Messsystemanalyse mit XRF-Spektrometern

Präzision und Optimierung in der Praxis

In der industriellen Fertigung hängt die Produktqualität entscheidend von den eingesetzten Produktionsmitteln und Messverfahren ab. Regelmäßige Qualitätsprüfungen sichern die Stabilität der Fertigungsprozesse. Doch die Ergebnisse dieser Prüfungen sind nur dann zuverlässig, wenn die zugrundeliegenden Messprozesse präzise und belastbar sind. Die Messsystemanalyse (MSA) ist ein bewährtes Instrument und strategische Grundlage, um die Eignung eines Messprozesses zu prüfen und gleichzeitig Optimierungs- und Kostenpotenziale zu identifizieren.

Ziele und Einflussfaktoren der Messsystemanalyse.

Das vorrangige Ziel der MSA ist, eindeutig zu beurteilen, ob ein Messprozess für die jeweilige Messaufgabe geeignet ist. Darüber hinaus liefert die Analyse Informationen darüber, welche Faktoren die Messgenauigkeit beeinflussen. Diese lassen sich in sieben Kategorien einteilen: Mensch, Umwelt, Messobjekt, Messmethode, Messmittel, Aufnahmevorrichtung und Auswertemethode. Der Anwender selbst ist damit genauso Teil des Messprozesses wie das Messgerät oder äußere Umgebungsbedingungen.

Bevor eine MSA durchgeführt wird, ist die Auflösung des Messmittels zu prüfen. Nur bei ausreichender Auflösung lassen sich die erforderlichen Messwerte sicher ablesen und präzise ermitteln.

Verfahren der MSA mit Röntgenfluoreszenz-Spektrometern

Bei der Analyse mit einem Röntgenfluoreszenz-(RFA)-Spektrometer gliedert sich die MSA in mehrere Verfahren:

Verfahren 1 prüft die grundsätzliche Anwendbarkeit des Messprozesses. Hier stehen Genauigkeit und Wiederholpräzision im Fokus. Ein Normal (Referenzmaterial) mit bekanntem Merkmalswert wird mehrfach gemessen, typischerweise 50 mal. Aus den Messergebnissen werden die Standardabweichung und die systematische Messwertabweichung ermittelt. Darauf basierend lassen sich der potenzielle Fähigkeitsindex Cg und der kritische Fähigkeitsindex Cgk berechnen. Während Cg die Streuung betrachtet, berücksichtigt Cgk auch systematische Abweichungen.
Verfahren 2 und 3 beziehen externe Einflüsse wie Mensch, Messobjekt, Umwelt und Aufnahmevorrichtung gezielt ein, um den Messprozess unter realen Bedingungen zu testen. Hochwertige RFA-Geräte minimieren diese Einflüsse durch Automatisierung, etwa mit programmierbarem XY-Probentisch, Autofokus und Objekterkennung.

Optimierung des Messprozesses.

Liegt die Streuung der Messergebnisse zu hoch, ist der einfachste Ansatz, die Messzeit zu erhöhen, da dies die Standardabweichung reduziert. Weitere Optimierungsmöglichkeiten bestehen durch Erhöhung der Zählrate über größere Kollimatoren, Kapillaroptiken, Röntgenröhren, Filter oder Detektoren. Dabei muss jedoch die Totzeit des Detektors berücksichtigt werden: Ein zu hoher Zählwert führt dazu, dass Photonen nicht mehr registriert werden. Moderne Geräte von FISCHER verarbeiten jedoch sehr hohe Zählraten und bewältigen alle gängigen Messaufgaben problemlos.

Erfüllt der Cg-Wert die Anforderungen, der Cgk-Wert jedoch nicht, weist dies auf systematische Messabweichungen hin. Ursachen können eine unzureichende Kalibrierung, ungenaue Aufnahmevorrichtungen, menschliche Einflüsse oder die Inhomogenität der Normalen sein. In der Kalibrierung ist es wichtig, das gleiche Normal zu verwenden wie für die anschließende Messung, um das Messgerät selbst zu prüfen. Bei bestimmten Materialsystemen oder kundenspezifischen Normalen können Inhomogenitäten auftreten. In solchen Fällen wird der Mittelwert über mehrere Messpunkte innerhalb der zertifizierten Fläche ermittelt, was von automatisierten XY-Tischen oder Scanmodi erleichtert wird.

_{Bild 1. Die Messzeit zu erhöhen, ist die einfachste Maßnahme, um die Streuung bei der RFA zu verbessern. In diesem Beispiel erfolgte die Messung an 0,1 μm Goldschichten.}

Fazit

Die Messsystemanalyse ist ein unverzichtbares Werkzeug, um die Zuverlässigkeit von Messprozessen zu sichern und zu optimieren. Durch die gezielte Untersuchung von Streuung, systematischer Abweichung und Einflussfaktoren lassen sich Messprozesse verbessern, Messzeiten reduzieren und Messkosten senken. Hochwertige RFA-Geräte von FISCHER unterstützen Anwender dabei, externe Einflüsse zu minimieren und präzise, reproduzierbare Messergebnisse zu erzielen. Ein entscheidender Faktor für konstante Produktqualität in der Fertigung.

Lassen Sie sich noch heute von unseren Experten beraten. Gemeinsam finden wir die passende Messlösung für Ihre Anforderungen.