!
EXAMENSARBETE
2013
Gage R&R studie på
mätsystem för
förpackningsavstånd
FörfattareOla Andersson
HandledareOla Johansson – HKR
Peder Andersson – Tetra Pak
Examinator
!
Institutionen för teknik School of Engineering
Examen: Högskoleingenjörsexamen Degree: Bachelor of
i maskinteknik Science in Mechanical Engineering
Högskolan Kristianstad Kristianstad University
291 88 Kristianstad SE-291 88 Kristianstad
Sverige Sweden
Författare, program och år / Author. Programme and Year:
Ola Andersson, Maskiningenjörsprogrammet 1994
Handledare / Instructor:
Ola Johansson, HKR
Peder Andersson, Tetra Pak Packaging Solutions AB
Examen / Examination:
Detta examensarbete ingår i examenskraven för
Högskoleingnejörsexamen på Sektion för Lean Production.
This graduation work is a part of the requirements for a Bachelor Degree in Mechanical Engineering.
Svensk titel:
Gage R&R studie på mätutrustning för förpackningsavstånd.
English title:
Gage R&R study package distance measurement system.
Abstract:
The aim of the thesis is to analyse and understand resolution, repeatability and reproducibility of the measurement system for package distance. The measurement system for package distance is already in use, no Gage R&R has been performed on the system and before spreading use of the system the quality of the system has to be understood and approved.
Språk / Language:
Svenska / Engelska
Godkänd av / Approved by:
Lennart Carlsson Datum / Date
!
Sammanfattning
Detta examensarbete utfördes våren och sommaren 2013 på Tetra Pak Packaging Solutions AB, Carton Economy. Huvudsakligt syfte var att analysera repeterbarhet och reproducerbarhet samt sätta upp godkännande kriterium för mätsystemets upplösning vid mätning av förpackningsavstånd när förpackningarna transporteras på
transportbanor banor. Analys utfördes genom Gage R&R studie på mätsystemet. Förpackningsavståndet definieras som ett krav i definierade interface mellan ingående delsystem i ett förpackningssystem vid vidareutveckling och nyutveckling av nya
delsystem. De förpackningstyper som ingick i Gage R&R var Tetra Fino Aseptic (TFA), Tetra Wedge Aseptic (TWA) och Tetra Classic Aseptic (TCA).
Efter att godkännande kriterium satts upp och Gage R&R studien genomförts drogs slutsatsen att mätsystemet lever upp till och kan anses godkänd för mätning av TFA och TWA förpackningar. TCA förpackningar ingår ej i detta examensarbete.
!
Summary
This thesis was done in spring and summer 2013 at Tetra Pak Packaging Solutions AB, Carton Economy platform. Main purpose was to analyse repeatability and
reproducibility as well as putting approval criteria for measurement system resolution in place for package distance when packages are transported on package conveyors. The analysis was performed by means of Gage R&R. Package distance is an interface criteria between different sub-systems when developing sub-systems. Package types included in the Gage R&R are Tetra Fino Aseptic (TFA), Tetra Wedge Aseptic (TWA) and Tetra Classic Aseptic (TCA).
After approval criteria had been put in place and Gage R&R had been performed the conclusion that the measurement system is approved for measuring TFA, TWA and TCA packages was drawn.
!
Förord
Examensarbetet är det avslutande momentet i högskoleutbildningen i maskinteknik vid Högskolan i Kristianstad. Det utfördes på Tetra Pak Packaging Solutions, Carton Economy från april till augusti månad 2013.
Carton Economy är en platform inom Tetra Pak Packaging Solutions som funnits sedan 2001. Platformen utvecklar förpackningssystem för förpackningstyperna Tetra Fino Aseptic (TFA), Tetra Wedge Aseptic (TWA) och Tetra Classic Aseptic (TCA).
Examensarbetets syfte var att analysera ett existerande mätsystem för mätning av förpackningsavstånd när de transporteras på transportbanor, resultatet av
examensarbetet ligger till grund för beslut om framtida förbättringar samt beslut om expandering av användandet av mätsystemet.
Jag skulle vilja tacka Linus Ljung och Paul Håkansson som arbetar på Carton
Economy för det stöd och hjälp jag fått under arbetets gång. Jag vill även tacka mina handledare Peder Andersson på Carton Economy samt Ola Johansson handledare på sektion för Lean Production vid Högskolan i Kristianstad.
! Innehållsförteckning Dokumentblad ... 1 Sammanfattning ... 3 Summary ... 4 Förord ... 5 Innehållsförteckning ... 6 1. Inledning ... 8 1.1 Bakgrund ... 8 1.2 Problembeskrivning ... 9
1.3 Examensarbetets syfte och mål ... 9
2. Mätutrustningen ... 9
3. Metod ... 9
3.1 Gage R&R studie ... 9
3.2 Genomförande Gage R&R studie ... 11
4. Godkännande kriteria ... 13
5. Test genomförande, analys och resultat ... 13
5.1 Steg 1 – genomförande TWA och TFA ... 13
5.2 Steg 1 – analys och resultat TWA och TFA ... 14
5.3 Steg 2 – resultat kompletterande test TWA och TFA ... 16
5.4 Mätsystemets exakthet ... 17
6. Rekommendationer ... 18
6.1 Tetra Wedge Aseptic ... 18
6.2 Tetra Fino Aseptic ... 18
7. Slutsats ... 19
7.1 Tetra Wedge Aseptic ... 19
7.2 Tetra Fino Aseptic ... 19
8. Diskussion ... 19
8.1 Uppföljning godkännande kriteria ... 20
Referenser ... 21
Bilaga 1 – Detaljerad körplan ... 22
Bilaga 2 – CAD ritning TWA test bit ... 23
Bilaga 3 – CAD ritning TFA test bit ... 24
Bilaga 4 – Test specifikation Gage R&R studie TFA och TWA ... 27
!
Bilaga 6 – Test specifikation Gage R&R studie kompletterande TWA test ... 56 Bilaga 7 – Test rapport Gage R&R studie kompletterande TWA test ... 74
!
1. Inledning
Carton Economy är en platform inom bolaget Tetra Pak Packaging Solutions AB som utvecklar förpackningssystem för förpackningstyperna Tetra Fino Aseptic (TFA), Tetra Wedge Aseptic (TWA) and Tetra Classic Aseptic (TCA). Samtliga dessa förpackningstyper transporteras liggande och kan inte köas under transport på conveyor banorna vilket gör att förpackningsavstånd under transport är ett attribut som är av vikt vid vidareutveckling eller nyutveckling av nya system eller sub-system inom plattformen.
För kontroll av förpackningsavstånd inom befintliga system har ett mätsystem konstruerats av Tetra Pak och tillverkats av Eltech Automation AB. Detta examensarbete kommer att analysera olika kvalitetsaspekter av mätsystemet och föreslå förbättringsåtgärder, examensarbetet kommer även ligga till grund för beslut gällande utökning av användandet av mätsystemet.
Fig 1.1 Förpackningarna TCA, TFA and TWA
1.1 Bakgrund
Eftersom mätsystemet är nytt är ingen kvalitetskontroll tidigare genomförd på mätsystemet och för att kvalitetssäkra fortsatt och utökad användning skall detta genomföras genom en Gage R&R studie.
!
1.2 Problembeskrivning
Eftersom mätsystemet är nytt är ingen kvalitetskontroll tidigare genomförd saknas uppfattning om mätsystemets:
- Repeterbarhet
Variation i mätningar när samma del/förpackning mäts med mätsystemet av en person
- Reproducerbarhet
Variation i mätningar genomförd av olika personer när samma del/förpackning mäts
- Upplösning
Inom vilket område uppmätt avstånd varierar ± X mm.
1.3 Examensarbetets syfte och mål
Syftet med examensarbetet är att genom en Gage R&R studie dra slutsatser gällande mätsystemets repeterbarhet, reproducerbarhet samt huruvida mätsystemet mäter tillräckligt noggrant för fortsatt samt utökad användning. Dokumentationen kommer att bestå av testspecifikationer och rapporter enl. Tetra Pak mallar samt Minitab filer för analys av testresultaten.
2. Mätutrustningen
Enkel beskrivning av mätutrustningen, se fig 2.1.
! Fig 2.1 Schematisk figur av monterad mätutrustning
3. Metod
3.1 Gage R&R studie
De största källorna till variation kan delas in i dålig design/konstruktion, ostabila delar och material, otillräcklig processkapabilitet, kunskap och mätsystem. Examensarbetet kommer att behandla variation inom mätsystemet genom genomförande av en Gage R&R studie. Denna studie kommer att ge svar på
!
variation pga mätutrustning, operatör eller ”part-to-part”. Variation på grund av operatör kan delas in ytterligare i operatör eller operatör ”by part”.
Mätsystemets variation uttrycks i partiskhet1(faktisk variation mellan
förpackningarna?), repeterbarhet2, reproducerbarhet3, stabilitet4 and linjäritet5. Examensarbetet fokuserar på repeterbarhet, reproducerbarhet samt
mätsystemets upplösning eftersom det framförallt är dessa faktorer som ger svar på i vilken utsträckning som användandet av mätsystemet kan fortsätta och utökas.
Komponenter som påverkar variationen i ett mätsystem
Variation pga mätutrustning Repeterbarhet
Variation pga operatör Reproducerbarhet
“Part-To-Part” variation
Operatör Operatör “by part”
Fig 3.1.1 Komponenter som kan bidra med variation inom mätsystemet
Gage R&R studien kommer att ge svar på hur exakt och precist mätsystemet är, se figur 3.1.2 för förklaring av begreppet exakt och precis.
Accurate
and precise not accurate Precise but and not precise Not accurate Accurate but not precise
Fig 3.1.2 Exakt och precist
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
1 Skillnad mellan observerad skillnad och referens värdet. Uttrycks ibland som ’exakthet’
2 Variation i genomförd mätning vid upprepad mätning av samma del med en och samma mätutrustning av en
person
3 Variation i genomförd mätning av samma del vid upprepad mätning samma del genomförd av flera personer med
en och samma mätutrustning
4 Variation i genomförd mätning av samma del vid upprepad mätning samma del och samma mätutrustning över
!
Ett mätsystem kan delas in i: - Mätutrustning!
- Procedurer/Instruktioner! - Definitioner!
- Människor/Operatörer! !
3.2 Genomförande Gage R&R studie
I inledningen av examensarbetet sammanställdes krav på mätsystemet baserat på ett befintligt krav för förpackningsavstånd på minimum 20 mm, se fig 3.2.1, utifrån detta krav beslutades att mätsystemets mätfel maximum får uppgå till ±1mm med 95 % konfidens. För ytterligare information gällande krav se sid 14 i bilaga 4 och 6 - testspecifikation 22397 och 22399.
Inledande diskussion inkluderade även faktorer som påverkar mätsystemet och om dessa faktorer är brus eller kontrollfaktorer. Faktorer som diskuterades och beslut hur de ska behandlas i studien se tabell 3.2.1. Genom att inkludera transportbanornas hastighet och vibrationer som brusfaktorer i testet kommer studien att ge ett bättre svar på hur mätsystemet fungerar. Med inkludering av dessa brusfaktorer i testet avses att de inte kontrollerats, på grund av att detta hade lett till alltför stor omfattning av testet.
Fig. 3.2.1
Faktor Typ Beslut
Conveyorvibrationer Brusfaktor
Ingen åtgärd, skall behandlas som brusfaktor i
testet
Conveyorhastighet Brusfaktor
Ingen åtgärd, skall behandlas som brusfaktor i
testet
Förpackningsrotation Kontrollfaktor Bitarna skall inte tillåtas rotera på transportbana Tabell 3.2.1
Samtliga tester som genomfördes inom Gage R&R studien inkluderade 150 mätningar på 5 olika test bitar, mätningarna genomfördes av 3 operatörer vilket innebar 10 replikat per bit och 50 mätningar per operatör. Se bilaga 1 för
detaljerad körplan skapad i MINTAB®. För att förenkla testet och undvika att operatörerna skall behöva montera mätutrustningen 10 gånger vardera förenklades körningen och kördes i 6 block, vilket innebar att operatörerna monterade mätutrustningen 2 gånger vardera per test, dvs 25 mätningar per
Min förpackningsavstånd 20 mm
!
För att kunna få ut det önskade resultatet av studien tillverkades 5 olika test bitar av varje förpackningstyp. Dessatest bitar varierades med olika mått i inkrementella steg motsvarandes det avstånd som önskades gällande mätsystemets upplösning. Se bilaga 2, 3 och 4.
Fig 3.2.2 Testbitar tillverkade för Gage R&R studien
Mätsystemet registrerar förändringar i höjd från transportbanan och
kalibrerades för att registrera en förändring på 1 mm. Resultatet av mätningarna lagras på ett USB minne och analyseras i mjukvaran ScopeView och i ett
Microsoft Excel script för att få ut responserna t2 och t1. t2 och t1 används sedan för att med hjälp av transportbanans hastighet samt förpackningens längd räkna ut förpackningsavståndet. Se fig 3.2.3.
Fig 3.2.3
Förpackningsavståndet räknas ut enligt följande formel:
pack conv
p t t v l
d =( 2− 1)• − !
För TFA och TWA så var det hålet i test bitarna som varierades och mättes och då räknas måttet ut på följande sätt:
conv
p t t v
d =(2 − 1)• !
!
Responserna t2-t1 sammanställdes i respektive körplan enl tabell 3.2.1!
Run Order Part Operator t2-t1 Distance
1 3 1 0,018 15,27 2 2 1 0,018 15,27 3 4 1 0,020 16,96 … … … … … … … … … … 149 4 3 0,02 16,96 150 2 3 0,017 14,42 Tabell 3.2.1
Dessa mätdata analyserades sedan med hjälp av Gage R&R study i MINTAB® för att få fram mätsystemets repeterbarhet, reproducerbarhet samt
standardavvikelse. Standardavvikelsen används sedan för att räkna ut mätsystemets upplösning med 95% konfidensintervall.
!
4. Godkännande kriteria
Baserat på befintligt krav på ett minsta förpackningsavstånd på 20 mm så sattes den en önskade upplösningen på mätsystemet till ±1mm med 95 % konfidensintervall. Det innebär att ett avstånd uppmätt till 20 mm i realiteten kan vara 19 eller 21 mm.
Fig 4.1.1 Uppställt krav gällande mätsystemets upplösning
Utöver en önskad upplösning på ±1mm med 95 % konfidens bör mätsystemet ha en upplösning på 3 distinkta kategorier. Dvs, uppmätt avstånd ska kunna kategoriseras som låg, medel eller hög. Se fig 4.1.2.
Med distinkta kategorier menas det antal icke överlappande konfidens intervall som spänner över produktvariationens, i detta fall det accepterade mätfelet på ±1mm, minimumin och maximum.
Fig 4.1.2 Distinkta kategorier
5. Testgenomförande, analys och resultat 5.1 Steg 1 – genomförande TWA och TFA
I steg 1 genomfördes tester med TWA och TFA test bitar med egenskaper som motsvarar verkliga förpackningar, dvs rak start och avslut på TFA förpackningar samt sluttande start för TWA. Detta för att efterliknande TWA sluttande botten när den transporteras liggande på transportbanan.
Möjligt max. 21 mm Uträknat förpackningsavstånd 20 mm Möjligt min. 19 mm
!
Fig 5.1.1 Tvärsnitt av testbitar för TWA och TFA
Test bitarna placerades på conveyorn enl fig 4.2 och körplan, se bilaga 1. TWA bitarna placerades på en conveyorn av typen PC23 och TFA på UC24. TFA bitarna tejpades i hörnen för att säkerställa att de passerade mätutrustningens sensor rakt.
Fig 5.1.2 TFA test bitar placerade på conveyor
5.2 Steg 1 – analys och resultat TWA och TFA
Analys av TFA på UC24 med tejp:
%Contribution Source VarComp (of VarComp) Total Gage R&R 0,16878 6,65
Repeatability 0,16567 6,53 Reproducibility 0,00311 0,12 Operator 0,00311 0,12 Part-To-Part 2,36759 93,35 Total Variation 2,53637 100,00 Process tolerance = 2
Study Var %Study Var %Tolerance
Source StdDev (SD) (6 * SD) (%SV) (SV/Toler) Total Gage R&R 0,41083 2,46496 25,80 123,25 Repeatability 0,40702 2,44213 25,56 122,11 Reproducibility 0,05578 0,33468 3,50 16,73 Operator 0,05578 0,33468 3,50 16,73 Part-To-Part 1,53870 9,23219 96,62 461,61 Total Variation 1,59260 9,55559 100,00 477,78
Number of Distinct Categories = 5
Resultat för TWA analyserades på samma sätt som TFA. Steg 1 TWA på PC23 utan tejp (mm/ms) TFA på UC24 med tejp (mm/ms) Upplösning (95% CI) ±2.14 / ±2.5 ±0.8 / ±0.94
Antal distinkta kategorier 1 5
dp dp dp dp dp
Test part 1 Test part 3 Test part 5 Test part 4 Test part 2
TWA TFA
Största delen av variation beror på part-to-part variationen.
Vilket är att förvänta eftersom testbitarna tillverkades med variation. Stämmer denna siffra med de faktiska måtten? Bitarna är framtagna med inkrementella steg om 1 mm, så nej, förklaring: pga av att
transportbanornas hastighetsvariation samt deras variation omöjliggör exakt mätmning av bitarna
Bör vara mer än 3 i detta fall.
Förpackningsavståndet kan kategoriseras i 5 olika kategorier. Standardavvikelse för mätsystemet vilken ger mätsystemets upplösning (StdDev * 1,96 (för 95% konfidens intervall)
!
Som kan utläsas av tabell ovan gav mätsystemet en betydligt bättre upplösning vid mätning av TFA bitar än vid mätning av TWA, denna upplösning ligger dessutom för långt ifrån den önskade upplösningen på ±1 mm. Baserat på detta resultat, samt analys på vad som skiljer de båda körningarna, beslutades att kompletterande test skall genom ett steg 2.
Analys på vad som skiljer de båda körningarna åt, se tabell 5.2.2.
TFA TWA
Conveyor typ UC24 PC23
Conveyor hastighet, µ (m/min) 52,67 50,88
Avstånd som mättes 18-22 13-17
Testbitar Raka Sluttande
Testbitar Tejpade hörn Ej tejpade hörn
Tabell 5.2.2 Skillnader TFA och TWA test
Tre kompletterande test identifierades som nödvändiga för att kunna dra slutsatser avseende vilken av de identifierade faktorer som ger det sämre mätresultatet för TWA. Se kolumn steg 2 i tabell 5.2.3.
Steg 1 Steg 2 TWA på PC23 utan tejp (mm/ms) TFA på UC24 med tejp (mm/ms) TFA på PC23 med tejp (mm/ms) TFA på PC23 utan tejp (mm/ms) TWA på UC24 med tejp (mm/ms) Upplösning (95% CI) ±2.14 / ±2.5 ±0.8 / ±0.94 Antal distinkta kategorier 1 5
Tabell 5.2.3 Kompletterande tester steg 2 ANOVA TFA på UC24 med tejp:
Part-to-Part Reprod Repeat Gage R&R 100 50 0 P er ce nt % Contribution % Study Var % Tolerance 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 0,0009 0,0006 0,0003 Part Sa m pl e St D ev _ S=0,0004801 UCL=0,0008240 LCL=0,0001362 1 2 3 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 0,024 0,022 0,020 Part Sa m pl e M ea n __ X=0,022393 UCL=0,022862 LCL=0,021925 1 2 3 5 4 3 2 1 0,024 0,022 0,020 Part 3 2 1 0,024 0,022 0,020 Operator 5 4 3 2 1 0,024 0,022 0,020 Part A ve ra ge 12 3 Operator Gage name: Date of study : Reported by : Tolerance: Misc: Components of Variation S Chart by Operator
Xbar Chart by Operator
t2-t1 by Part
t2-t1 by Operator
Part * Operator Interaction
Gage R&R (ANOVA) for t2-t1
!
Range chart by operator används för att utläsa om mätvariationen är konsekvent samt se att inga testbitar eller operatörer ligger utanför
kontrollgränserna. Samtliga tester var med ett undantag konsekventa och inkluderade ej någon testbit som var ”out-of-control”, sannolik anledning för den part/test bit som var ”out-of-control” är conveyor vibrationer eller att denna testbit passerat sensorn roterad. För detaljerad information se respektive Minitab fil.
Alla Xbar charts by operator visade klart och tydligt och genomgående för samtliga tester att mätsystemet klart kunde skilja mellan de olika testbitarna. Ingen betydande avvikelse kunde ses i by operator eller by part i något av testen.
Ingen specifik testbit bidrog med någon signifikant reproducerbarhetsvariation. Gemensamt för alla tester är att största delen variation ligger inom ”part-to-part” variation, vilket är att förvänta eftersom testbitarna tillverkades med variation. Att största delen av variationen ligger inom ”part-to-part” berättar även att mätsystemet är väl lämpat att användas för att mäta förpackningsavstånd av olika operatörer.
5.3 Steg 2 – resultat kompletterande test TWA och TFA
Steg 1 Steg 2 TWA på PC23 utan tejp (mm/ms) TFA på UC24 med tejp (mm/ms) TFA på PC23 med tejp (mm/ms) TFA på PC23 utan tejp (mm/ms) TWA på UC24 med tejp (mm/ms) Upplösning (95% CI) ±2.14 / ±2.5 ±0.8 / ±0.94 ±0.84 / ±0.98 ±0.73 / ±0.86 ± 1.43 / ±1.7 Antal distinkta kategorier 1 5 5 5 2
Tabell 5.3.1 Kompletterande tester steg 2
Baserat på resultatet av de kompletterande testerna drogs slutsatsen att den avgörande faktorn för det sämre TWA resultatet är att sensorn läser på ett sluttande plan (TWA förpackningens botten). Av denna anledning beslutades att ytterligare en studie med TWA skulle genomföras i vilken sensor skall
monteras vinklad för att läsa av en distinktare kant på test biten och inte läsa på det sluttande planet, se figur 5.3.1. Detta innebär även att t1 punkten förflyttas till ett sensortillslag istället för ett frånslag.
!
Transportation direction Transportation direction
Transportation direction
Figur 5.3.1 Ny montering av sensor
Transportation direction Steg 1 Steg 2 TWA på PC23 utan tejp (mm/ms) TFA på UC24 med tejp (mm/ms) TFA på PC23 med tejp (mm/ms) TFA på PC23 utan tejp (mm/ms) TWA på UC24 med tejp (mm/ms) TWA on PC23 med tejp (vinklad) (mm/ms) Upplösning (95% CI) ±2.14 / ±2.5 ±0.8 / ±0.94 ±0.84 / ±0.98 ±0.73 / ±0.86 ± 1.43 / ±1.7 ±1.32 / ±1.56 Antal distinkta kategorier 1 5 5 5 2 3
Tabell 5.3.2 Kompletterande tester steg 2 med sensor vinklad
Som tabell 5.3.2 visar så uppnåddes ett bättre resultat med sensorn vinklad vad gäller upplösning och antal distinkta kategorier.
För att bevisa att de olika resultaten för TFA är statiskt lika kontrollerades resultatet med en two variances analys i vilken det framkom att värdena är statiskt säkerställt lika efter som p värden överstiger 0,05. För TWA resultaten genomfördes samma analys som visade att resultaten är statistiskt säkerställt olika. Genom detta test kan nu slutsatsen/resultatet för den goda upplösningen för mätningen av TFA testbitar styrkas. För TWA testbitar ger ett svar om att de är statistiskt säkerställt olika att förbättringarna genomförda, såsom vinklad givare, är en statistisk säkerställd förbättring.
Test and CI for Two Variances Method
Null hypothesis Sigma(1) / Sigma(2) = 1 Alternative hypothesis Sigma(1) / Sigma(2) not = 1 Significance level Alpha = 0,05
Statistics
Sample N StDev Variance
1 150 0,800 0,640
2 150 0,730 0,533
!
Ratio of variances = 1,201 95% Confidence Intervals
CI for Distribution CI for StDev Variance of Data Ratio Ratio Normal (0,933; 1,288) (0,870; 1,658) Tests
Test
Method DF1 DF2 Statistic P-Value F Test (normal) 149 149 1,20 0,265
5.4 Mätsystemets exakthet
Vid kontroll av hur exakt mätsystemet är vid mätning av avståndet mellan de två angivna mätpunkterna i figur 5.3.1 kan konstateras att mätsystemet skall
användas för att mäta från aktiveringspunkt till aktiveringspunkt (enl.
schematisk figur 5.3.1 med sensor vinklad) istället för från de-aktiveringspunkt till aktiveringspunkt (enl. schematisk figur 5.3.1 med sensor rak).
Part Nominellt mått (mm) Uppmätt mått (mm) Differans (mm)
1 13,04 15,10 -2,06
2 14,13 15,63 -1,50
3 15,07 16,76 -1,69
4 16,05 17,81 -1,76
5 17,06 18,80 -1,74
Tabell 5.4.1 Exakthet med sensor rak
Part Nominellt mått (mm) Uppmätt mått (mm) Differans (mm)
1 113,04 112,9 0,14
2 114,13 114,0 0,13
3 115,07 115,1 -0,03
4 116,05 115,8 0,25
5 117,06 116,8 0,26
Tabell 5.4.2 Exakthet med sensor vinklad
6. Rekommendationer 6.1 Tetra Wedge Aseptic
Rekommenderade förbättringar baserat på uppnådda resultat: - Fast monteringshöjd för sensor
!
Dessa båda förbättringsförslag innebär tillverkning av ny konsol för montering av sensor.
Figur 6.1.1 Rekommenderad fast monteringsvinkel på sensorn för TWA
6.2 Tetra Fino Aseptic
Rekommenderad förbättring baserat på uppnådda resultat. - Fast monteringshöjd för sensor
Detta förbättringsförslag innebär tillverkning av ny konsol
12
º
Conveyor Laser stråle
!
7. Slutsats
7.1 Tetra Wedge Aseptic
Med sensorn monterat vinklad uppnåddes resultaten ±1.32 mm i upplösning och 3 distinkta kategorier vilket ligger lite utanför den önskade upplösningen på ±1 mm, men med de rekommenderade förbättringsförslagen anses vara
tillräckligt bra för fortsatt och utökad användning av mätutrustningen.
Steg 1 Steg 2 TWA på PC23 utan tejp (mm/ms) TWA on PC23 med tejp (vinklad) (mm/ms) Upplösning (95% CI) ±2.14 / ±2.5 ±1.32 / ±1.56
Antal distinkta kategorier 1 3
Tabell 7.1.1 Resultat som slutsats baseras på
7.2 Tetra Fino Aseptic
För fortsatt och utökade mätningar på TFA är de rekommenderade
förbättringarna inget krav, men de bör genomföras eftersom de kommer att förbättra mätsystemets prestanda.
Steg 1 Steg 2 TFA på UC24 med tejp (mm/ms) TFA på PC23 med tejp (mm/ms) TFA på PC23 utan tejp (mm/ms) Upplösning (95% CI) ±0.8 / ±0.94 ±0.84 / ±0.98 ±0.73 / ±0.86
Antal distinkta kategorier 5 5 5
Tabell 7.2.1 Resultat som slutsats baseras på
8. Diskussion
Examensarbetet har resulterat i en ökad insikt om mätsystemets prestanda och att det presterar olika i olika applikationer, svar på mätsystemets upplösning vid mätning av olika förpackningstyper har framkommit samt systemets
!
8.1 Uppföljning av godkännandekriterium
Mätsystemet uppfyller önskemålen för upplösning på ±1mm väl för mätning av TFA förpackningar och ligger något över för TWA, antal distinkta kategorier uppnådd för båda förpackningstyperna.
Godkännande kriteria TFA TWA på UC24 med tejp (mm/ms) TWA on PC23 med tejp (vinklad) (mm/ms) Upplösning (95% CI) ± 1 / - ±0.8 / ±0.94 ±1.32 / ±1.56
Antal distinkta kategorier 3 5 3
Referenser
Johansson, O (2007) Six Sigma Green Belt Training, Handout training book, Johansson Consulting
Henderson, G Robin (2006) Six Sigma – Quality Improvement with MINTAB, John Wiley & Sons Ltd, ISBN 0-470-01156-4
Bilaga 1 Körplan för samtliga tester i Gage R&R studien
RunOrder Part Operator RunOrder Part Operator RunOrder Part Operator
1 3 1 51 3 3 101 3 3 2 2 1 52 4 3 102 1 3 3 4 1 53 1 3 103 2 3 4 1 1 54 5 3 104 4 3 5 5 1 55 2 3 105 5 3 6 5 3 56 1 2 106 4 2 7 3 3 57 5 2 107 1 2 8 2 3 58 4 2 108 5 2 9 4 3 59 3 2 109 2 2 10 1 3 60 2 2 110 3 2 11 3 2 61 5 1 111 4 1 12 1 2 62 2 1 112 2 1 13 5 2 63 4 1 113 5 1 14 4 2 64 1 1 114 1 1 15 2 2 65 3 1 115 3 1 16 2 1 66 1 3 116 5 3 17 3 1 67 5 3 117 3 3 18 4 1 68 4 3 118 2 3 19 1 1 69 2 3 119 1 3 20 5 1 70 3 3 120 4 3 21 1 3 71 5 2 121 4 2 22 4 3 72 1 2 122 1 2 23 2 3 73 3 2 123 3 2 24 5 3 74 4 2 124 2 2 25 3 3 75 2 2 125 5 2 26 1 2 76 4 2 126 3 1 27 5 2 77 3 2 127 2 1 28 3 2 78 1 2 128 4 1 29 2 2 79 5 2 129 5 1 30 4 2 80 2 2 130 1 1 31 4 1 81 2 1 131 1 3 32 5 1 82 1 1 132 5 3 33 1 1 83 4 1 133 4 3 34 3 1 84 3 1 134 3 3 35 2 1 85 5 1 135 2 3 36 2 3 86 4 3 136 5 2 37 4 3 87 1 3 137 4 2 38 5 3 88 5 3 138 2 2 39 3 3 89 3 3 139 1 2 40 1 3 90 2 3 140 3 2 41 1 2 91 5 2 141 4 1 42 5 2 92 4 2 142 2 1 43 4 2 93 1 2 143 1 1 44 2 2 94 2 2 144 3 1 45 3 2 95 3 2 145 5 1 46 1 1 96 4 1 146 1 3 47 2 1 97 5 1 147 5 3 48 4 1 98 3 1 148 3 3 49 3 1 99 1 1 149 4 3 50 5 1 100 2 1 150 2 3
Bilaga 2 CAD ritning - TWA
Bilaga 3 CAD ritning - TFA
Carton Economy Test Specification
1(19)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
Document ID 22397 Test creator Ola Andersson
Test name Gage R&R TFA and TWA – Package distance
measurement system Test approver Peder Andersson
Background
Major sources of variation can be divided into poor design, unstable parts & material, insufficient process capability, skills and behavior and measurement system. This test is performed in order to understand how much of the variation in the package distance data that is due to the existing measurement system. No Gage R&R have been performed on the package distance measurement system before, hence the result of the analysis will be used to draw conclusion as to whether the system is good enough or if improvements are needed.
Objective
The primary objective is to analyse and understand repeatability and reproducibility of the measurement system for package distance. Secondary objective is to analyze measurement system linearity and bias, plus stability of equipment after mounting.
Test Object
Version 1 of measurement system for package distance. Conveyors used in the study includes UC24 for TFA packages and PC23 for TWA packages. Test part 1-5.
Test plan & Resources
The study will consist of 150 measurements on 5 parts performed by 3 operators, 10 replicates per part. The measurements to be recorded in a conveyor speed of 50 m/min. Resources assigned to this activity are Ola Andersson (Activity Leader), Ulf Nedstedt (Test Engineer).
Preparations
Make UC24, PC23 and measurement system for package distance available. Design and manufacture test parts 1-5.
Method
Measurements analysed with Gage R&R Study – ANOVA method in MINITAB®.
Pass/Fail criteria
With a wanted resolution of ±1mm with 95 CI and 3 distinct categories the measurement system standard deviation and pass/fail criteria for this test is calculated to s=0.34mm.
Scan time of measuring system 1 ms which equals 0.83 mm in a conveyor speed of 50m/min.
In addition to the standard deviation the variation of the system according to total Gage R&R scale set by Automobile Industry Action Group (AIAG) will also be
calculated, OBS! This will not pose as a pass/fail criteria, only provided and reviewed as complement to the standard deviation.
100 &
%R R σMS x
Carton Economy Test Specification
2(19)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
< 1% Acceptable measurement system
1 - 9% Measurement system may be acceptable depending on the application,
the cost of the measuring device, cost of repair, or other factors. Decision whether this level is acceptable lies with the S-DRM management team.
> 9% Measurement system needs improvement
Number of distinct categories:
5+ Acceptable
3 - 4 Marginal
Carton Economy Test Specification
3(19)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
Background
Package distance is an important factor in packaging solutions for TFA, TWA and TCA packages since it can affect package efficiency in the system. To be able to verify/validate package distance towards the set package distance requirement of minimum 20 mm as well as being able to study system behavior in regards to package distance a measurement system for package distance have been developed within Carton Economy. No Gage R&R have been performed on the package distance measurement system before, hence the result of the analysis will be used to draw conclusion as to whether the system is good enough or if
improvements are needed. Potential outcome of measurement system analysis:
Accurate and precise
Precise but not accurate
Not accurate and not precise
Accurate but not precise
Fig 1. Accurate and precise.
Major sources of variation can be divided into poor design, unstable parts & material, insufficient process capability, skills and behavior and measurement system. This test is performed in order to understand how much of the variation in the package distance data that is due to the existing measurement system.
A measurement system can be divided into: - Measuring device (gage)
- Procedures - Definitions - People
A measurement system variation is expressed in bias1, repeatability2, reproducibility3, stability4 and linearity5. This analysis will focus on repeatability and reproducibility.
1 Difference between observed average and reference value. Sometimes reffered to as ‘accuarcy’
2 Variation in measurement obtained while measuring the same part repeatedly with one gage used by the same
person
3 Variation in measurements made by different persons using the same gage to measure the same part 4
Carton Economy Test Specification
4(19)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
The Measurement System
The measurement system is a logger designed by Tetra Pak and manufactured by Eltech Automation for Tetra Pak.
Identification of equipment Serial number: 3367 Eltech Automation AB Zinkgatan 4 234 35 Lomma Sweden Phone +46 (0)40 – 41 28 50 Fax +46 (0)40 – 41 28 51
For additional information see appendix C, D and attached circuit diagram on measurement system.
20123367.pdf
Carton Economy Test Specification
5(19)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
Package distance equals time difference between the two on each other following packages (t2-t1) times velocity of the conveyor (vconv) minus length of package (lpack).
pack conv
p t t v l
d =( 2 − 1)• −
Fig 3. Output from measurement system and definition start and end of package
Fig 4. Noise when analyzing t1 and t2
In each logging there is always some noise, for instance like the “spikes” in the figure above.
The noise must be filtered before the data can be analyzed.
The filter is based on the principal that after a switch is found the signal must be stable “up” or “down” for a few data points before the switch is accepted as a true switch.
Carton Economy Test Specification
6(19)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
Fig 5. A logging with too much noise
Occasionally there has been too much noise in the signal so that it has become difficult to extract the starts of the packages with an acceptable accuracy.
In all these cases it has been possible to obtain a fine signal just be adjusting the switch height on the sensor.
Objective
Quote by Veronica Czitrom ‘ A gauge study is performed to characterize the measurement system in order to help identify areas of improvement in the measurement process, and to ensure that the process signal is not obscured by noise in the measurement’. (Czitrom, 1997, p.3).
The objective is to understand and draw conclusion whether repeatability and reproducibility of the package distance measurement system can be approved according to total Gage R&R scale set by Automobile Industry Action Group (AIAG). Total variation observed in measurements consists of two components, variation in part-to-part and variation on measurement system and is given by the following equation: MS Part Tot 2 2 2 σ σ σ = +
The total Gauge R&R is explained by two components, i.e. repeatability and a reproducibility component: prod peat MS 2Re 2Re 2 σ σ σ = +
Reproducibility is the variation due to the operator since there is no operator-part interaction.
Estimated values for variance of components and sources of variation to be filled in table 1 and 2 below.
Carton Economy Test Specification
7(19)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
Components of measurement system variation
Variation due to gage Repeatability
Variation due to operator Reproducibility
Part-To-Part Variation
Operator Operator by part
Fig 6. Components of measurement system variation.
Source Value
Part Operator Error
Table 1. Components of variance for package distance Gage R&R study
Source Symbols and formula Component Variance Standard deviation
Part-to-part σ2Part
Operator σ2Oper Operator x Part σ2OperxPart Reproducibility σ2Reprod =σ2Oper Repeatability σ2Repeat
Total gauge R&R σ2MS =σ2Repeat +σ2Reprod Total σ2Tot =σ2Part +σ2MS
Table 2. Sources of variation for package distance Gage R&R study
The variation is measured by standard deviation in Gage R&R and the variation in the measurement system is expressed as a percentage of the total variation.
100 & %R R x tot MS σ σ =
Carton Economy Test Specification
8(19)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
Test object
Measurement System: Logg Equipment, Tetra Pak, Serial Number 3367
Filling machine: Not applicable
Date printing: Not applicable
Packaging material: Not applicable
Type: - PPH: - P-Order: - LS strip: Factory: - Type: - Dimension: - Batch:
-Filling product: Not applicable
Test plan & Resources
The study will consist of 150 measurements on 5 parts performed by 3 operators at 2 different occasions. The measurements to be recorded in a conveyor speed of 50 m/min. Ru n O rd e r Pa rt Op e ra to r Ru n O rd e r Pa rt Op e ra to r Ru n O rd e r Pa rt Op e ra to r Ru n O rd e r Pa rt Op e ra to r Ru n O rd e r Pa rt Op e ra to r 1 3 1 31 4 1 61 5 1 91 5 1 121 4 1 2 2 1 32 5 1 62 2 1 92 4 1 122 1 1 3 4 1 33 1 1 63 4 1 93 1 1 123 3 1 4 1 1 34 3 1 64 1 1 94 2 1 124 2 1 5 5 1 35 2 1 65 3 1 95 3 1 125 5 1 6 5 2 36 2 2 66 1 2 96 4 2 126 3 2 7 3 2 37 4 2 67 5 2 97 5 2 127 2 2 8 2 2 38 5 2 68 4 2 98 3 2 128 4 2 9 4 2 39 3 2 69 2 2 99 1 2 129 5 2 10 1 2 40 1 2 70 3 2 100 2 2 130 1 2 11 3 3 41 1 3 71 5 3 101 3 3 131 1 3 12 1 3 42 5 3 72 1 3 102 1 3 132 5 3 13 5 3 43 4 3 73 3 3 103 2 3 133 4 3 14 4 3 44 2 3 74 4 3 104 4 3 134 3 3 15 2 3 45 3 3 75 2 3 105 5 3 135 2 3 16 2 1 46 1 1 76 4 1 106 4 1 136 5 1 17 3 1 47 2 1 77 3 1 107 1 1 137 4 1 18 4 1 48 4 1 78 1 1 108 5 1 138 2 1 19 1 1 49 3 1 79 5 1 109 2 1 139 1 1 20 5 1 50 5 1 80 2 1 110 3 1 140 3 1 21 1 2 51 3 2 81 2 2 111 4 2 141 4 2 22 4 2 52 4 2 82 1 2 112 2 2 142 2 2 23 2 2 53 1 2 83 4 2 113 5 2 143 1 2 24 5 2 54 5 2 84 3 2 114 1 2 144 3 2 25 3 2 55 2 2 85 5 2 115 3 2 145 5 2 26 1 3 56 1 3 86 4 3 116 5 3 146 1 3 27 5 3 57 5 3 87 1 3 117 3 3 147 5 3 28 3 3 58 4 3 88 5 3 118 2 3 148 3 3 29 2 3 59 3 3 89 3 3 119 1 3 149 4 3 30 4 3 60 2 3 90 2 3 120 4 3 150 2 3
Carton Economy Test Specification
9(19)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
The test will consist of 150 measurements according to table 3. The 3 operators will measure each of the 5 test parts 10 times. Each operator will mount the
measurement system twice, for more detailed information in regards to test execution see table 4. This approach will take the actual mounting of the measurement system into account and will make the Gage R&R provide a more covering answer in regards to repeatability and reproducibility.
The number of parts, 5, is based on the fact that they are manufactured according to attached drawings, thus no ‘random sampling’ of normal production.
Resources assigned to this activity are Ola Andersson (Activity Leader), Ulf Nedstedt (Test Engineer), Linus Ljung (Automation Engineer).
For resource optimization reasons each operator will mount the measuring system twice and run 25 of their on each mounting, see table 4.
Resource Test 0800 0900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
Ola Andersson, Linus Ljung Preparation
Operator 1 Assemble RunOrder 1-5, 16-20, 31-35, 46-50, 61-65 Disassemble Operator 2 Assemble RunOrder 6-10, 21-25, 36-40, 51-55, 66-70 Disassemble All Lunch Operator 3 Re-assemble RunOrder 11-15, 26-30, 41-45, 56-60, 71-75 Disassemble Operator 1 Assemble RunOrder 76-80, 91-95, 106-110, 121-125, 136-140 Disassemble Operator 2 Assemble RunOrder 81-85, 96-100, 111-115, 126-130, 141-145 Disassemble Operator 3 Assemble RunOrder 86-90, 101-105, 116-120, 131-135, 146-150 Disassemble
Carton Economy Test Specification
10(19)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
Activity Leader Ola Andersson
Operator 1 Linus Ljung
Operator 2 Ola Andersson
Operator 3 John Dexborg
Table 5. Resources
Resource Name Total time
(h)
Operator 1-3 See table 5 6
Data analysis Ola Andersson 16
Table 6. Resource need
Preparations
Book measurement system designed and manufactured by Eltech Automation for Tetra Pak.
Identification of equipment - Serial number 3367.
Manufacture test parts acc to drawing 3055328 and 3055329, see appendix A and B. Book test time in iLine line.
Book test engineers
Mount steering rails in order for test parts to pass measuring sensor in center of conveyor.
Carton Economy Test Specification
11(19)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
Method
The study will consist of 150 measurements on 5 parts performed by 3, 10 replicates per part.
The measurements to be recorded in a conveyor speed of 50 m/min.
Measurements analyzed with Gage R&R Study – ANOVA method in MINITAB®.
RunOrder Part Operator ∆t2-t1 Distance
1 3 1 2 2 1 3 4 1 4 1 1 5 5 1 16 2 1 17 3 1 18 4 1 19 1 1 20 5 1 31 4 1 32 5 1 33 1 1 34 3 1 35 2 1 46 1 1 47 2 1 48 4 1 49 3 1 50 5 1 61 5 1 62 2 1 63 4 1 64 1 1 65 3 1
Table 7. Table for collection of ∆t2-t1 and dp. OBS! This table only shows 25 out the total 150
measurements.
Distance between packages is calculated according to the following equation when measuring real packages:
pack conv
p t t v l
d =( 2− 1)• −
Based on the design of the test parts the distance is calculated according to the following equation in this test:
conv
p t t v
d =(2 − 1)•
The conveyor velocity is recorded and documented at the beginning of each test and thus it is assumed that the conveyor velocity is kept constant. In reality the conveyor velocity varies with conveyor length, type, set speed, no of conveyor bends etc. The method doesn’t take conveyor velocity variations into account.
The log files extracted from the measuring system will be analysed in the Excel Macro used for the system in order to identify start times and end times of the
Carton Economy Test Specification
12(19)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
packages. From the start times and end times package distances are calculated after which obtained distances will be analysed in Minitab.
The study will consist of 150 measurements on 5 parts performed by 3, 10 replicates per part. For each sub-test, according to table 4, all measurements are to be
documented in table 7. In between all sub-tests the measuring system are to be disassembled and re-assembled again by the operator to perform the next sub-test. When performing the test railings to guide the test parts to pass in the center of the conveyors, see fig 7, will be mounted and all packages are assumed to pass the sensor non-rotated according to fig 6. This approach will ensure that we the
packages will not pass with an angle, see fig. 8, and thus the gage R&R will give an answer to how accurate the measurement system are when it comes to measuring package distance based on fixed lengths of the test parts.
Fig 7. Measured distance on TFA test parts
Fig 8. Measured distance on TWA test parts
Package rotation is not taken into account by the measurement system, the test parts is assumed to pass aligned and straight under the sensor of the measurement
device.
With the above described approach the test will give the most accurate answer to the measurement systems repeatability and reproducibility.
Fig 9. Test parts for TFA and TWA
dp dp dp dp dp
Test part 1 Test part 3 Test part 5 Test part 4 Test part 2
Test part 2 Test part 3 Test part 5 Test part 1 Test part 4
Carton Economy Test Specification
13(19)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
Gage R&R
TFA A B Mean Part L (mm) x (mm) L (mm) x (mm) L (mm) x (mm) 1 Front 100,00 17,99 100,03 17,99 100,02 17,99 Back 100,01 17,99 100,04 17,97 100,03 17,98 2 Front 100,03 18,97 100,07 18,97 100,05 18,97 Back 100,05 18,97 100,10 18,95 100,08 18,96 3 Front 100,00 19,97 100,02 19,99 100,01 19,98 Back 99,98 19,97 99,97 20,01 99,98 19,99 4 Front 100,02 20,99 99,99 21,00 100,01 21,00 Back 100,00 21,00 99,99 20,99 100,00 21,00 5 Front 100,03 22,00 100,02 22,01 100,03 22,01 Back 100,01 22,01 100,03 22,01 100,02 22,01 TWA A B Mean Part L (mm) x (mm) L (mm) x (mm) L (mm) x (mm) 1 Front 95,19 17,93 95,21 17,92 95,20 17,93 Back 100,02 13,03 100,04 13,04 100,03 13,04 2 Front 95,15 19,02 95,16 19,04 95,16 19,03 Back 100,03 14,12 100,02 14,13 100,03 14,13 3 Front 95,28 20,01 95,25 19,95 95,27 19,98 Back 99,99 15,09 99,98 15,04 99,99 15,07 4 Front 95,25 20,97 95,21 20,96 95,23 20,97 Back 100,01 16,04 99,99 16,06 100,00 16,05 5 Front 95,19 21,93 95,19 21,98 95,19 21,96 Back 100,00 17,08 100,02 17,04 100,01 17,06Carton Economy Test Specification
14(19)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
Pass/Fail criteria
Based on an accepted measuring system fault of ±1mm and an estimated required number of distinct categories to 3, i.e. adequate resolution, the standard deviation to form the pass/fail criteria can be calculated.
Fig 10. Resolution
With a wanted measurement fault of ±1mm with 95 CI and 3 distinct categories the measurement system standard deviation and pass/fail criteria for this test is
calculated to s=0.34mm. 0.34 96 . 1 3 2 = = MS s Fig 11. Resolution
The set package distance requirement for packages entering a distribution machine is set to 20 mm and with the set pass/fail criteria of s=0.34 mm an actual package distance of 20 mm can be measured to 19 mm, shift and drift assumed to be zero.
actual dp
measured dp
Carton Economy Test Specification
15(19)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
In addition to the standard deviation the variation of the system according to total Gage R&R scale set by Automobile Industry Action Group (AIAG) will also be
calculated, OBS! This will not pose as a pass/fail criteria, only provided and reviewed as complement to the standard deviation.
100 & %R R x tot MS σ σ =
< 1% Acceptable measurement system
1 - 9% Measurement system may be acceptable depending on the application,
the cost of the measuring device, cost of repair, or other factors. Decision whether this level is acceptable lies with the S-DRM management team.
> 9% Measurement system needs improvement
Number of distinct categories:
5+ Acceptable
3 - 4 Marginal
Carton Economy Test Specification – Appendix A
16(19)
Carton Economy Test Specification - Appendix B
17(19)
Carton Economy Test Specification - Appendix C
18(19)
Carton Economy Test Specification - Appendix D
19(19)
Carton Economy Test Report
1(10)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
Document ID 22397 Test creator Ola Andersson
Test name Gage R&R TFA and TWA – Package distance measurement
system Test approver Peder Andersson
Background
Major sources of variation can be divided into poor design, unstable parts & material, insufficient process capability, skills and behavior and measurement system. This test is performed in order to understand how much of the variation in the package distance data that is due to the existing measurement system. No Gage R&R have been performed on the package distance measurement system before, hence the result of the analysis will be used to draw conclusion as to whether the system is good enough or if improvements are needed.
Objective
The primary objective is to analyze and understand repeatability, reproducibility and resolution of the measurement system. Secondary objective is to analyze
measurement system linearity and bias, plus stability of equipment including assembly and dis-assembly.
Preparations
Make UC24, PC23 and measurement system for package distance available. Design and manufacture test parts 1-5.
Procedure
The test was executed by Ola Andersson, Linus Ljung and John Dexborg and done on 5 test parts, 10 replicates per part, by three operators, hence 150 measurements in total. The measurements were recorded in a conveyor speed of ~50 m/min. The measurements were later analyzed with Gage R&R Study – ANOVA method in MINITAB®.
The test was run in 6 blocks, each operator mounted the measuring device twice thus 25 measurements per block and 50 measurements per operator. TFA test parts ran on UC24 and TWA test parts ran on PC23. TFA test parts were run with taped corners in order to avoid test parts from rotating on the conveyor, i.e. have the test parts pass straight under the measuring device.
Number of distinct categories and total STD to be calculated and analysed.
Results
The measurement system did not fulfill the wanted resolution of ±1mm with 95 CI and 3 distinct categories for TWA, however it was fulfilled for TFA.
STDres Resolution (95% CI) No of distinct categories
Approval Criteria - / 0.34 sec ±1 mm / - 3
TWA on PC23 no taped corners XXX ±2.14 mm / ±0.0025 sec 1
TFA on UC24 with taped corers XXX ±0.8036 mm / ±0.00094 sec 5
Table 1. Results original tests
Carton Economy
Test Report
2(10)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
Conclusion
Since the result for measuring TFA packages is well within the wanted resolution of ±1mm the conclusion is that the measurement system is good enough for measuring package distances for TFA packages. For TWA packages the wanted resolution is not achieved and a resolution of ± 2,14 mm is considered to be too poor.
Recommendations
Due to the big difference in regards to resolution when measuring TFA and TWA test parts it was decided that additional tests were to be carried out in order to understand whether conveyor vibrations or the aligned TWA package bottom was the factor that affected the resolution of the measurement system.
In addition it was discussed whether the TWA package distance should be measured from the side instead of from above.
Results additional tests:
STDres Resolution (95% CI) No of distinct categories
Approval Criteria - / 0.34 sec ±1 mm / - 3
TFA on PC23 taped corners XXX ± 0.84 mm / ± 0.00098 sec 5
TFA on PC23 no taped corners XXX ± 0.73 mm / ± 0.00086 sec 5
TWA on UC24 taped corners XXX ± 1.43 mm / ± 0.0017 sec 2
Table 2. Results additional tests
STDres Resolution (95% CI) No of distinct categories
Approval Criteria - / 0.34 sec ±1 mm / - 3
TWA on PC23 no taped corners XXX ±2.14 mm / ±0.0025 sec 1
TFA on UC24 with taped corers XXX ±0.8036 mm / ±0.00094 sec 5
Table 3. Results original tests
Based on the additional tests the most likely factor for the poor resolution when measuring TWA packages is that the sensor reading is affected and varies due to the fact that the TWA packages is transported horizontally on the conveyor thus having the sensor reading the bottom of the package angled. See figure 1 for section of TWA test part below.
Fig 1. Section of test part visualizing sensor reading variation
Distance within which sensor reading varies Distance within which
Carton Economy
Test Report
3(10)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
Background
Package distance is an important factor in packaging solutions for TFA, TWA and TCA packages since it can affect package efficiency in the system, i.e. package waste. To be able to verify/validate package distance towards the set package distance requirement of minimum 20 mm as well as being able to study system behavior in regards to package distance a measurement system for package distance have been developed within Carton Economy. No Gage R&R have been performed on the package distance measurement system before, hence the result of the analysis will be used to draw conclusion as to whether the system is good
enough or if improvements are needed. Potential outcome of measurement system analysis: Accurate and precise Precise but not accurate Not accurate and not precise
Accurate but not precise
Fig 2. Accurate and precise.
Major sources of variation can be divided into poor design, unstable parts & material, insufficient process capability, skills and behavior and measurement system. This test is performed in order to understand how much of the variation in the package distance data that is due to the existing measurement system.
A measurement system can be divided into: - Measuring device (gage)
- Procedures - Definitions - People
A measurement system variation is expressed in bias1, repeatability2, reproducibility3, stability4 and linearity5. This analysis will focus on repeatability and reproducibility.
1 Difference between observed average and reference value. Sometimes reffered to as ‘accuarcy’
2 Variation in measurement obtained while measuring the same part repeatedly with one gage used by the same
person
3 Variation in measurements made by different persons using the same gage to measure the same part
4 Variation in measurements obtained while measuring the same part with the same measurement system over
Carton Economy
Test Report
4(10)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
Objective
The primary objective is to analyze and understand repeatability and reproducibility of the measurement system for package distance as well as measurement system resolution. Secondary objective is to analyze measurement system linearity and bias, plus stability of equipment after mounting.
Preparations
Make UC24, PC23 and measurement system for package distance available. Design and manufacture test parts 1-5.
Align guides in order to make the test parts pass straight under the measuring device.
Book measurement system designed and manufactured by Eltech Automation for Tetra Pak.
Identification of equipment - Serial number 3367.
Manufacture test parts acc to drawing 3055328 and 3055329, see appendix A and B. Book test time in iLine line.
Book test engineers
Mount steering rails in order for test parts to pass measuring sensor in center of conveyor.
Procedure
The test consisted of 150 measurements according to table below. Two test blocks per operator one for each mounting of the measurement device. The 3 operators measured each of the 5 test parts 10 times. Conveyor speed was set to approx 50 m/min. This approach took the actual mounting of the measurement system into account and made the Gage R&R provide a more covering answer in regards to repeatability and reproducibility.
Fig 3. Test parts for TFA and TWA
The number of parts, 5, is based on the fact that they are manufactured according to drawings found in test specification, thus no ‘random sampling’ of normal production.
Carton Economy
Test Report
5(10)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
RunOrder Part Operator ?t
2-t1 Distance RunOrder Part Operator ?t2-t1 Distance RunOrder Part Operator ?t2-t1 Distance
1 3 1 76 4 2 6 5 3 2 2 1 77 3 2 7 3 3 3 4 1 78 1 2 8 2 3 4 1 1 79 5 2 9 4 3 5 5 1 80 2 2 10 1 3 16 2 1 91 5 2 21 1 3 17 3 1 92 4 2 22 4 3 18 4 1 93 1 2 23 2 3 19 1 1 94 2 2 24 5 3 20 5 1 95 3 2 25 3 3 31 4 1 106 4 2 36 2 3 32 5 1 107 1 2 37 4 3 33 1 1 108 5 2 38 5 3 34 3 1 109 2 2 39 3 3 35 2 1 110 3 2 40 1 3 46 1 1 121 4 2 51 3 3 47 2 1 122 1 2 52 4 3 48 4 1 123 3 2 53 1 3 49 3 1 124 2 2 54 5 3 50 5 1 125 5 2 55 2 3 61 5 1 136 5 2 66 1 3 62 2 1 137 4 2 67 5 3 63 4 1 138 2 2 68 4 3 64 1 1 139 1 2 69 2 3 65 3 1 140 3 2 70 3 3
RunOrder Part Operator ?t2-t1 Distance RunOrder Part Operator ?t2-t1 Distance RunOrder Part Operator ?t2-t1 Distance
81 2 1 11 3 2 86 4 3 82 1 1 12 1 2 87 1 3 83 4 1 13 5 2 88 5 3 84 3 1 14 4 2 89 3 3 85 5 1 15 2 2 90 2 3 96 4 1 26 1 2 101 3 3 97 5 1 27 5 2 102 1 3 98 3 1 28 3 2 103 2 3 99 1 1 29 2 2 104 4 3 100 2 1 30 4 2 105 5 3 111 4 1 41 1 2 116 5 3 112 2 1 42 5 2 117 3 3 113 5 1 43 4 2 118 2 3 114 1 1 44 2 2 119 1 3 115 3 1 45 3 2 120 4 3 126 3 1 56 1 2 131 1 3 127 2 1 57 5 2 132 5 3 128 4 1 58 4 2 133 4 3 129 5 1 59 3 2 134 3 3 130 1 1 60 2 2 135 2 3 141 4 1 71 5 2 146 1 3 142 2 1 72 1 2 147 5 3 143 1 1 73 3 2 148 3 3 144 3 1 74 4 2 149 4 3 145 5 1 75 2 2 150 2 3
Carton Economy
Test Report
6(10)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
Results
Source Value - TWA Value - TFA
Part Operator Error
Table 5. Components of variance for package distance Gage R&R study – original tests
Source Symbols and formula
Variance Component TWA Standard deviation TWA Variance Component TFA Standard deviation TFA
Total gauge R&R σ2MS =σ2Repeat +σ2Reprod 34.43 % 1.09484 6.65 % 0.41083
Reproducibility σ2Reprod =σ2Oper 19.26 % 0.72660 6.53 % 0.40702
Repeatability σ2Repeat 15.16 % 0.81897 0.12 % 0.05578
Operator σ2Oper 17.59 % 0.78263 0.12 % 0.05578
Operator *Part σ 2OperxPart 1.67 % 0.24125 - -
Part-to-part σ2Part 65.57 % 1.51103 93.35 % 1.53870
Total σ2Tot =σ2Part +σ2MS 100.00 % 1.86598 100.00 % 1.59260
Table 6. Sources of variation for package distance Gage R&R study - original tests
The variation is measured by standard deviation in Gage R&R and the variation in the measurement system is expressed as a percentage of the total variation.
100 & %R R x tot MS σ σ =
The main response package distance and the result from the measured packages can be seen in the attached file.
Data Collection original and additional tests
Carton Economy
Test Report
7(10)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
In order to understand resolution of the measurement system the test was performed in two steps step 1, the originally planned step, with TWA test parts on the TWA conveyor PC23 and TFA test parts on the TFA conveyor UC24.
The TFA test parts had to be taped in the corners to avoid the parts from rotating and pass with an angle under the sensor of the measuring device.
Step 1 Pass/fail Criteria TWA on PC23 without tape (mm/ms) TFA on UC24 with tape (mm/ms) Std dev - / 0.34 1.09 / 1.3 0.41 / 0.48 Resolution ±1 / - ±2.14 / ±2.5 ±0.8 / ±0.94 No of distinct categories 3 1 5
Table 7. Results step 1
Based on the results in step 1, TFA measurements having a much better resolution, it was decided that additional were to be executed based on a “IS / IS NOT” analysis, see table 8. These test were carried out in order to be able to draw conclusions if it was the angle of the bottom of the TWA packages, the vibrations of the conveyor or the taped corners that gave the much worse resolution when measuring TWA packages.
TFA TWA
Conveyor (i.e. vibrations) UC24 PC23
Conveyor speed, mean (m/min) 52,67 50,88
Measuring distance (mm) 18-22 13-17
Test samples Straight Angled (bottom of TWA packages)
Test samples Taped corners No taped corners
Table 8. “IS / IS NOT” after step 1
Three additional tests were identified as necessary to be able to draw conclusions in regards to decisive factor regarding poor result, see table 9 for results in the step 2 tests. Step 1 Step 2 Pass/fail Criteria TWA on PC23 without tape (mm/ms) TFA on UC24 with tape (mm/ms) TFA on PC23 with tape (mm/ms) TFA on PC23 without tape (mm/ms) TWA on UC24 with tape (mm/ms) Std dev - / 0.34 1.09 / 1.3 0.41 / 0.48 0.43 / 0.5 0.37 / 0.44 0.73 / 0.87 Resolution ±1 / - ±2.14 / ±2.5 ±0.8 / ±0.94 ±0.84 / ±0.98 ±0.73 / ±0.86 ± 1.43 / ±1.7 No of distinct categories 3 1 5 5 5 2
Carton Economy
Test Report
8(10)
Tetra Pak Packaging Solutions AB
The poor TWA result might vary due to the sensor being activated vs de-activated. In order to investigate this already performed test data was used to calculate the
resolution for a 1 to 1 reading, the added step 3 column in table 10 shows that sensor reading is better with 0 to 1 than from 1 to 1.
Transportation direction Fig 6. Calculated time from 0 to 1
Transportation direction Fig 7. Calculated time from 1 to 1
Step 1 Step 2 Step 3
Pass/fail Criteria TWA on PC23 without tape (mm/ms) TFA on UC24 with tape (mm/ms) TFA on PC23 with tape (mm/ms) TFA on PC23 without tape (mm/ms) TWA on UC24 with tape (mm/ms) TWA on UC24 with tape (1 to1) (mm/ms) Std dev - / 0.34 1.09 / 1.3 0.41 / 0.48 0.43 / 0.5 0.37 / 0.44 0.73 / 0.87 1,14 / 1.30 Resolution ±1 / - ±2.14 / ±2.5 ±0.8 / ±0.94 ±0.84 / ±0.98 ±0.73 / ±0.86 ±1.43 / ±1.7 ±2.23 / ±2.55 No of distinct categories 3 1 5 5 5 2 1
Table 10. Results including 1 to 1 reading
Fig 4. Section of test part visualizing probable reason for sensor reading variation
Conclusion based on the tests in step 2 is that the main reason for the poor result when measuring TWA packages is the angled bottom of the TWA package, see fig 4.
Distance within which sensor reading varies
