen Messwert und wahrem Wert nennt man die Messabweichung. Die Messabweichung beruht auf zufälligen und systematischen Fehlern. Sind systematische Fehler teilweise bekannt, zum Beispiel abweichende Messtemperatur, bekannter Verschleiß des Messmittels, so kann dieser Teil der Messabweichung durch Korrektionen kompensiert werden. Die Messunsicherheit einer Messung wird durch Abschätzung des Bereichs bestimmt, in dem mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit der wahre Wert liegt. Sie wird mit Hilfe statistischer Methoden ermittelt. Die Auswahl von Messmitteln unter dem Aspekt der Messgenauigkeit und Messunsicherheit wird weiter unten behandelt.

Bei einer Messung sind die Einflussgrößen zu beachten, die den Messwert beeinflussen könnten: Umgebungstemperatur, Luftfeuchte, Konditionierungszustand von Probe und Gerät, Justierung des Messmittels, Spannungskonstanz, Wechselspannungsfrequenz usw.

Abweichungen, Fehler und Mängel

Die Begriffe Fehler und Mangel definieren wir hier unter prüftechnischem Aspekt:

Unter einem Fehler versteht man die Nichterfüllung einer Anforderung. Mit dem Auftreten eines Fehlers muss nicht zwangsläufig die Verwendbarkeit ausgeschlossen sein. Dementsprechend werden Fehler auch hinsichtlich ihrer Auftretenswahrscheinlichkeit, ihrer Bedeutung für den Kunden und ihrer Entdeckungswahrscheinlichkeit bewertet.

Beim Vorliegen eines Mangels liegt eine Beeinträchtigung der Gebrauchstauglichkeit vor. Eine Sache, die mit Fehlern behaftet ist, die den Wert oder die Tauglichkeit zu dem gewöhnlichen oder vorausgesetzten Gebrauch aufheben oder mindern, hat einen Mangel.

Nach DIN 55 350, T.12 versteht man unter Abweichung allgemein den Unterschied zwischen einem Merkmalswert und einem Bezugswert dieses Merkmals. Dabei kann sich der Merkmalswert auf ein quantitatives oder qualitatives Merkmal beziehen. Für quantitative Merkmale gilt

Abweichung = Merkmalswert - Bezugswert.

Bei qualitativen Merkmalen ist natürlich eine solche Quantifizierung nicht möglich.

Zur Ermittlung der Abweichung wird der Merkmalswert gemessen Messwert oder qualitativ bestimmt. Der Bezugswert leitet sich aus der Qualitätsanforderung ab. Er besteht meist aus zwei Grenzwerten, zwischen denen der Merkmalswert liegen muss.

Eine Abweichung eines Merkmalswertes ist nur dann ein Fehler, wenn sie die Toleranzgrenzen überschreitet.

Bei einer praktischen Messung muss man davon ausgehen, dass auf Grund zufälliger Einflüsse der zu messende Merkmalswert einer statistischen Schwankung unterliegt. In gleicher Weise unterliegt aber auch die Messabweichung die durch Gerät, Methode, Beobachter und Umwelt bedingte Abweichung einer statistischen Verteilung. Beide Zufallsverteilungen sind unabhängig voneinander, beeinflussen aber gemeinsam den Messwert.

Normung

Die Begriffe der Qualitätsprüfung sind überwiegend genormt. Die DIN 55 350 Begriffe zur Qualitätssicherung, Statistik und zum Qualitätsmanagement ist in ihren wichtigen Teilen weiter unten aufgelistet. Die Methoden zur Bestimmung der Messunsicherheit von Messmitteln sind in der DIN 1319 Grundlagen der Messtechnik und der DIN V ENV 13005 Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen beschrieben. Dieser Leitfaden orientiert sich an der Richtlinie GUM Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, der neue Erfahrungen bei der Messunsicherheitsbestimmung berücksichtigt hat. Die Sicherstellung der Qualität von Messmitteln ist in der DIN ISO 10 012 Messmanagementsysteme Anforderungen an Messprozesse und Messmittel geregelt.

Qualitätsprüfungen

Unter dem Begriff Qualitätsprüfung versteht man das Feststellen, inwieweit Produkte oder Tätigkeiten die an sie gestellten Anforderungen erfüllen. Wir wollen uns auf die Fertigung materieller Produkte beschränken und im Weiteren nur die Qualitätsprüfung von Produkten betrachten.