ISO 230-7:2006
(Main)Test code for machine tools — Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation
Test code for machine tools — Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation
ISO 230-7:2006 is aimed at standardizing methods of specification and test of the geometric accuracy of axes of rotation used in machine tools. Spindles, rotary heads and rotary and swivelling tables of machine tools constitute axes of rotation, all having unintended motions in space as a result of multiple sources of errors. ISO 230-7:2006 covers the following properties of spindles: axis of rotation error motion; speed induced axis shifts. The other important properties of spindles, such as thermally induced axis shifts and environmental temperature variation induced axis shifts, are dealt with in ISO 230-3.
Code d'essai des machines-outils — Partie 7: Exactitude géométrique des axes de rotation
L'ISO 230-7:2006 a pour but de normaliser les méthodes de spécification et d'essai de l'exactitude géométrique des axes de rotation utilisés sur les machines-outils. Les broches, têtes rotatives et tables rotatives et pivotantes des machines-outils constituent les axes de rotation, qui ont tous des mouvements non attendus dans l'espace, résultant de sources d'erreurs multiples. L'ISO 230-7:2006 couvre les propriétés suivantes des broches: mouvements d'erreur des axes de rotation; déplacements d'arbres induits par la vitesse. Les autres propriétés importantes des broches, telles que les déplacements d'arbre induits thermiquement et les déplacements d'arbre induits par des variations de température ambiante sont décrites dans l'ISO 230-3.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 230-7
First edition
2006-11-15
Test code for machine tools —
Part 7:
Geometric accuracy of axes of rotation
Code d'essai des machines-outils —
Partie 7: Exactitude géométrique des axes de rotation
Reference number
ISO 230-7:2006(E)
©
ISO 2006
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ISO 230-7:2006(E)
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ISO 230-7:2006(E)
Contents Page
Foreword. iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 2
3 Terms and definitions. 2
3.1 General concepts. 2
3.2 Error motion . 7
3.3 Error motion polar plot. 9
3.4 Error motion centre . 11
3.5 Error motion value. 12
3.6 Structural error motion. 14
3.7 Axis shift caused by speed change. 15
4 Preliminary remarks . 15
4.1 Measuring units . 15
4.2 Reference to ISO 230-1. 15
4.3 Recommended instrumentation and test equipment. 16
4.4 Environment . 16
4.5 Axis of rotation to be tested . 16
4.6 Axis of rotation warm-up . 16
5 Error motion test methods. 16
5.1 General. 16
5.2 Test parameters and specifications. 17
5.3 Structural motion, spindle off. 17
5.4 Spindle tests — Rotating sensitive direction . 18
5.5 Spindle tests — Fixed sensitive direction. 24
Annex A (informative) Discussion of general concepts. 28
Annex B (informative) Elimination of master ball roundness error . 48
Annex C (informative) Terms and definitions for compliance properties of axis of rotation. 52
Annex D (informative) Terms and definitions for thermal drift associated with rotation of spindle . 53
Annex E (informative) Static error motion tests. 54
Annex F (informative) Measurement uncertainty estimation for axis of rotation tests . 55
Annex G (informative) Alphabetical cross-reference of terms and definitions . 60
Bibliography . 62
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ISO 230-7:2006(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 230-7 was prepared by Technical Committee ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee SC 2, Test
conditions for metal cutting machine tools.
ISO 230 consists of the following parts, under the general title Test code for machine tools:
⎯ Part 1: Geometric accuracy of machines operating under no-load or quasi-static conditions
⎯ Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning numerically controlled axes
⎯ Part 3: Determination of thermal effects
⎯ Part 4: Circular tests for numerically controlled machine tools
⎯ Part 5: Determination of the noise emission
⎯ Part 6: Determination of positioning accuracy on body and face diagonals (Diagonal displacement tests)
⎯ Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation
⎯ Part 9: Estimation of measurement uncertainty for machine tool tests according to series 230, basic
equations [Technical Report]
The following part is under preparation:
⎯ Part 8: Determination of vibration levels [Technical Report]
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 230-7:2006(E)
Test code for machine tools —
Part 7:
Geometric accuracy of axes of rotation
1 Scope
This part of ISO 230 is aimed at standardizing methods of specification and test of the geometric accuracy of
axes of rotation used in machine tools. Spindles, rotary heads and rotary and swivelling tables of machine
tools constitute axes of rotation, all having unintended motions in space as a result of multiple sources of
errors.
This part of ISO 230 covers the following properties of spindles:
⎯ axis of rotation error motion;
⎯ speed-induced axis shifts.
The other important properties of spindles, such as thermally induced axis shifts and environmental
temperature variation-induced axis shifts, are dealt with in ISO 230-3.
This part of ISO 230 does not cover the following properties of spindles:
⎯ angular positioning accuracy (see ISO 230-1 and ISO 230-2);
⎯ runout of surfaces and components (see ISO 230-1);
⎯ tool holder interface specifications;
⎯ inertial vibration measurements (see ISO 230-8);
⎯ noise measurements (see ISO 230-5);
⎯ rotational speed range and accuracy (see ISO 10791-6 and ISO 13041-6);
⎯ balancing measurements or methods (see ISO 1940-1 and ISO 6103);
⎯ idle run loss (power loss);
⎯ thermal drift (see ISO 230-3).
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ISO 230-7:2006(E)
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 230-1:1996, Test code for machine tools — Part 1: Geometric accuracy of machines operating under
no-load or finishing conditions
ISO 230-2:2006, Test code for machine tools — Part 2: Determination of accuracy and repeatability of
positioning numerically controlled axes
1)
ISO 230-3:— , Test code for machine tools — Part 3: Determination of thermal effects
ISO 841:2001, Industrial automation systems and integration — Numerical control of machines — Coordinate
system and motion nomenclature
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
NOTE They are presented in this sequence to help the user develop an understanding of the terminology of axes of
rotation. The alphabetical cross-references for these definitions are given in Annex G.
3.1 General concepts
3.1.1
spindle unit
device which provides an axis of rotation
NOTE Other devices such as rotary tables, trunnions and live centres are included within this definition.
3.1.2
spindle
rotor
rotating element of a spindle unit
3.1.3
spindle housing
stator
stationary element of a spindle unit
3.1.4
bearing
element of a spindle unit that supports the spindle (rotor) and enables rotation between the spindle and the
spindle housing
3.1.5
axis of rotation
line segment about which rotation occurs
See Figure 1 a).
NOTE In general, during rotation this line segment translates (in radial and axial directions) and tilts within the
reference coordinate frame due to inaccuracies in the bearings and bearing seats, structural motion or axis shifts, as
shown in Figure 1 a) and b).
1) To be published. (Revision of ISO 230-3:2001)
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ISO 230-7:2006(E)
3.1.6
reference coordinate axes
mutually perpendicular X, Y, and Z-axes, fixed with respect to a specified object
See Figure 1 a).
NOTE The specified object can be fixed or rotating.
3.1.7
positive direction
in accordance with ISO 841, the direction of a movement that causes an increasing positive dimension of the
workpiece
3.1.8
perfect spindle
spindle having no error motion of its axis of rotation relative to its axis average line
3.1.9
perfect workpiece
rigid body having a perfect surface of revolution about a centreline
3.1.10
axis average line
straight line segment located with respect to the reference coordinate axes representing the mean location of
the axis of rotation
See Figure 1 a).
NOTE 1 The axis average line is a useful term to describe changes in location of an axis of rotation in response to load,
temperature or speed changes.
NOTE 2 Unless otherwise specified, the axis average line should be determined by calculating the least-squares centre
of two data sets of radial error motion taken at axially separated locations (see 3.4).
NOTE 3 ISO 841 defines the Z axis of a machine as being “parallel to the principal spindle of the machine”. This
implies that the machine Z axis is parallel to the axis average line of the principal spindle. However, since axis average
line definition applies to other spindles and rotary axes as well, in general not all axes of rotation are parallel to the
machine Z axis. An axis average line should be parallel to the machine Z axis only if it is associated with the principal
spindle of the machine.
3.1.11
axis shift
quasi-static relative displacement, between the tool and the workpiece, of the axis average line due to a
change in conditions
See Figure 1 c).
NOTE Causes of axis shift include thermal drift, load changes, and speed changes.
3.1.12
displacement sensor
device that measures displacement between two specified objects
EXAMPLE Capacitance gage, linear variable differential transformer (LVDTs), eddy current probe, laser
interferometer, dial indicator.
3.1.13
structural loop
assembly of components which maintains the relative position between two specified objects
NOTE A typical pair of specified objects is a cutting tool and a workpiece: the structural loop would include the
spindle, bearings and spindle housing, the machine head stock, the machine slideways and frame, and the tool and work
holding fixtures.
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ISO 230-7:2006(E)
Key
1 spindle (rotor) 4 axis of rotation (at angle C)
2 error motion of axis of rotation (prior to angle C) 5 spindle housing (stator)
3 axis average line
a) Reference coordinate axes, axis of rotation, axis average line, and error motion of a spindle
Key Key
EXC radial motion in X direction XOC X position of C
EYC radial motion in Y direction YOC Y position of C
EZC axial motion AOC squareness of C to Y
EAC tilt motion around X BOC squareness of C to X
EBC tilt motion around Y axis
ECC angular positioning error
a
Reference axis.
b) Error motions of axis of rotation c) Location errors (axis shift) of axis average line
Figure 1 — Reference coordinate axes, axis of rotation, axis average line and error motion
of a spindle shown for a C spindle or a C rotary axis
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ISO 230-7:2006(E)
3.1.14
sensitive direction
direction perpendicular to the perfect workpiece surface through the instantaneous point of machining or
measurement
See Figure 2.
NOTE For a fixed sensitive direction, the results of the measurement of the relative displacement between the tool
and the workpiece correspond to the shape error of the manufactured surface of a workpiece.
a) General case of error motion
b) Axial error motion c) Face error motion
d) Radial error motion e) Tilt error motion
Key
1 spindle 6 sensitive direction
2 perfect workpiece 7 axial location
3 axis average line 8 radial location
4 displacement sensor 9 direction angle
5 error motion
Figure 2 — General case of error motion and axial, face, radial and tilt error motions
for fixed sensitive direction
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ISO 230-7:2006(E)
3.1.15
non-sensitive direction
any direction perpendicular to the sensitive direction
3.1.16
fixed sensitive direction
sensitive direction where the workpiece is rotated by the spindle and the point of machining or measurement
is fixed
3.1.17
rotating sensitive direction
sensitive direction where the workpiece is fixed and the point of machining or measurement rotates with the
spindle
NOTE A lathe has a fixed sensitive direction, a jig borer has a rotating sensitive direction.
3.1.18
runout
total displacement measured by a displacement sensor sensing against a moving surface or moved with
respect to a fixed surface
NOTE 1 For runout of a component at a given section, see ISO 230-1:1996, 5.611.4.
NOTE 2 The terms “TIR” (total indicator reading) and “FIM” (full indicator movement) are equivalent to runout.
3.1.19
stationary point runout
total displacement measured by a displacement sensor sensing against a point on a rotating surface which
has negligible lateral motion with respect to the sensor when both the sensor and the surface rotate together
See Figure 3.
Figure 3 — Schematics of sample applications for use of stationary point runout
(radial test for concentricity and face test for parallelism)
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ISO 230-7:2006(E)
3.1.20
squareness
perpendicularity
angular relationship between two planes, two straight lines, or a straight line and a plane in which the angular
deviation from 90 degrees does not exceed a given value
NOTE A plane surface is “square” to an axis of rotation if coincident polar profile centres are obtained for an axial and
a face motion polar plot or for two face motion polar plots at different radii. Perpendicularity of motion refers, for machine
tools, to the successive positions on the trajectory of a functional point on a moving part of the machine in relation to a
plane (support or slideway), a straight line (axis or intersection of two planes) or the trajectory of a functional point on
another moving part. See ISO 230-1:1996, 5.5.
3.1.21
play
condition of zero stiffness over a limited range of displacement due to clearance between elements of a
structural loop
3.1.22
hysteresis
linear (or angular) displacement between two objects resulting from the sequential application and removal of
equal forces (or moments) in opposite directions.
NOTE Hysteresis is caused by mechanisms, such as drive train clearance, guideway clearance, mechanical
deformations, friction and loose joints.
3.1.22.1
setup hysteresis
hysteresis of various components in a test setup, normally due to loose mechanical connections
3.1.22.2
machine hysteresis
hysteresis of the machine structure when subjected to specific loads
3.2 Error motion
〈axis of rotation〉 unintended relative displacement in the sensitive direction between the tool and the
workpiece
NOTE Error motions are specified as location and direction as shown in Figure 2 a) and do not include motions due
to axis shifts associated with changes in temperature, load or rotational speed.
3.2.1
axis of rotation error motion
changes in position and orientation of axis of rotation relative to its axis average line as a function of angle of
rotation of the spindle
NOTE This error motion may be measured as motions of the surface of a perfect cylindrical or spherical test artefact
with its centreline coincident with the axis of rotation.
3.2.2
structural error motion
error motion due to internal or external excitation and affected by elasticity, mass and damping of the
structural loop
See 3.6
3.2.3
bearing error motion
error motion due to imperfect bearing
NOTE See Annex A.
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ISO 230-7:2006(E)
3.2.4
total error motion
complete error motion as recorded, composed of the synchronous and asynchronous components of the
spindle and structural error motions
3.2.5
static error motion
special case of error motion in which error motion is sampled with the spindle at rest at a series of discrete
rotational positions
NOTE This is used to measure error motion exclusive of any dynamic influences.
3.2.6
synchronous error motion
portion of the total error motion that occurs at integer multiples of the rotation frequency
NOTE It is the mean contour of the total error motion polar plot averaged over the number of revolutions.
3.2.7
fundamental error motion
portion of the total error motion that occurs at the rotational frequency of the spindle
3.2.8
residual synchronous error motion
portion of the synchronous error motion that occurs at integer multiples of the rotation frequency other than
the fundamental
3.2.9
asynchronous error motion
portion of the total error motion that occurs at frequencies other than integer multiples of the rotation
frequency
NOTE 1 Asynchronous error motion is the deviations of the total error motion from the synchronous error motion.
NOTE 2 Asynchronous error motion comprises those components of error motion that are
a) not periodic,
b) periodic but occur at frequencies other than the spindle rotational frequency and its integer multiples, and
c) periodic at frequencies that are subharmonics of the spindle rotational frequency.
3.2.10
radial error motion
error motion in a direction perpendicular to the axis average line and at a specified axial location
See Figure 2 d).
NOTE 1 This error motion may be measured as the motions, in the radial direction, of the surface of a perfect
cylindrical or spherical test artefact with its centreline coincident with the axis of rotation.
NOTE 2 The term “radial runout” has an accepted meaning, which includes errors due to centring and workpiece
out-of-roundness, and hence is not equivalent to radial error motion.
3.2.11
pure radial error motion
error motion in which the axis of rotation remains parallel to the axis average line and moves perpendicular to
it in the sensitive direction
NOTE Pure radial error motion is just the concept of radial error motion in the absence of tilt error motion. There
should be no attempt to measure it.
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ISO 230-7:2006(E)
3.2.12
tilt error motion
error motion in an angular direction relative to the axis average line
See Figure 2 e).
NOTE 1 This motion may be evaluated by simultaneous measurements of the radial error motion in two radial planes
separated by a distance along the axis average line.
NOTE 2 “Coning,” “wobble,” “swash”, “tumbling” and “towering” errors are non-preferred terms for tilt error motion.
NOTE 3 The term “tilt error motion” rather than “angular motion” was chosen to avoid confusion with rotation about the
axis or with angular positioning error of devices such as rotary tables.
3.2.13
axial error motion
error motion coaxial with the axis average line
See Figure 2 b).
NOTE 1 This error motion may be measured as the motions, in the axial direction along the axis average line, of the
surface of a perfect flat disk or spherical test artefact with its centreline coincident with the axis of rotation.
NOTE 2 “Axial slip”, “end-camming”, “pistoning” and “drunkenness” are non-preferred terms for axial error motion.
3.2.14
face error motion
error motion parallel to the axis average line at a specified radial location
See Figure 2 c).
NOTE Face error motion is a combination of axial and tilt error motions. The term “face runout” has an accepted
meaning analogous to “radial runout” and hence is not equivalent to face error motion.
3.2.15
error motion measurement
measurement record of error motion, which includes all pertinent information regarding the machine,
instrumentation and test conditions
3.3 Error motion polar plot
representation of error motions of axes of rotation generated by plotting displacement versus the angle of
rotation of the spindle
See Figure 4.
3.3.1
total error motion polar plot
polar plot of the complete error motion as recorded
3.3.2
synchronous error motion polar plot
polar plot of the error motion components having frequencies that are integer multiples of the rotation
frequency
NOTE It is acceptable to create the synchronous error polar plot by averaging the total error motion polar plot.
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ISO 230-7:2006(E)
a) Total error motion
b) Synchronous error motion c) Asynchronous error motion
d) Inner error motion e) Outer error motion
Figure 4 — Error motion polar plots
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ISO 230-7:2006(E)
3.3.3
asynchronous error motion polar plot
polar plot of that portion of the total error motion that occurs at frequencies that are not integer multiples of the
rotational frequency
3.3.4
fundamental error motion polar plot
best-fit circle passed through the synchronous axial or face error motion polar plot about a specified polar
profile centre
3.3.5
axial error motion polar plot
polar plot of the axial error motion, including the fundamental, synchronous residual and asynchronous axial
error motions
3.3.6
residual synchronous error motion polar plot
polar plot of the portion of the synchronous error motion that occurs at frequencies other than the fundamental
NOTE The division of synchronous error motion into fundamental and residual components is only applicable to axial
and face error motions. In the radial and tilt directions, fundamental error motion does not exist — the measured value that
occurs at the fundamental frequency is not a characteristic of the axis of rotation.
3.3.7
inner error motion polar plot
contour of the inner boundary of the total error motion polar plot
3.3.8
outer error motion polar plot
contour of the outer boundary of the total error motion polar plot
3.4 Error motion centre
centre defined for the assessment of error motion polar plots
See Figure 5.
NOTE Table 1 provides the preferred centres for the assessment of error motion values. If the centre is not specified,
the preferred centre is to be assumed.
a
Error motion polar plot.
b
Error motion value for LSC centre.
Figure 5 — Error motion polar plot, PC (polar chart) centre and LSC (least-square circle) centre
and error motion value for LSC centre
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ISO 230-7:2006(E)
Table 1 — Error motion type preferred centre
Motion type Preferred centre
Radial error motion LSC centre
Tilt error motion LSC centre
Axial error motion PC centre
Face error motion PC centre
3.4.1
polar chart centre
PC centre
centre of the polar chart
3.4.2
polar profile centre
centre derived from the polar profile by a mathematical or graphical technique
3.4.3
least-squares circle centre
LSC centre
centre of a circle that minimizes the sum of the squares of a sufficient number of equally spaced radial
deviations measured from it to the error motion polar plot
3.4.4
minimum radial separation centre
MRS centre
centre that minimizes the radial difference required containing the error motion polar plot between two
concentric circles
3.4.5
maximum inscribed circle centre
MIC centre
the centre of the largest circle that can be inscribed within the error motion polar plot
3.4.6
minimum circumscribed circle centre
MCC centre
centre of the smallest circle that will just contain the error motion polar plot
NOTE 1 Unless otherwise specified, the polar profile centre is determined using the synchronous error motion polar
plot.
NOTE 2 A workpiece is centred with zero centring error when the polar chart centre coincides with the chosen polar
profile centre.
3.5 Error motion value
magnitude assessment of an error motion component over a specified number of revolutions
NOTE In most cases, an error motion value is equal to the difference in radii of two concentric circles that will just
enclose the corresponding error motion polar plot, and the value obtained depends upon the location of the common
centre of these two circles. Definitions 3.5.1 to 3.5.7 are presented in terms of polar plots to aid in understanding the
phenomena and the computations. Mathematical analysis allows values to be calculated without constructing polar plots.
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ISO 230-7:2006(E)
3.5.1
total error motion value
scaled difference in radii of two concentric circles from a specified error motion centre just sufficient to contain
the total error motion polar plot
NOTE Four total error motion values are defined: total radial error motion, total tilt error motion, total axial error
motion and total face error motion.
3.5.2
synchronous error motion value
scaled difference in radii of t
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 230-7
Première édition
2006-11-15
Code d'essai des machines-outils —
Partie 7:
Exactitude géométrique des axes
de rotation
Test code for machine tools —
Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation
Numéro de référence
ISO 230-7:2006(F)
©
ISO 2006
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ISO 230-7:2006(F)
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ii © ISO 2006 – Tous droits réservés
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ISO 230-7:2006(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 2
3 Termes et définitions. 2
4 Remarques préliminaires. 15
4.1 Unités de mesure. 15
4.2 Référence à l'ISO 230-1 . 16
4.3 Instruments et équipements d'essai recommandés . 16
4.4 Environnement. 16
4.5 Axe de rotation à soumettre à l'essai . 16
4.6 Mise en température de l'axe de rotation . 16
5 Méthodes d'essai de mouvement d'erreur. 17
5.1 Généralités . 17
5.2 Paramètres et spécifications d'essai. 17
5.3 Mouvement de la structure, broche à l'arrêt . 17
5.4 Essais de la broche — Direction sensitive en rotation. 18
5.5 Essais de la broche — Direction sensitive fixe . 24
Annexe A (informative) Description des concepts généraux . 29
Annexe B (informative) Élimination de l'erreur d'arrondi de la bille d'essai . 50
Annexe C (informative) Définition des propriétés de souplesse d'un axe de rotation . 54
Annexe D (informative) Définitions de dérive thermique associée à la rotation d'une broche. 55
Annexe E (informative) Essais du mouvement d'erreur statique. 56
Annexe F (informative) Estimation de l'incertitude de mesure pour la mise à l'essai des axes de
rotation. 57
Annexe G (informative) Référence croisée alphabétique des termes et des définitions. 62
Bibliographie . 64
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ISO 230-7:2006(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 230-7 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 39, Machines outils, sous-comité SC 2,
Conditions de réception des machines travaillant par enlèvement de métal.
L'ISO 230 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Code d'essai des machines-outils:
⎯ Partie 1: Précision géométrique des machines fonctionnant à vide ou dans des conditions de finition
⎯ Partie 2: Détermination de l'exactitude et de la répétabilité de positionnement des axes en commande
numérique
⎯ Partie 3: Évaluation des effets thermiques
⎯ Partie 4: Essais de circularité des machines-outils à commande numérique
⎯ Partie 5: Détermination de l'émission sonore
⎯ Partie 6: Détermination de la précision de positionnement sur les diagonales principales et de face
(Essais de déplacement en diagonale)
⎯ Partie 7: Exactitude géométrique des axes de rotation
⎯ Partie 9: Estimation de l'incertitude de mesure pour les essais des machines-outils selon la série ISO 230,
équations de base [Rapport technique]
La partie suivante est en préparation:
⎯ Partie 8: Détermination des niveaux de vibrations [Rapport technique]
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NORME INTERNATIONALE ISO 230-7:2006(F)
Code d'essai des machines-outils —
Partie 7:
Exactitude géométrique des axes de rotation
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 230 a pour but de normaliser les méthodes de spécification et d'essai de
l'exactitude géométrique des axes de rotation utilisés sur les machines-outils. Les broches, têtes rotatives et
tables rotatives et pivotantes des machines-outils constituent les axes de rotation, qui ont tous des
mouvements non attendus dans l'espace, résultant de sources d'erreurs multiples.
La présente partie de l'ISO 230 couvre les propriétés suivantes des broches:
⎯ mouvements d'erreur des axes de rotation;
⎯ déplacements d'arbres induits par la vitesse.
Les autres propriétés importantes des broches, telles que les déplacements d'arbre induits thermiquement et
les déplacements d'arbre induits par des variations de température ambiante, sont décrites dans l'ISO 230-3.
La présente partie de l'ISO 230 ne couvre pas les propriétés suivantes des broches:
⎯ l'exactitude du positionnement angulaire (voir l'ISO 230-1 et l'ISO 230-2);
⎯ le faux-rond des surfaces et des composants (voir l'ISO 230-1);
⎯ les spécifications des porte-outils;
⎯ les mesures inertielles de vibrations (voir l'ISO 230-8);
⎯ les mesures de bruit (voir l'ISO 230-5);
⎯ l'étendue et l'exactitude des vitesses de rotation (voir l'ISO 10791-6 et l'ISO 13041-6);
⎯ les mesures ou les méthodes d'équilibrage (voir l'ISO 1940-1 et l'ISO 6103);
⎯ les pertes de marche à vide (perte de puissance);
⎯ la dérive thermique (voir l'ISO 230-3).
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ISO 230-7:2006(F)
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 230-1:1996, Code d'essai des machines-outils — Partie 1: Précision géométrique des machines
fonctionnant à vide ou dans des conditions de finition
ISO 230-2:2006, Code d'essai des machines-outils — Partie 2: Détermination de l'exactitude et de la
répétabilité de positionnement des axes en commande numérique
1)
ISO 230-3:— , Code d'essai des machines-outils — Partie 3: Évaluation des effets thermiques
ISO 841:2001, Systèmes d'automatisation industrielle et intégration — Commande numérique des
machines — Système de coordonnées et nomenclature du mouvement
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
NOTE L'ordre de leur présentation est conçu pour aider l'utilisateur à mieux comprendre la terminologie des axes de
rotation. Les références alphabétiques croisées de ces termes sont données dans l'Annexe G.
3.1 Concepts généraux
3.1.1
porte-broche
dispositif présentant un axe de rotation
NOTE Cette définition s'applique à d'autres dispositifs tels que des tables rotatives, des tourillons, des pointes
tournantes, etc.
3.1.2
broche
rotor
élément en rotation d'un porte-broche
3.1.3
logement de broche
stator
élément fixe d'un porte-broche
3.1.4
palier
élément d'un porte-broche sur lequel s'appuie la broche, et qui permet la rotation entre la broche et le
logement de broche
3.1.5
axe de rotation
segment de ligne autour duquel une rotation s'effectue
Voir Figure 1 a).
NOTE Des inexactitudes des paliers et des sièges de paliers, du mouvement de la structure ou des déplacements
d'axe, provoquent généralement, durant la rotation, un déplacement (dans les directions radiales et axiales) et une
inclinaison de ce segment de ligne par rapport aux axes de coordonnées de référence comme illustré à la Figure 1 a) et b).
1) À publier. (Révision de l'ISO 230-3:2001)
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ISO 230-7:2006(F)
3.1.6
axes de coordonnées de référence
axes X, Y et Z mutuellement perpendiculaires, fixes par rapport à un objet spécifié
Voir Figure 1 a).
NOTE L'objet spécifié peut être fixe ou rotatif.
3.1.7
direction positive
conformément à l'ISO 841, direction d’un mouvement qui engendre une augmentation de la dimension
positive de la pièce
3.1.8
broche parfaite
broche dont l'axe de rotation ne présente aucun mouvement d'erreur par rapport aux axes de coordonnées de
référence
3.1.9
pièce parfaite
corps rigide présentant une surface de révolution parfaite autour d'un axe
3.1.10
ligne moyenne de l'axe
segment de ligne droite fixe par rapport aux axes de coordonnées de référence qui représente l'emplacement
moyen de l'axe de rotation
Voir Figure 1 a).
NOTE 1 La ligne moyenne de l'axe est un terme utile pour décrire les variations de l'emplacement de l'axe de rotation
en réponse à des variations de charge, de température ou de vitesse.
NOTE 2 Sauf spécification contraire, il convient de déterminer la ligne moyenne de l'axe en calculant le centre des
moindres carrés de deux ensembles de données du mouvement d'erreur radial relevés à des emplacements séparés
axialement (voir 3.4).
NOTE 3 L'ISO 841 définit l'axe Z de la machine comme «parallèle à la broche principale de la machine». Ceci implique
que l'axe Z de la machine est parallèle à la ligne moyenne de l'axe de la broche principale. Cependant, comme la
définition de la ligne moyenne de l'axe s'applique aussi à d'autres axes de broche ou axes en rotation, les axes de rotation
ne sont en général pas tous parallèles à l'axe Z de la machine. Il convient que la ligne moyenne de l'axe soit parallèle à
l'axe Z de la machine seulement si elle est associée à la broche principale de la machine.
3.1.11
déplacement d'axe
déplacement relatif, quasi statique entre l'outil et la pièce usinée, de la position de la ligne moyenne de l'axe
suite à un changement des conditions
Voir Figure 1 c).
NOTE Les causes d'un déplacement d'axe comprennent une dérive thermique, des variations de charge et des
variations de vitesse.
3.1.12
capteur de déplacement
dispositif qui mesure le déplacement entre deux objets spécifiés
EXEMPLE Capteur capacitif, transformateur-comparateur variable (LVDT), sonde à courant de Foucault,
interféromètre à laser et comparateur.
3.1.13
boucle structurelle
assemblage de composants qui maintient la position relative entre deux objets spécifiés
NOTE Une paire typique d'objets spécifiés est un outil de coupe et une pièce à usiner. La boucle structurelle
comprendrait, dans ce cas, la broche, les paliers et le logement de la broche, la poupée fixe de la machine, les glissières
et le châssis de la machine ainsi que les dispositifs de serrage de l'outil.
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ISO 230-7:2006(F)
Légende
1 broche (rotor) 4 axe de rotation (à un angle C)
2 mouvement d'erreur de l'axe de rotation (avant l'angle C) 5 logement de broche (stator)
3 ligne moyenne de l'axe
a) Axes de coordonnées de référence, axe de rotation, ligne moyenne de l'axe
et mouvement d'erreur d'une broche
Légende Légende
EXC mouvement radial dans la direction de l'axe X XOC X position de C
EYC mouvement radial dans la direction de l'axe Y YOC Y position de C
EZC mouvement axial AOC perpendicularité de C par rapport à l'axe Y
EAC mouvement d'inclinaison autour de l'axe X BOC perpendicularité de C par rapport à l'axe X
EBC mouvement d'inclinaison autour de l'axe Y
ECC Erreur de positionnement angulaire
b) Mouvement d'erreur de l'axe de rotation c) Erreurs d'emplacement (déplacement d'axe)
de la ligne moyenne de l'axe
a
Axe de référence.
Figure 1 — Axes de coordonnées de référence, axe de rotation, ligne moyenne de l'axe et mouvement
d'erreur d'une broche représentée pour un axe de broche C ou un axe en rotation de la table C
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ISO 230-7:2006(F)
3.1.14
direction sensitive
direction perpendiculaire à la surface parfaite de la pièce et passant par le point instantané d'usinage ou de
mesure
Voir Figure 2.
NOTE Pour une direction sensitive fixe, les résultats des mesures du déplacement relatif entre l'outil et la pièce
usinée correspondent à l'erreur de forme de la surface usinée d'une pièce.
a) Cas général de mouvement d'erreur
b) Mouvement d'erreur axial c) Mouvement d'erreur frontal
d) Mouvement d'erreur radial e) Mouvement d'erreur d'inclinaison
Légende
1 broche 6 direction sensitive
2 pièce parfaite 7 emplacement axial
3 ligne moyenne de l'axe 8 emplacement radial
4 capteur de déplacement 9 angle de direction
5 mouvement d'erreur
Figure 2 — Cas général de mouvement d'erreur et mouvements d'erreur axial, frontal, radial
et d'inclinaison pour une direction sensitive fixe
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ISO 230-7:2006(F)
3.1.15
direction non sensitive
toute direction perpendiculaire à la direction sensitive
3.1.16
direction sensitive fixe
direction sensitive dans laquelle la pièce est en rotation par la broche et où le point d'usinage ou de mesure
est fixe
3.1.17
direction sensitive en rotation
direction sensitive dans laquelle la pièce est fixe et le point d'usinage ou de mesure est en rotation avec la
broche
NOTE La direction sensitive d'un tour est fixe alors que celle d'une pointeuse est en rotation.
3.1.18
faux-rond
déplacement total mesuré par un capteur de déplacement analysant une surface en mouvement ou mue par
rapport à une surface fixe
NOTE 1 Pour le faux-rond d'un composant à une section donnée, voir l'ISO 230-1:1996, 5.611.4.
NOTE 2 Les termes «T.I.R.» [Total Indicator Reading (lecture totale)] et «F.I.M.» [Full Indicator Movement (mouvement
complet du comparateur)] sont équivalents à faux-rond.
3.1.19
faux-rond de point fixe
déplacement total mesuré par un capteur de déplacement analysant un point sur une surface en rotation, dont
le mouvement latéral par rapport au capteur est négligeable quand à la fois le capteur et la surface tournent
ensemble
Voir Figure 3.
Figure 3 — Schémas d'applications d'échantillons pour l'utilisation d'un faux-rond de point fixe
(essai radial pour la concentricité et essai frontal pour le parallélisme)
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ISO 230-7:2006(F)
3.1.20
perpendicularité
relation angulaire entre deux plans, deux droites, ou une droite et un plan, lorsque leur écart angulaire de 90°
ne dépasse pas une valeur spécifiée
NOTE Une surface plane est «perpendiculaire» à un axe de rotation si les centres de projections polaires coïncident
pour un diagramme polaire du mouvement axial et frontal ou pour deux diagrammes polaires du mouvement frontal de
différents rayons. Perpendicularité de mouvement: position de la trajectoire d'un point d'un organe mobile de la machine
par rapport à un plan (support ou glissière), à une droite (axe ou intersection de deux plans), à la trajectoire d'un point d'un
autre organe mobile (voir l'ISO 230-1:1996, 5.5).
3.1.21
jeu
condition de rigidité nulle sur une étendue de déplacement limitée due au jeu entre les éléments d'une boucle
structurelle
3.1.22
hystérésis
déplacement linéaire (ou angulaire) entre deux objets résultant de l’application séquentiel et retrait des forces
égales (ou moments) dans des directions opposées
NOTE L’hystérésis est due à des mécanismes tels que des jeux de trains d’entraînement, des jeux de glissières, une
déformation mécanique, le frottement et des joints avec jeu.
3.1.22.1
hystérésis de montage
hystérésis de différents composants dans un montage d'essai, due généralement à des assemblages
mécaniques avec jeu
3.1.22.2
hystérésis de machine
hystérésis de la structure de la machine lorsqu'elle est soumise à des charges spécifiques
3.2 Mouvements d'erreur
〈axe de rotation〉 déplacement relatif non intentionnel dans la direction sensitive entre l'outil et la pièce.
NOTE Les mouvements d'erreur sont spécifiés par rapport aux emplacements et directions tels qu'illustrés à la
Figure 2 a) et ne comprennent pas les mouvements dus aux déplacements d'arbre associés à des variations de
température, de charge et de vitesse de rotation.
3.2.1
mouvement d'erreur de l'axe de rotation
variations de position et d'orientation de l'axe de rotation par rapport à ses axes de coordonnées de référence
en fonction de l'angle de rotation de la broche
NOTE Ce mouvement d'erreur peut être mesuré comme les mouvements de la surface d'une pièce d'essai
parfaitement cylindrique ou sphérique dont l'axe coïncide avec l'axe de rotation.
3.2.2
mouvement d'erreur de la structure
mouvement d'erreur dû à une excitation interne ou externe et affecté par l'élasticité, la masse et
l'amortissement de la boucle structurelle en fonction de l'angle de rotation
Voir 3.6.
3.2.3
mouvement d'erreur du palier
mouvement d'erreur dû à un palier imparfait
NOTE Voir Annexe A.
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ISO 230-7:2006(F)
3.2.4
mouvement d'erreur total
mouvement d'erreur total relevé, constitué de composants synchrones et asynchrones de la broche et de
mouvements d'erreur de la structure
3.2.5
mouvement d'erreur statique
cas particulier de mouvement d'erreur dans lequel le mouvement d'erreur est échantillonné alors que la
broche est à l'arrêt dans une série de positions de rotation discrètes
NOTE Ceci sert à mesurer le mouvement d'erreur en l'absence de toute influence dynamique.
3.2.6
mouvement d'erreur synchrone
partie du mouvement d'erreur total observée à des multiples entiers de la fréquence de rotation
NOTE C'est le contour moyen du diagramme polaire du mouvement d'erreur total moyenné sur le nombre de tours.
3.2.7
mouvement d'erreur fondamental
partie du mouvement d'erreur total observée à la fréquence de rotation de la broche
3.2.8
mouvement d'erreur synchrone résiduel
partie du mouvement d'erreur synchrone observée à des multiples entiers de la fréquence de rotation
différente de la fréquence fondamentale
3.2.9
mouvement d'erreur asynchrone
partie du mouvement d'erreur total observée à des fréquences autres que des multiples entiers de la
fréquence de rotation
NOTE 1 Le mouvement d'erreur asynchrone correspond aux écarts du mouvement d'erreur total par rapport au
mouvement d'erreur synchrone.
NOTE 2 Le mouvement d'erreur asynchrone comprend les composantes du mouvement d'erreur qui sont
a) non périodiques;
b) périodiques, mais qui sont observées à des fréquences autres que la fréquence de rotation de la broche et ses
multiples entiers; et
c) périodiques à des fréquences qui sont des sous-harmoniques de la fréquence de rotation de la broche.
3.2.10
mouvement d'erreur radial
mouvement d'erreur dans une direction perpendiculaire à la ligne moyenne de l'axe et à un emplacement
axial spécifié
Voir Figure 2 d).
NOTE 1 Ce mouvement d'erreur peut être mesuré comme les mouvements, dans la direction radiale, de la surface
d'une pièce d'essai parfaitement cylindrique ou sphérique dont l'axe coïncide avec l'axe de rotation.
NOTE 2 Le terme «faux-rond radial» a une signification généralement acceptée qui inclut les erreurs dues au centrage
et à l'ovalité de la pièce et ne correspond donc pas au mouvement d'erreur radial.
3.2.11
mouvement d'erreur radial pur
mouvement d'erreur dans lequel l'axe de rotation reste parallèle à la ligne moyenne de l'axe et se déplace
perpendiculairement à la direction sensitive
NOTE Le mouvement d'erreur radial pur représente uniquement le concept d'un mouvement d'erreur radial en cas
d'absence de mouvement d'erreur d'inclinaison. Il convient de ne pas chercher à le mesurer.
8 © ISO 2006 – Tous droits réservés
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ISO 230-7:2006(F)
3.2.12
mouvement d'erreur d'inclinaison
mouvement d'erreur dans une direction angulaire par rapport à la ligne moyenne de l'axe
Voir Figure 2 e).
NOTE 1 Ce mouvement peut être évalué en mesurant simultanément le mouvement d'erreur radial dans deux plans
radiaux séparés par une distance le long de la ligne moyenne de l'axe.
NOTE 2 Les termes d'erreur de «conicité», de «voile», de «roulis», de «tangage» et de «longueur» sont déconseillés
pour le mouvement d'erreur d'inclinaison.
NOTE 3 Le terme «mouvement d'erreur d'inclinaison» a été préféré au terme «mouvement angulaire» pour éviter toute
confusion avec la rotation autour de l'axe ou avec l'erreur de positionnement angulaire de dispositifs tels que des tables
rotatives.
3.2.13
mouvement d'erreur axial
mouvement d'erreur coaxial avec la ligne moyenne de l'axe
Voir Figure 2 b).
NOTE 1 Ce mouvement d'erreur peut être mesuré comme les mouvements, dans la direction axiale le long de la ligne
moyenne de l'axe, de la surface d'un disque, d'une pièce d'essai parfaitement plate ou sphérique dont l'axe coïncide avec
l'axe de rotation.
NOTE 2 Les termes «battement axial», «voile», «à-coup» et «oscillation» sont déconseillés pour le mouvement
d'erreur axial.
3.2.14
mouvement d'erreur frontal
mouvement d'erreur parallèle à la ligne moyenne de l'axe à un emplacement radial spécifié
Voir Figure 2 c).
NOTE Le mouvement d'erreur frontal est une combinaison des mouvements d'erreur axial et d'inclinaison. Le terme
«faux-rond frontal» a une signification généralement acceptée analogue à celle du terme «faux-rond radial» et ne
correspond donc pas au mouvement d'erreur frontal.
3.2.15
mesurage du mouvement d'erreur
enregistrement de mesurage du mouvement d'erreur comprenant toutes les informations pertinentes relatives
à la machine, à l'instrumentation et aux conditions d'essai
3.3 Diagramme polaire du mouvement d'erreur
représentation des mouvements d'erreur des axes de rotation créée en traçant le déplacement en fonction de
l'angle de rotation de la broche.
Voir Figure 4.
3.3.1
diagramme polaire du mouvement d'erreur total
diagramme polaire du mouvement d'erreur complet relevé
3.3.2
diagramme polaire du mouvement d'erreur synchrone
diagramme polaire des composants de mouvement d'erreur ayant des fréquences qui sont des multiples
entiers de la fréquence de rotation
NOTE Il est admis de créer un diagramme polaire d'erreur synchrone en calculant la moyenne du diagramme polaire
du mouvement d'erreur total.
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ISO 230-7:2006(F)
a) Mouvement d'erreur total
b) Mouvement d'erreur synchrone c) Mouvement d'erreur asynchrone
d) Mouvement d'erreur intérieur e) Mouvement d'erreur extérieur
Figure 4 — Diagrammes polaires du mouvement d'erreur
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ISO 230-7:2006(F)
3.3.3
diagramme polaire du mouvement d'erreur asynchrone
diagramme polaire de la partie du mouvement d'erreur total observée à des fréquences différentes des
multiples entiers de la fréquence de rotation
3.3.4
diagramme polaire du mouvement d'erreur fondamental
cercle le mieux formé passant à travers le diagramme polaire du mouvement d'erreur axial ou frontal
synchrone autour d'un centre de projection polaire spécifié
3.3.5
diagramme polaire du mouvement d'erreur axial
diagramme polaire du mouvement d'erreur axial, y compris les mouvements d'erreur fondamentaux,
synchrones résiduels et asynchrones axiaux
3.3.6
diagramme polaire du mouvement d'erreur synchrone résiduel
diagramme polaire de la partie du mouvement d'erreur synchrone observée à des fréquences différentes de la
fréquence fondamentale
NOTE La division du mouvement d'erreur synchrone en composants fondamentaux et résiduels ne s'applique qu'aux
mouvements d'erreur axiaux et frontaux. Dans les directions radiales et d'inclinaison, le mouvement d'erreur fondamental
n'existe pas — la valeur mesurée observée à la fréquence fondamentale n'est pas une caractéristique de l'axe de rotation.
3.3.7
diagramme polaire du mouvement d'erreur intérieur
contour de la limite intérieure du diagramme polaire du mouvement d'erreur total
3.3.8
diagramme polaire du mouvement d'erreur extérieur
contour de la limite extérieure du diagramme polaire du mouvement d'erreur total
3.4 Centre du mouvement d'erreur
centre défini pour l'évaluation des diagrammes polaires du mouvement d'erreur
Voir Figure 5.
NOTE Le Tableau 1 présente les centres recommandés pour l'évaluation des valeurs de mouvement d'erreur. Si le
centre n'est pas spécifié, il est à supposer qu'il s'agit du centre recommandé.
a
Diagramme polaire du mouvement d'erreur.
b
Valeur de mouvement d'erreur pour centre de cercle des moindres carrés (LSC).
Figure 5 — Diagramme polaire du mouvement d'erreur, centre PC (diagramme polaire) et centre de
cercle des moindres carrés (LSC) et valeur de mouvement d'erreur pour centre LSC
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ISO 230-7:2006(F)
Tableau 1 — Centre recommandé par type de mouvement d'erreur
Type de mouvement Centre recommandé
Mouvement d'erreur radi
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.