ISO 230-2:2006
(Main)Test code for machine tools — Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning numerically controlled axes
Test code for machine tools — Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning numerically controlled axes
ISO 230-2-2:2006 specifies methods for testing and evaluating the accuracy and repeatability of the positioning of numerically controlled machine tool axes by direct measurement of individual axes on the machine. These methods apply equally to linear and rotary axes. When several axes are simultaneously under test, the methods do not apply. ISO 230-2:2006 can be used for type testing, acceptance tests, comparison testing, periodic verification, machine compensation, etc. The methods involve repeat measurements at each position. The related parameters of the test are defined and calculated. Their uncertainties are estimated as described in of ISO/TR 230-9:2005, Annex C.
Code d'essai des machines-outils — Partie 2: Détermination de l'exactitude et de la répétabilité de positionnement des axes en commande numérique
L'ISO 230-2:2006 spécifie les méthodes de contrôle et d'évaluation de l'exactitude et de la répétabilité de positionnement des axes des machines-outils à commande numérique par mesurage direct d'axes individuels sur la machine. Les méthodes décrites s'appliquent aussi bien aux axes linéaires que rotatifs. Ces méthodes ne s'appliquent pas au contrôle simultané de plusieurs axes. L'ISO 230-2:2006 peut être utilisée pour les essais de type, les essais de réception, les essais de comparaison, la vérification périodique, la compensation machine, etc. Les méthodes utilisées comportent des mesurages successifs en chaque position. Les paramètres concernés de l'essai sont définis et calculés. Leurs incertitudes sont évaluées conformément à l'Annexe C de l'ISO/TR 230-9:2005.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 230-2
Third edition
2006-03-15
Test code for machine tools —
Part 2:
Determination of accuracy and
repeatability of positioning numerically
controlled axes
Code d'essai des machines-outils —
Partie 2: Détermination de l'exactitude et de la répétabilité de
positionnement des axes en commande numérique
Reference number
ISO 230-2:2006(E)
©
ISO 2006
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ISO 230-2:2006(E)
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ISO 230-2:2006(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . vi
1 Scope .1
2 Terms and definitions .1
3 Test conditions .5
3.1 Environment.5
3.2 Machine to be tested .6
3.3 Warm-up .6
4 Test programme.6
4.1 Mode of operation.6
4.2 Selection of target position .6
4.3 Measurements.7
5 Evaluation of the results .8
5.1 Linear axes up to 2 000 mm and rotary axes up to 360°.8
5.2 Linear axes exceeding 2 000 mm and rotary axes exceeding 360°.9
6 Points to be agreed between supplier/manufacturer and user.9
7 Presentation of results.9
7.1 Method of presentation .9
7.2 Parameters .10
Annex A (informative) Measurement uncertainty estimation for linear positioning measurement —
Simplified method.15
Annex B (informative) Step cycle .31
Bibliography .32
© ISO 2006 – All rights reserved iii
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ISO 230-2:2006(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 230-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee SC 2, Test
conditions for metal cutting machine tools.
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 230-2:1997), which has been technically
revised. In particular, the following modifications have been made:
⎯ a measurement uncertainty statement requirement has been added to the presentation of results
(Clause 7);
⎯ determination of measurement uncertainty is included as a new Annex A;
⎯ some editorial changes have been made in the body of the document, mainly to the Introduction;
⎯ ISO 230-2:1997/Cor 1:1999 has been incorporated as 2.23.
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 finishing 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]
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ISO 230-2:2006(E)
The following parts are under preparation:
⎯ Part 8: Determination of vibration levels [Technical Report]
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ISO 230-2:2006(E)
Introduction
The purpose of ISO 230 is to standardize methods for testing the accuracy of machine tools, excluding
portable power tools.
This part of ISO 230 specifies test procedures used to determine the accuracy and repeatability of positioning
numerically controlled axes. The tests are designed to measure the relative displacements between the
component that holds the tool and the component that holds the workpiece.
Since measurement uncertainty needs to be stated with the measurement results, a description of the
estimation of the measurement uncertainty for the determination of the accuracy and repeatability of
positioning has been added as Annex A.
It is believed that, with this addition, the relevant contributors to the measurement uncertainty are able to be
recognized more easily and reduced more efficiently.
The supplier/manufacturer should provide thermal specifications for the environment in which the machine can
be expected to perform with the specified accuracy. The machine user is responsible for providing a suitable
test environment by meeting the supplier/manufacturer’s thermal guidelines or otherwise accepting reduced
[1]
performance. An example of environmental thermal guidelines is given in ISO 230-3:— , Annex C.
A relaxation of accuracy expectations is required if the thermal environment causes excessive uncertainty or
variation in the machine tool performance and does not meet the supplier/manufacturer’s thermal guidelines. If
the machine does not meet performance specifications, the analysis of the uncertainty due to the
compensation of the machine tool temperature, given in A.2.4 of this part of ISO 230, and the uncertainty due
to the environmental variation error, given in A.2.5, can help in identifying sources of problems.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 230-2:2006(E)
Test code for machine tools —
Part 2:
Determination of accuracy and repeatability of positioning
numerically controlled axes
1 Scope
This part of ISO 230 specifies methods for testing and evaluating the accuracy and repeatability of the
positioning of numerically controlled machine tool axes by direct measurement of individual axes on the
machine. These methods apply equally to linear and rotary axes.
When several axes are simultaneously under test, the methods do not apply.
This part of ISO 230 can be used for type testing, acceptance tests, comparison testing, periodic verification,
machine compensation, etc.
The methods involve repeat measurements at each position. The related parameters of the test are defined
[2]
and calculated. Their uncertainties are estimated as described in ISO/TR 230-9:2005, Annex C .
Annex A presents the estimation of the measurement uncertainty.
Annex B describes the application of an optional test cycle — the step cycle. The results from this cycle are
not to be used either in the technical literature with reference to this part of ISO 230, nor for acceptance
purposes, except under special written agreements between supplier/manufacturer and user. Correct
reference to this part of ISO 230 for machine acceptance always refers to the standard test cycle.
2 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following definitions and symbols apply.
2.1
axis travel
maximum travel, linear or rotary, over which the moving component can move under numerical control
NOTE For rotary axes exceeding 360°, there may not be a clearly defined maximum length of travel.
2.2
measurement travel
part of the axis travel, used for data capture, selected so that the first and the last target positions can be
approached bi-directionally
See Figure 1.
2.3
target position
P (i = 1 to m)
i
position to which the moving part is programmed to move
NOTE The subscript i identifies the particular position among other selected target positions along or around the axis.
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ISO 230-2:2006(E)
2.4
actual position
P (i = 1 to m; j = 1 to n)
ij
measured position reached by the moving part on the jth approach to the ith target position.
2.5
deviation of position; positional deviation
x
ij
actual position reached by the moving part minus the target position
x = P − P
ij ij i
2.6
unidirectional
refers to a series of measurements in which the approach to a target position is always made in the same
direction along or around the axis
NOTE The symbol ↑ signifies a parameter derived from a measurement made after an approach in the positive
direction, and ↓ one in the negative direction, e.g. x ↑ or x ↓.
ij ij
2.7
bi-directional
refers to a parameter derived from a series of measurements in which the approach to a target position is
made in either direction along or around the axis
2.8
expanded uncertainty
quantity defining an interval about the result of a measurement that can be expected to encompass a large
fraction of the distribution of values
2.9
coverage factor
numerical factor used as a multiplier of the combined standard uncertainty in order to obtain an expanded
uncertainty.
2.10
mean unidirectional positional deviation at a position
x ↑ or x ↓
i i
arithmetic mean of the positional deviations obtained by a series of n unidirectional approaches to a position P .
i
n
1
xx↑= ↑
ii∑j
n
j=1
and
n
1
xx↓= ↓
iij
∑
n
j=1
2.11
mean bi-directional positional deviation at a position
x
i
arithmetic mean of the mean unidirectional positional deviations x ↑ and x ↓ obtained from the two
i i
directions of approach at a position P
i
xx↑+ ↓
ii
x =
i
2
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ISO 230-2:2006(E)
2.12
reversal value at a position
B
i
value of the difference between the mean unidirectional positional deviations obtained from the two directions
of approach at a position P
i
B=↑xx− ↓
ii i
2.13
reversal value of an axis
B
maximum of the absolute reversal values ⎜B ⎜ at all target positions along or around the axis
i
⎡⎤
B = max. B
i
⎣⎦
2.14
mean reversal value of an axis
B
arithmetic mean of the reversal values B at all target positions along or around the axis
i
m
1
B = B
∑ i
m
i=1
2.15
estimator for the unidirectional axis repeatability of positioning at a position
s ↑ or s ↓
i i
estimator of the standard uncertainty of the positional deviations obtained by a series of n unidirectional
approaches at a position P .
i
n
2
1
sx↑= ↑ −x ↑
()
ii∑ji
n −1
j=1
and
n
2
1
sx↓= ↓ −x ↓
()
ii∑ji
n −1
j=1
2.16
unidirectional repeatability of positioning at a position
R ↑ or R ↓
i i
range derived from the estimator for the unidirectional axis repeatability of positioning at a position P using a
i
coverage factor of 2
R ↑= 4s ↑
ii
and
R ↓= 4s ↓
ii
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ISO 230-2:2006(E)
2.17
bi-directional repeatability of positioning at a position
R
i
⎡⎤
Rs=↑max. 2+2s↓+B ;R↑;R↓
ii i iii
⎣⎦
2.18
unidirectional repeatability of positioning
R↑ or R↓
maximum value of the repeatability of positioning at any position P along or around the axis
i
RR↑= max.⎡⎤↑
i
⎣⎦
RR↓= max.⎡⎤↓
i
⎣⎦
2.19
bi-directional repeatability of positioning of an axis
R
maximum value of the repeatability of positioning at any position P along or around the axis
i
R = max.⎡⎤R
⎣⎦i
2.20
unidirectional systematic positional deviation of an axis
E↑ or E↓
The difference between the algebraic maximum and minimum of the mean unidirectional positional deviations
for one approach direction x ↑ or x ↓ at any position P along or around the axis.
i i
i
⎡⎤ ⎡ ⎤
Ex↑= max. ↑ −min.x ↑
ii
⎣⎦ ⎣ ⎦
and
Ex↓= max.⎡⎤↓ −min.⎡x ↓⎤
ii
⎣⎦ ⎣ ⎦
2.21
bi-directional systematic positional deviation of an axis
E
difference between the algebraic maximum and minimum of the mean unidirectional positional deviations for
both approach directions x ↑ and x ↓ at any position P along or around the axis
i i i
⎡⎤ ⎡⎤
Ex=↑max. ;x↓−min.x↑;x↓
ii i i
⎣⎦ ⎣⎦
2.22
mean bi-directional positional deviation of an axis
M
difference between the algebraic maximum and minimum of the mean bi-directional positional deviations x at
i
any position P along or around the axis
i
M=−max.⎡⎤xxmin.⎡⎤
ii
⎣⎦ ⎣⎦
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ISO 230-2:2006(E)
2.23
unidirectional accuracy of positioning of an axis
A↑ or A↓
range derived from the combination of the unidirectional systematic deviations and the estimator for axis
repeatability of unidirectional positioning using a coverage factor of 2
Ax↑= max.⎡⎤↑+2s ↑ −min.⎡x ↑− 2s ↑⎤
ii i i
⎣⎦ ⎣ ⎦
and
⎡⎤ ⎡ ⎤
Ax↓= max. ↓ +2s ↓ −min.x ↓ −2s ↓
ii i i
⎣⎦ ⎣ ⎦
2.24
bi-directional accuracy of positioning of an axis
A
range derived from the combination of the bi-directional systematic deviations and the estimator for axis
repeatability of bi-directional positioning using a coverage factor of 2
A=↑max.⎡⎤x+2sx↑;↓+2s↓− min.⎡x↑− 2sx↑;↓−2s↓⎤
ii ii i i i i
⎣⎦⎣ ⎦
3 Test conditions
3.1 Environment
It is recommended that the supplier/manufacturer offer guidelines regarding the kind of thermal environment
acceptable for the machine to perform with the specified accuracy.
Such general guidelines could contain, for example, a specification on the mean room temperature, maximum
amplitude and frequency range of deviations from this mean temperature, and environmental thermal
gradients. It shall be the responsibility of the user to provide an acceptable thermal environment for the
operation and the performance testing of the machine tool at the installation site. However, if the user follows
the guidelines provided by the machine supplier/manufacturer, the responsibility for machine performance
according to the specifications reverts to the machine supplier/manufacturer.
Ideally, all dimensional measurements are made when both the measuring instrument and the measured
object are soaked in an environment at a temperature of 20 °C. If the measurements are taken at
temperatures other than 20 °C, then correction for nominal differential expansion (NDE) between the axis
positioning system or the workpiece/tool holding part of the machine tool and the test equipment shall be
applied to yield results corrected to 20 °C. This condition might require temperature measurement of the
representative part of the machine as well as the test equipment and a mathematical correction with the
relevant thermal expansion coefficients. The NDE correction might also be achieved automatically, if the
representative part of the machine tool and the test equipment have the same temperature and the same
thermal expansion coefficient.
It should be noted, however, that any temperature departure from 20 °C can cause an additional uncertainty
related to the uncertainty in the effective expansion coefficient(s) used for compensation. A typical minimum
range value for the resulting uncertainty is 2 µm/(m⋅°C) (see annexes A and C). Therefore, the actual
temperatures shall be stated in the test report.
The machine and, if relevant, the measuring instruments shall have been in the test environment long enough
(preferably overnight) to have reached a thermally stable condition before testing. They shall be protected
from draughts and external radiation such as sunlight, overhead heaters, etc.
For 12 h before the measurements and during them, the environmental temperature gradient in degrees per
hour shall be within limits agreed between supplier/manufacturer and user.
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ISO 230-2:2006(E)
3.2 Machine to be tested
The machine shall be completely assembled and fully operational. If necessary, levelling operations and
geometric alignment tests shall be completed satisfactorily before starting the accuracy and repeatability tests.
If built-in compensation routines are used during the test cycle, this should be stated in the test report.
All tests shall be carried out with the machine in the unloaded condition, i.e. without a workpiece.
The positions of the axis slides or moving components on the axes which are not under test shall be stated in
the test report.
3.3 Warm-up
When testing of the machine under normal operating conditions, the tests shall be immediately preceded by
an appropriate warm-up operation as specified by the supplier/manufacturer of the machine, or agreed
between supplier/manufacturer and user.
If no conditions are specified, the warm-up operations may take the form of a “preliminary dummy run” of the
accuracy test without gathering data; or the preliminary movements may be restricted to those necessary for
setting up the measuring instruments. The warm-up operation chosen shall be stated in the test report.
Non-stable thermal conditions are recognized as an ordered progression of deviations between successive
approaches to any particular target position. These trends should be minimized through the warm-up
operation.
4 Test programme
4.1 Mode of operation
The machine shall be programmed to move the moving part along or around the axis under test, and to
position it at a series of target positions where it will remain at rest long enough for the actual position to be
reached, measured and recorded. The machine shall be programmed to move between the target positions at
an agreed feed rate.
4.2 Selection of target position
Where the value of each target position can be freely chosen, it shall take the general form
P=−ip1 +r
( )
i
where
i is the number of the current target position;
p is the nominal interval based on a uniform spacing of target points over the measurement travel;
r is a random number within ± the amplitude of possible periodic errors (such as errors caused by the
pitch of the ballscrew, and pitch of linear or rotary scales), used to ensure that these periodic errors
are adequately sampled, and where, if no information on possible periodic errors is available, r shall
be within ± 30 % of p.
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ISO 230-2:2006(E)
4.3 Measurements
4.3.1 Set-up and instrumentation
The measurement setup is designed to measure the relative displacements between the component that
holds the tool and the component that holds the workpiece in the direction of motion of the axis under test.
The position of the measuring instrument shall be recorded on the test sheet.
If mathematical NDE correction is applied, the position of the temperature sensor(s) on the machine
components, the expansion coefficients used for NDE correction and the type of compensation routine shall
be stated on the test sheet.
4.3.2 Tests for linear axes up to 2 000mm
On machine axes of travel up to 2 000 mm, a minimum of five target positions per metre and an overall
minimum of five target positions shall be selected in accordance with 4.2.
Measurements shall be made at all the target positions according to the standard test cycle (see Figure 1).
Each target position shall be attained five times in each direction.
The position of changing direction should be chosen to allow for normal behaviour of the machine (to achieve
the agreed feed rate).
a
Position i(m = 8).
b
Cycle j(n = 5).
c
Target points.
Figure 1 — Standard test cycle
© ISO 2006 – All rights reserved 7
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ISO 230-2:2006(E)
4.3.3 Tests for linear axes exceeding 2 000 mm
For axes longer than 2 000 mm, the whole measurement travel of the axis shall be tested by making one
unidirectional approach in each direction to target positions selected according to 4.2 with an average interval
length, p, of 250 mm. Where the measuring transducer consists of several segments, additional target points
could have to be selected to ensure that each segment has at least one target position.
The test specified in 4.3.2 shall be made over a length of 2 000 mm in the normal working area as agreed
between supplier/manufacturer and user.
4.3.4 Tests for rotary axes up to 360˚
Tests shall be made at the target positions given in Table 1. The principal positions 0°, 90°, 180° and 270°
should be included when available along with other target positions in accordance with 4.2. Each target
position shall be attained five times in each direction.
Table 1 — Target positions for rotary axes
Measurement travel Minimum number of target positions
u 90°
3
> 90° and u 180°
5
> 180° 8
4.3.5 Tests for rotary axes exceeding 360°
For axes exceeding 360°, the total measurement travel of the axis up to 1 800° (five revolutions) shall be
tested by making one unidirectional approach in each direction with a minimum of eight target points per
revolution.
The test specified in 4.3.4 shall be made over an angle of 360° in the normal working area as agreed between
supplier/manufacturer and user.
5 Evaluation of the results
5.1 Linear axes up to 2 000 mm and rotary axes up to 360°
For each target position P and for five approaches (n = 5) in each direction, the parameters defined in
i
Clause 2 are evaluated. Furthermore, the deviation boundaries
xs↑+2a↑ndxs↑ −2 ↑
ii ii
and
xs↓+2 ↓ andx ↓ −2s ↓
ii i i
are calculated.
8 © ISO 2006 – All rights reserved
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ISO 230-2:2006(E)
5.2 Linear axes exceeding 2 000 mm and rotary axes exceeding 360°
For each target position and for one approach (n = 1) in each direction the applicable parameters defined in
Clause 2 are evaluated. Estimators for the unidirectional axis repeatability (2.15), repeatabilities (2.16, 2.17,
2.18 and 2.19) and accuracies (2.23 and 2.24) are not applicable. The evaluation of results in 5.1 over a
length of 2 000 mm or 360° shall also be provided as agreed between supplier/manufacturer and user.
6 Points to be agreed between supplier/manufacturer and user
The points to be agreed between the supplier/manufacturer and the user are as follows:
a) the maximum rate of environmental temperature gradient in degrees per hour for 12 h before and during
the measurements (see 3.1);
b) the location of the measuring instrument and the positions of the temperature sensors if relevant (see
4.3.1);
c) the warm-up operation to precede testing the machine (see 3.3);
d) the feed rate between target positions;
o
e) the position of the 2 000 mm or 360 measurement travel to be regarded as the normal working area (see
4.3.3 or 4.3.5) if relevant;
f) position of the slides or moving components which are not under test;
g) dwell time at each target position;
h) location of first and last target positions.
7 Presentation of results
7.1 Method of presentation
The preferred method of presentation of the results is a graphical one with the following list of items recorded
on the test report in order to identify the measurement setup.
⎯ position of the measuring instrument;
⎯ if mathematical NDE correction is applied
⎯ coefficients(s) of thermal expansion used for NDE correction,
⎯ position of the temperature sensor(s) used for NDE correction on the machine components and on
the test equipment,
⎯ temperatures of sensors for NDE correction on the machine components representing machine scale
or workpiece/tool holding part of the machine and temperatures of sensors on the test equipment, at
the start and end of the test,
⎯ type of compensation routine (e.g. frequency of updating compensation parameters);
⎯ date of test;
⎯ machine name, type (horizontal spindle or vertical spindle) and its coordinate axes travels;
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ISO 230-2:2006(E)
⎯ list of the test equipment used, including supplier/manufacturer's name, type and serial number of the
components (laser head, optics, temperature sensors, etc.);
⎯ type of machine scale used for positioning of axis and its coefficient of thermal expansion, obtained from
machine tool manufacturer/supplier (e.g. ball screw/rotary resolver system, linear scale system);
⎯ name of axis under test
⎯ for linear axis, the location of its measurement line relative to the axes not under test (this location is
determined by the offset to tool reference, offset to workpiece reference and the locations of axes not
under test, with both of these offsets being determined by the specific machine configuration),
⎯ for rotary axis, a description of nominal location (position and orientation) of the axis;
⎯ feed rate and dwell time at each target position, list of nominal target positions;
⎯ warm-up operation to precede testing the machine (number of cycles or idling time and feed rate);
⎯ if relevant, air temperature, air pressure and humidity near the laser beam at the start and end of the test;
⎯ whether or not built-in compensation routines were used during the test cycle;
⎯ use of air or oil shower, when applied;
⎯ number of approaches (n = 5 or n = 1);
⎯ contributors and parameters used for estimation of measurement uncertainty.
7.2 Parameters
7.2.1 General
The following parameters shall be specified numerically. A summary of results using the param
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 230-2
Troisième édition
2006-03-15
Code d'essai des machines-outils —
Partie 2:
Détermination de l'exactitude et de la
répétabilité de positionnement des axes
en commande numérique
Test code for machine tools —
Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning
numerically controlled axes
Numéro de référence
ISO 230-2:2006(F)
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ISO 230-2:2006(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . vi
1 Domaine d'application. 1
2 Termes et définitions. 1
3 Conditions d’essai. 5
3.1 Environnement. 5
3.2 Machine à contrôler. 6
3.3 Mise en température. 6
4 Programme d’essai. 6
4.1 Mode de fonctionnement . 6
4.2 Choix des points visés. 6
4.3 Mesurages . 7
5 Évaluation des résultats . 8
5.1 Axes linéaires d’une longueur inférieure ou égale à 2 000 mm et axes rotatifs jusqu'à 360° . 8
5.2 Axes linéaires d’une longueur supérieure à 2 000 mm et axes rotatifs supérieurs à 360°. 9
6 Points soumis à accord entre le fournisseur/constructeur et l'utilisateur . 9
7 Présentation des résultats. 9
7.1 Méthode de présentation . 9
7.2 Paramètres . 10
Annexe A (informative) Estimation de l'incertitude de mesure pour le mesurage de
positionnement linéaire — Méthode simplifiée . 15
Annexe B (informative) Cycle en pas . 32
Bibliographie . 33
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ISO 230-2:2006(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 230-2 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.
Cette troisième édition annule et remplace la seconde édition (ISO 230-2:1997), dont elle constitue une
révision technique. En particulier, les principales modifications suivantes ont été apportées:
⎯ l’exigence concernant la déclaration de l’incertitude de mesure a été ajoutée dans la présentation des
résultats de mesure (Article 7);
⎯ la détermination de l’incertitude de mesure est intégrée dans le texte en tant que nouvelle Annexe A;
⎯ des modifications rédactionnelles ont été apportées dans le corps de la présente partie de l’ISO 230,
principalement dans l’Introduction;
⎯ l’ISO 230-2:1997/Cor. 1:1999, a été intégré en 2.23.
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
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ISO 230-2:2006(F)
⎯ 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 vibration [Rapport technique]
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ISO 230-2:2006(F)
Introduction
L’ISO 230 a pour objet de normaliser des méthodes d’essai pour vérifier l’exactitude des machines-outils, à
l’exception des machines-outils portatives.
La présente partie de l’ISO 230 spécifie les modes opératoires des essais destinés à déterminer l’exactitude
et la répétabilité de positionnement des axes en commande numérique. Les essais sont destinés à mesurer
les déplacements relatifs entre le composant qui maintient l’outil et le composant qui maintient la pièce à
usiner.
Dans la mesure où il convient de déclarer l’incertitude de mesure avec les résultats de mesure, l’Annexe A,
qui décrit l’estimation de l’incertitude de mesure pour la détermination de l’exactitude et de la répétabilité de
positionnement, a été ajoutée.
Il est espéré que cet ajout permettra de reconnaître plus facilement et de réduire de manière plus efficace les
éléments significatifs contribuant à l’incertitude de mesure.
Il convient que les fournisseurs/fabricants fournissent des spécifications thermiques relatives à
l’environnement dans le lequel la machine est prévue de fonctionner avec l’exactitude spécifiée. Il convient
que l’utilisateur de la machine assure un environnement d’essai approprié en respectant les lignes directrices
sur l’environnement thermique fournies par le fournisseur/fabricant ou à défaut en acceptant des niveaux de
[1]
performance réduits. L’Annexe C de l’ISO 230-3:— donne un exemple de lignes directrices sur
l’environnement thermique.
Une relaxation des prévisions d’exactitude est nécessaire si l’environnement thermique engendre une
incertitude excessive ou une variation des performances de la machine-outil et ne satisfait pas les lignes
directrices sur l’environnement thermique données par le fournisseur/fabricant. Si la machine n’est pas
conforme aux spécifications de performance, l’analyse de l’incertitude due à la compensation de température
de la machine-outil, paragraphe A.2.4 de la présente partie de l’ISO 230, et l’incertitude due à l'erreur de
variation environnementale, paragraphe A.2.5 de la présente partie de l’ISO 230, peuvent aider à identifier
l’origine des problèmes.
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NORME INTERNATIONALE ISO 230-2:2006(F)
Code d'essai des machines-outils —
Partie 2:
Détermination de l'exactitude et de la répétabilité
de positionnement des axes en commande numérique
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 230 spécifie les méthodes de contrôle et d'évaluation de l’exactitude et de la
répétabilité de positionnement des axes des machines-outils à commande numérique par mesurage direct
d'axes individuels sur la machine. Les méthodes décrites s'appliquent aussi bien aux axes linéaires que
rotatifs.
Ces méthodes ne s'appliquent pas au contrôle simultané de plusieurs axes.
La présente partie de l'ISO 230 peut être utilisée pour les essais de type, les essais de réception, les essais
de comparaison, la vérification périodique, la compensation machine, etc.
Les méthodes utilisées comportent des mesurages successifs en chaque position. Les paramètres concernés
de l’essai sont définis et calculés. Leurs incertitudes sont évaluées conformément à l’Annexe C de
[2]
l’ISO/TR 230-9:2005 .
L’Annexe A décrit l’estimation de l’incertitude de mesure.
L'Annexe B décrit l'application à un cycle d'essai optionnel ou cycle en pas. Il convient que les résultats de ce
cycle ne soient ni utilisés dans la documentation technique avec référence à la présente partie de l’ISO 230,
ni dans le cadre des réceptions, sauf accord écrit spécifique entre le fournisseur/constructeur et l'utilisateur.
La référence stricte à la présente partie de l’ISO 230 pour la réception de la machine s’appuie toujours sur le
cycle d'essai normal.
2 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
2.1
longueur d’axe
course maximale, linéaire ou rotative, sur laquelle l'élément mobile peut se déplacer sous commande
numérique
NOTE Pour les axes rotatifs supérieurs à 360°, on ne peut pas définir clairement la longueur maximale de la course.
2.2
course de mesurage
partie de la longueur d'axe utilisée pour la saisie des données et qui est sélectionnée de sorte que le premier
et le dernier points visés puissent être approchés de manière bidirectionnelle
Voir Figure 1.
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ISO 230-2:2006(F)
2.3
point visé
P (i = 1 à m)
i
position à laquelle le déplacement de la partie mobile est programmé
NOTE L'indice i caractérise le point particulier parmi les autres points visés le long ou autour de l'axe.
2.4
position réelle
P (i = 1 à m; j = 1 à n)
ij
e e
position atteinte par la partie mobile lors de la j approche du i point visé
2.5
écart de position
x
ij
position réelle atteinte par la partie mobile moins la position du point visé
x = P − P
ij ij i
2.6
unidirectionnel
concerne une série de mesurages pour lesquels l'approche du point visé est toujours faite dans le même sens
le long ou autour de l'axe
NOTE Le symbole ↑ précise un paramètre déduit d'un mesurage fait après une approche dans le sens positif et le
symbole ↓ après une approche dans le sens négatif, par exemple x ↑ ou x ↓
ij ij
2.7
bidirectionnel
concerne un paramètre déduit d'une série de mesurages dans laquelle l'approche du point visé est faite dans
l'une quelconque des directions le long ou autour de l'axe
2.8
incertitude étendue
grandeur définissant un intervalle autour du résultat d'un mesurage qui est supposé englober une grande
partie de la distribution des valeurs
2.9
facteur conventionnel
facteur numérique utilisé comme multiplicateur de l'incertitude type combinée en vue d'obtenir une incertitude
étendue
2.10
écart de position unidirectionnel moyen en un point
x ↑ ou x ↓
i i
moyenne arithmétique des écarts de position obtenue pour une série de n approches unidirectionnelles d'un
point P
i
n
1
xx↑= ↑
iij
∑
n
j=1
et
n
1
xx↓= ↓
ii∑j
n
j=1
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ISO 230-2:2006(F)
2.11
écart de position bidirectionnel moyen en un point
x
i
moyenne arithmétique des écarts de position unidirectionnels moyens, x ↑ et x ↓ obtenue à partir des deux
i i
sens d'approche d'un point P
i
xx↑+ ↓
ii
x =
i
2
2.12
valeur de réversibilité en un point
B
i
valeur de la différence entre les écarts de position unidirectionnels moyens obtenue à partir des deux sens
d'approche d'un point P
i
B=↑xx− ↓
ii i
2.13
valeur de réversibilité d’un axe
B
valeur maximale des valeurs absolues de réversibilité ⎜B ⎜ sur tous les points visés le long ou autour de l'axe
i
B = max. [⏐B ⏐]
i
2.14
valeur moyenne de réversibilité d’un axe
B
moyenne arithmétique des valeurs de réversibilité B sur tous les points visés le long ou autour de l'axe
i
m
1
B = B
∑ i
m
i=1
2.15
estimateur de la répétabilité de l'axe unidirectionnelle du positionnement en un point
s ↑ ou s ↓
i i
estimateur de l'incertitude type des écarts de position obtenus par une série de n approches unidirectionnelles
d'un point P
i
n
2
1
sx↑= ↑ −x ↑
()
iiji
∑
n −1
j=1
et
n
2
1
sx↓= ↓ −x ↓
()
ii∑ji
n −1
j=1
2.16
répétabilité de positionnement unidirectionnelle en un point
R ↑ ou R ↓
i i
étendue dérivée de l'estimateur de la répétabilité de l'axe unidirectionnelle en une position P , à l'aide d'un
i
facteur conventionnel de 2
R ↑ = 4 s ↑
i i
et
R ↓ = 4 s ↓
i i
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ISO 230-2:2006(F)
2.17
répétabilité de positionnement bidirectionnelle en un point
R
i
Rs=↑max.⎡⎤2+ 2s↓+ B ;R↑;R↓
ii i iii
⎣⎦
2.18
répétabilité de positionnement unidirectionnelle d’un axe
R↑ ou R↓
valeur maximale de la répétabilité de positionnement en tout point P le long ou autour de l'axe
i
R ↑ = max. [R ↑]
i
R ↓ = max. [R ↓]
i
2.19
répétabilité de positionnement bidirectionnelle d’un axe
R
valeur maximale de la répétabilité de positionnement en tout point P le long ou autour de l'axe
i
R = max. [R ]
i
2.20
écart de position systématique unidirectionnel d'un axe
E↑ ou E↓
différence entre le maximum et le minimum algébriques des écarts de position unidirectionnels moyens pour
un sens d'approche x ↑ ou x ↓ en tout point P le long et autour de l'axe
i i i
Ex↑= max.⎡⎤↑ − min.⎡⎤x ↑
ii
⎣⎦ ⎣⎦
et
⎡⎤ ⎡⎤
Ex↓= max. ↓ − min.x ↓
ii
⎣⎦ ⎣⎦
2.21
écart de position systématique bidirectionnel d'un axe
E
différence entre le maximum et le minimum algébriques des écarts de position unidirectionnels moyens pour
les deux sens d'approche x ↑ et x ↓ en tout point P le long et autour de l'axe
i i
i
⎡⎤ ⎡⎤
Ex=↑max. ;x↓− min.x↑;x↓
ii i i
⎣⎦ ⎣⎦
2.22
étendue de l'écart de position bidirectionnel moyen d'un axe
M
différence entre le maximum et le minimum algébriques des écarts de position bidirectionnels moyens x en
i
tout point P le long et autour de l'axe
i
M=−max.xxmin.
⎡⎤ ⎡⎤
⎣⎦ii⎣⎦
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ISO 230-2:2006(F)
2.23
exactitude unidirectionnelle de positionnement d'un axe
A↑ ou A↓
étendue dérivée de la combinaison des écarts systématiques unidirectionnels et de l'estimateur de la
répétabilité de l'axe de positionnement unidirectionnel, à l'aide d'un facteur conventionnel de 2
Ax↑= max.⎡⎤↑ + 2s ↑ − min.⎡x ↑ − 2s ↑⎤
ii i i
⎣⎦ ⎣ ⎦
et
⎡⎤ ⎡ ⎤
Ax↓= max. ↓ + 2s ↓ − min.x ↓ − 2s ↓
ii i i
⎣⎦ ⎣ ⎦
2.24
exactitude bidirectionnelle de positionnement d'un axe
A
étendue dérivée de la combinaison des écarts systématiques bidirectionnels et de l'estimateur de la
répétabilité de l'axe de positionnement bidirectionnel, à l'aide d'un facteur conventionnel de 2
⎡⎤⎡ ⎤
A=↑max.x+ 2sx↑ ;↓+ 2s↓− min.x↑− 2sx↑ ;↓−2s↓
ii i i i i i i
⎣⎦⎣ ⎦
3 Conditions d’essai
3.1 Environnement
Il est recommandé que le fournisseur/constructeur propose des lignes directrices concernant le type
d'environnement thermique qu'il convient d'accepter pour que la machine fonctionne avec l’exactitude
spécifiée.
De telles lignes directrices générales pourraient contenir, par exemple, une spécification relative à la
température moyenne du local d'essai, l'amplitude maximale et la gamme de fréquences des écarts par
rapport à la température moyenne et les gradients thermiques de l'environnement. Il doit être de la
responsabilité de l'utilisateur de fournir un environnement thermique acceptable pour le fonctionnement et les
essais de performance de la machine-outil sur le site. Cependant, si l'utilisateur suit les lignes directrices
fournies par le fournisseur/constructeur de la machine, la responsabilité incombe au fournisseur/constructeur
de la machine pour ce qui concerne les performances de la machine par rapport aux spécifications.
Idéalement, tous les mesurages dimensionnels sont réalisés lorsque les instruments de mesure et les objets
mesurés sont immergés dans un environnement à une température de 20 °C. Si les mesurages sont effectués
à des températures différentes de 20 °C, il faut appliquer la correction pour la dilatation différentielle nominale
(DDN) entre le système de positionnement de l'axe ou la pièce/l'outil qui tient une partie de la machine-outil et
l’équipement d’essai pour présenter les résultats corrigés à 20 °C. Il se pourrait que cette condition requiert le
mesurage de la température de la partie représentative de la machine ainsi que de l’équipement d’essai et
une correction mathématique avec les coefficients de dilatation thermique appropriés. La correction DDN
pourrait également être réalisée de manière automatique si la partie représentative de la machine-outil et
l’équipement d’essai ont la même température et le même coefficient de dilatation thermique.
Cependant, il convient de noter que toute différence par rapport à la température de 20 °C peut provoquer
une incertitude supplémentaire liée à l'incertitude du ou des coefficients de dilatation effectifs utilisés pour la
compensation. Une valeur minimale type pour l'incertitude des résultats est définie à 2 µm/(m⋅°C) (voir
Annexe A). Les températures réelles doivent donc être précisées dans le rapport d'essai.
La machine et, si nécessaire, les instruments de mesure, doivent se trouver dans l'environnement d'essai
suffisamment longtemps (de préférence toute une nuit) pour avoir atteint un état stable thermiquement avant
les essais. Ils doivent être protégés des courants d'air et des rayonnements extérieurs tels que ceux du soleil
ou des réchauffeurs aériens, etc.
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Pendant une période couvrant les 12 h, avant et pendant les mesurages, le gradient de température de
l'environnement en degrés par heure doit rester dans les limites fixées par accord entre le
fournisseur/constructeur et l'utilisateur.
3.2 Machine à contrôler
La machine doit être complètement assemblée et en ordre de marche. Si nécessaire, les opérations de
nivellement et les essais d'alignement géométrique doivent avoir été effectués de manière satisfaisante avant
la mise en route des essais d’exactitude et de répétabilité.
Si les dispositifs de compensation des axes sont utilisés au cours du cycle d'essai, il convient de le préciser
dans le rapport d'essai.
Tous les essais doivent être effectués sur une machine à vide, c'est-à-dire sans pièce.
Les positions des chariots ou des éléments mobiles sur les axes non concernés par l'essai doivent être
précisées dans le rapport d'essai.
3.3 Mise en température
Pour contrôler la machine dans des conditions normales de fonctionnement, les essais doivent être
immédiatement précédés par une opération de mise en température appropriée spécifiée par le
fournisseur/constructeur de la machine ou définie par accord entre le fournisseur/constructeur et l'utilisateur.
Si aucune exactitude n'est spécifiée, les opérations de mise en température peuvent prendre la forme d’un
«essai à blanc préalable» à l'essai d’exactitude sans collecte de données, ou les déplacements préalables
peuvent être limités à ceux nécessaires au réglage des instruments de mesure. L'opération de mise en
température choisie doit être spécifiée dans le rapport d'essai.
Des conditions thermiques instables sont caractérisées par une progression régulière des écarts entre les
approches successives de tout point visé particulier. Il convient de minimiser ces tendances lors de l’opération
de mise en température.
4 Programme d’essai
4.1 Mode de fonctionnement
La machine doit être programmée pour déplacer la partie mobile le long ou autour de l'axe à vérifier et le
positionner en une série de points visés où il va rester au repos suffisamment longtemps pour permettre
l’atteinte de la position réelle, sa mesure et son enregistrement. La machine doit être programmée pour
assurer les déplacements entre les points visés en vitesse d'avance définie par accord.
4.2 Choix des points visés
Lorsque la position des points visés peut être choisie librement, elle doit prendre la forme générale:
P = (i − 1) p + r
i
où
i représente le numéro du point visé;
p est l'intervalle nominal basé sur un espacement uniforme des points visés sur la course de
mesurage;
r est un nombre aléatoire avec ± d'amplitude d'erreurs périodiques possibles (telles que les erreurs
qui résultent du pas de la vis à billes et du pas du mouvement linéaire ou rotatif) pour garantir que
les erreurs périodiques font l'objet d'un échantillonnage correct; si aucune information concernant
les erreurs périodiques possibles n’est disponible, r doit être à ± 30 % de p.
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4.3 Mesurages
4.3.1 Configuration et instrumentation
La configuration de mesure est conçue pour permettre de mesurer les déplacements qui se produisent entre
l'élément qui tient l'outil et l'élément qui tient la pièce dans le sens de déplacement de l'axe soumis à essai.
La position de l'instrument de mesure doit être relevée dans le rapport d'essai.
Lorsqu'une correction mathématique DDN est appliquée, la position du ou des capteurs de température sur
les éléments de la machine, les coefficients de dilatation utilisés pour la correction DDN et le type de
compensation doivent être précisés dans le rapport d'essai.
4.3.2 Essais sur axes linéaires d'une longueur inférieure ou égale à 2 000 mm
Sur des axes de machines d'une longueur inférieure ou égale à 2 000 mm, un minimum de cinq points visés
par mètre avec un minimum global de cinq points visés doivent être sélectionnés conformément à 4.2.
Les mesurages doivent être effectués en chaque point visé conformément au cycle d'essai normal (voir
Figure 1). Chaque point visé doit être atteint cinq fois dans chaque sens.
Il convient de choisir les points de renversement de cycle pour assurer un comportement normal de la
machine (pour obtenir la vitesse d'avance définie par accord).
a
Position i (m = 8).
b
Cycle j (n = 5).
c
Points visés.
Figure 1 — Cycle d’essai normal
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ISO 230-2:2006(F)
4.3.3 Essais sur axes linéaires d'une longueur supérieure à 2 000 mm
Pour les axes d'une longueur supérieure à 2 000 mm, la course totale de mesurage de l'axe doit être
contrôlée en effectuant une approche unidirectionnelle dans chaque sens des points visés sélectionnés
conformément à 4.2, à un intervalle moyen p de 250 mm. Lorsque le transducteur de mesure est constitué de
plusieurs éléments, il est possible que des points visés supplémentaires soient sélectionnés pour garantir que
chaque élément dispose au moins d'un point visé.
L'essai spécifié en 4.3.2 doit être réalisé sur une longueur de 2 000 mm dans la zone de travail normale,
selon l'accord entre le fournisseur/constructeur et l'utilisateur.
4.3.4 Essais sur axes rotatifs jusqu'à 360°
Les essais doivent être réalisés aux points visés comme précisés dans le Tableau 1. Il convient d'ajouter, le
cas échéant, les positions principales (0°, 90°, 180° et 270°) aux autres points visés conformément à 4.2.
Chaque point visé doit être atteint cinq fois dans chaque sens.
Tableau 1 — Points visés des axes rotatifs
Course de mesurage Nombre minimal de points visés
u 90°
3
> 90° et u 180°
5
8
> 180°
4.3.5 Essais sur axes rotatifs supérieurs à 360°
Pour les axes supérieurs à 360°, la course totale de mesurage de l'axe doit être contrôlée jusqu'à 1 800° (cinq
rotations) en effectuant une approche unidirectionnelle dans chaque sens avec un minimum de 8 points visés
par rotation.
L'essai spécifié en 4.3.4 doit être effectué sur un angle de 360° dans la zone de travail normale, selon l'accord
entre le fournisseur/constructeur et l'utilisateur.
5 Évaluation des résultats
5.1 Axes linéaires d’une longueur inférieure ou égale à 2 000 mm et axes rotatifs jusqu'à
360°
Pour chaque point visé P et pour cinq approches (n = 5) dans chaque sens, les paramètres définis dans
i
l'Article 2 font l'objet d'une évaluation. De plus, les limites d'écarts
xs↑+ 2 ↑ et x ↑ − 2s ↑
ii i i
et
xs↓+ 2 ↓ et x ↓ − 2s ↓
ii i i
sont calculées.
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ISO 230-2:2006(F)
5.2 Axes linéaires d’une longueur supérieure à 2 000 mm et axes rotatifs supérieurs à 360°
Pour chaque point visé et pour une seule approche (n = 1) dans chaque sens, les paramètres applicables
définis dans l'Article 2 font l'objet d'une évaluation. Les estimateurs de la répétabilité de l'axe unidirectionnelle
(2.15), les répétabilités (2.16, 2.17, 2.18 et 2.19) ainsi que les exactitudes (2.23 et 2.24) ne s'appliquent pas.
En 5.1, l'évaluation des résultats sur une longueur de 2 000 mm ou sur un angle de 360° doit être aussi
fournie selon l'accord entre le fournisseur/constructeur et l'utilisateur.
6 Points soumis à accord entre le fournisseur/constructeur et l'utilisateur
Les points soumis à accord entre le fournisseur/constructeur et l'utilisateur sont les suivants:
a) le gradient maximal de température de l'environnement, en degrés par heure, pendant une période de
12 h précédant et pendant les mesurages (voir 3.1);
b) la position de l'instrument de mesure et les positions des capteurs de température, le cas échéant (voir
4.3.1);
c) l’opération de mise en température précédant le contrôle de la machine (voir 3.3);
d) la vitesse d'avance entre les points visés;
e) l'emplacement de la course de mesurage de 2 000 mm ou de 360° considérée comme zone de travail
normale (voir 4.3.3
...
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