ISO 230-2:2014
(Main)Test code for machine tools — Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning of numerically controlled axes
Test code for machine tools — Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning of numerically controlled axes
ISO 230-2:2014 specifies methods for testing and evaluating the accuracy and repeatability of 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. ISO 230-2:2014 can be used for type testing, acceptance tests, comparison testing, periodic verification, machine compensation, etc. The methods involve repeated measurements at each position. The related parameters of the test are defined and calculated. Their uncertainties are estimated as described in 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 à commande numérique
L'ISO 230-2:2014 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. L'ISO 230-2:2014 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'ISO/TR 230-9, Annexe C.
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МЕЖДУНАРОДНЫЙ ISO
СТАНДАРТ 230-2
Четвертое издание
2014-05-01
Нормы и правила испытаний станков.
Часть 2: Определение точности и
повторяемости позиционирования осей
станков с числовым программным
управлением
Test code for machine tools —
\Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning of
numerically controlled axes
Ответственность за подготовку русской версии несёт GOST R
(Российская Федерация) в соответствии со статьёй 18.1 Устава ISO
Ссылочный номер
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ISO 2014
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ISO 230-2:2014(R)
Содержание Страница
Предисловие . iv
Введение . vi
1 Область применения . 1
2 Нормативные ссылки . 1
3 Термины и определения . 2
4 Условия испытаний . 6
4.1 Окружающая среда . 6
4.2 Испытуемый станок . 7
4.3 Прогрев . 7
5 Программа испытания . 7
5.1 Режим работы . 7
5.2 Выбор заданных позиций . 7
5.3 Измерения . 8
6 Оценка результатов . 10
6.1 Линейные оси до 2000 мм и оси вращения до 360° . 10
6.2 Линейные оси свыше 2000 мм и оси вращения свыше 360° . 10
7 Пункты, подлежащие согласованию между производителем/поставщиком и
пользователем . 10
8 Представление результатов . 11
8.1 Способ представления результатов . 11
8.2 Параметры . 12
Приложение А (информативное) Оценка неопределенности измерения при измерении линейного
позиционирования. Упрощенный метод . 19
Приложение В (информативное) Ступенчатый цикл . 36
Приложение С (информативное) Периодическая погрешность позиционирования . 37
Приложение D (информативное) Измерение погрешности линейного позиционирования с
помощью калиброванной сферической матрицы или ступенчатого калибра . 40
Библиография . 43
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ISO 230-2:2014(R)
Предисловие
ISO (Международная организация по стандартизации) является всемирной федерацией национальных
организаций по стандартизации (комитетов-членов ISO). Работа по подготовке международных
стандартов обычно осуществляется через технические комитеты ISO. Каждый комитет-член,
заинтересованный в деятельности, для которой был создан технический комитет, имеет право быть
представленным в этом комитете. Международные государственные и негосударственные
организации, взаимодействуя с ISO, также принимают участие в этой работе. ISO работает в тесном
сотрудничестве с Международной электротехнической комиссией (IEC) по всем вопросам
стандартизации в области электротехники.
Процедуры, применённые для разработки данного документа, а также процедуры, предназначенные
для его последующего использования, описаны в Директивах ISO/IEC, Часть 1. В частности должны
быть указаны другие критерии утверждения, необходимые для других типов документов ISO. Данный
документ разработан в соответствии с правилами, приведенными в Директивах ISO/IEC, Часть 2
(см. www.iso.org/directives).
Следует обратить внимание на то, что некоторые элементы этого документа могут быть предметом
патентных прав. ISO не должна нести ответственность за выявления каких-либо или всех таких
патентных прав. Подробности любых патентных прав, выявленных в процессе разработки документа,
будут представлены во Введении и/или в списке полученных ISO патентных деклараций
(см. www.iso.org/patents)
Любое торговое наименование товара в данном документе является информацией, приведенной для
удобства пользователей, и не является индоссаментом.
Для получения пояснения специфических терминов и выражений ISO, относящихся к оценке
соответствия, а также информации о соблюдении ISO правил ВТО в отношении технических барьеров
в торговле (ТБТ) см. следующую ссылку: Предисловие - Дополнительная информация
Ответственным за данный документ техническим комитетом является ISO/ТC 39, Станки, Подкомитет
SC 2, Условия испытаний металлорежущих станков.
Данная четвертая редакция отменяет и заменяет третью редакцию (ISO 230-2:2006), которая была
технически переработана. В частности, добавлено:
а) для испытания осей длиной свыше 4000 мм могут быть заданы более одного сегмента длиной
200 мм (см. 5.3.3);
b) номенклатура параметров для обозначения испытаний на проверку позиционирования,
например E (см. 8.2.4);
XX,A↑
c) оценка периодических погрешностей позиционирования (см. Приложение С);
d) испытаний на проверку позиционирования с использованием калиброванной шаровой матрицы
или ступенчатого калибра (см. Приложение D).
ISO 230 состоит из следующих частей под общим названием «Нормы и правила испытаний станков»:
Часть 1. «Точность геометрических параметров станков, работающих на холостом ходу или
в квази-статических условиях»
Часть 2. «Определение точности и повторяемости позиционирования осей станков с
числовым программным управлением»
Часть 3. «Определение теплового воздействия»
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ISO 230-2:2014(R)
Часть 4. «Испытания на отклонения круговых траекторий для станков с числовым
программным управлением»
Часть 5. «Определение уровня излучения шума»
Часть 6. «Определение точности позиционирования по объемным и поверхностным
диагоналям (Испытания на смещение диагоналей)»
Часть 7. «Точность геометрических параметров осей вращения»
Часть 8. «Вибрации» [Технический отчет]
Часть 9. «Расчет погрешности измерения при испытании станков в соответствии со
стандартами серии ISO 230, основные формулы» [Технический отчет]
Часть 10. «Определение эксплуатационных характеристик контактных измерительных
головок станков с числовым программным управлением»
Часть 11. «Измерительные инструменты для проверки геометрической точности станков»
[Технический отчет]
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ISO 230-2:2014(R)
Введение
Целью ISO 230 (все части) является стандартизация методов проверки точности станков, за
исключением переносного электроинструмента.
Данная часть ISO 230 устанавливает процедуры испытаний для определения точности и
повторяемости позиционирования осей с числовым программным управлением. Эти испытания
предназначены для измерения относительного смещения между элементом, несущим режущий
инструмент, и элементом, несущим заготовку.
Производитель/поставщик должен назначить тепловые характеристики для окружающей среды, в
которой станок может работать с заданной точностью. Пользователь станка несет ответственность за
обеспечение подходящей окружающей среды для проведения испытания в соответствии с
нормативами производителя/поставщика по температуре, в противном случае он принимает более
низкие значения. Пример нормативов по температуре окружающей среды приводится в
ISO 230-3:2007, Приложение C.
Требуется снизить ожидаемое значение точности, если температура окружающей среды вызывает
чрезмерную погрешность или изменение производительности станка, а также если она не отвечает
температурным нормативам производителя/поставщика. Если станок не соответствует техническим
характеристикам, то анализ погрешности в связи с компенсацией температуры станка, приведенный в
А.2.4 данной части ISO 230, и неопределённости вследствие погрешности, вызванной изменением
внешних условий, приведенный в A.2.5, может помочь в выявлении источников проблем.
ISO/ТC 39/SC 2 принял решение добавить следующие позиции к данной версии ISO 230-2:
а) для испытания осей длиной свыше 4000 мм могут быть заданы более одного сегмента длиной
200 мм (см. 5.3.3);
b) номенклатура параметров для обозначения испытаний на проверку позиционирования,
например E (см. 8.2.4);
XX,A↑
c) оценка периодических погрешностей позиционирования (см. Приложение С);
d) испытаний на проверку позиционирования с использованием калиброванной шаровой матрицы
или ступенчатого калибра (см. Приложение D).
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vi
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МЕЖДУНАРОДНЫЙ СТАНДАРТ ISO 230-2:2014(R)
Методы испытаний станков.
Часть 2: Определение точности и повторяемости
позиционирования осей станков с числовым программным
управлением
1 Область применения
Данная часть стандарта ISO 230 устанавливает методы проверки и оценки точности и повторяемости
позиционирования осей станков с числовым программным управлением с помощью
непосредственного измерения отдельных осей на станке. Данная методика одинаково применяется к
линейным осям и осям вращения.
При одновременной проверке нескольких осей данная методика не применима.
Данная часть стандарта ISO 230 может использоваться для типовых проверок, приемочных проверок,
сравнительных проверок, периодических подтверждений точности, коррекции точности станка и т.д.
Методика включает в себя повторные измерения в каждой позиции. Определяются и рассчитываются
соответствующие параметры испытания. Оценка их погрешностей производится в соответствии с
ISO/TR 230-9:2005, Приложение С.
Приложение А представляет собой оценку погрешности измерения.
Приложение В описывает применение дополнительного цикла испытаний: ступенчатого цикла.
Результаты этого цикла не должны использоваться ни в технической литературе со ссылкой на данную
часть стандарта ISO 230, ни в целях приемки, за исключением особых соглашений в письменной
форме между производителем/поставщиком и пользователем. Ссылка на данную часть стандарта
ISO 230 для приемки станков всегда относится к стандартному циклу испытаний.
Приложение С рассматривает периодическую погрешность позиционирования.
Приложение D описывает испытания с использованием шаровых матриц и ступенчатых калибров.
2 Нормативные ссылки
Полностью или частично следующие документы, на которые приводятся ссылки в данном стандарте,
являются необходимым условием его применения. Для датированных ссылок применяется только
цитированное издание. Для плавающих ссылок применяется последнее издание ссылочного
документа (включая любые поправки).
ISO 230-1:2012 Методы испытаний металлорежущих станков. Часть 1. Точность геометрических
параметров станков, работающих на холостом ходу или в квази-статических условиях
ISO 230-3:2007 Методы испытаний металлорежущих станков. Часть 3. Определение теплового
воздействия
ISO/TR 230-9:2005 Методы испытаний металлорежущих станков. Часть 9. Определение
погрешности измерения при испытании станков в соответствии со стандартами серии ISO 230,
основные формулы
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ISO 230-2:2014(R)
3 Термины и определения
В данном документе использованы следующие термины и определения.
3.1
ход оси
Линейный или вращательный максимальный ход, в пределах которого подвижный компонент может
перемещаться посредством числового программного управления
Примечание 1 к статье: Для осей вращения свыше 360º возможно отсутствие четко определенного максимального
перемещения.
3.2
измерительный ход
Часть хода оси, используемая для сбора данных и выбранная так, чтобы к первой и последней
заданным позициям можно было приближаться с двух направлений
Примечание 1 к статье: См. Рисунок 1.
3.3
функциональная точка
центральная точка режущего инструмента или точка, связанная с компонентом станка, в которой
режущий инструмент входит в контакт с заготовкой для удаления слоя материала
[ИСТОЧНИК: ISO 230-1:2012, 3.4.2]
Примечание 1 к статье: В данной части ISO 230 испытания посвящены погрешностям взаимного смещения между
компонентом станка, несущим режущий инструмент, и компонентом, несущим заготовку. Эти погрешности
определяются и измеряются в позиции или на траектории функциональной точки.
3.4
заданная позиция
P (i = 1, m)
i
позиция, в которую запрограммировано движение подвижного компонента
Примечание 1 к статье: Нижний индекс i указывает частную позицию среди других заданных позиций вдоль или
вокруг данной оси.
3.5
действительная позиция
Р (i=1, m; j=1, n)
ij
измеренная позиция, достигнутая функциональной точкой при j-м подходе к i-й заданной позиции
3.6
позиционное отклонение
отклонение позиции
x
ij
действительная позиция, достигнутая функциональной точкой минус заданная позиция
x =Р –Р
ij ij i
[ИСТОЧНИК: ISO 230-1:2012, 3.4.6, изменено]
Примечание 1 к статье: Позиционные отклонения определяются как относительное смещение между элементом,
несущим режущий инструмент и элементом, несущим заготовку, в направлении движения испытуемой оси.
Примечание 2 к статье: Позиционные отклонения представляют собой ограниченное представление погрешности
позиционирования на дискретных интервалах.
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ISO 230-2:2014(R)
3.7
однонаправленный
относится к серии измерений, при которых подход к заданной позиции всегда осуществляется в одном
и том же направлении вдоль или вокруг данной оси
Примечание 1 к статье: Символ ↑ означает параметр, полученный при измерении, сделанном после подхода в
положительном направлении, а символ ↓ - в отрицательном направлении, например х ↑ или x ↓.
ij ij
3.8
двунаправленный
относится к параметру, полученному в результате серии измерений, при которых подход к заданной
позиции осуществляется в обоих направлениях вдоль или вокруг данной оси
3.9
стандартная неопределенность
неопределенность результата измерения, выраженная в виде стандартного отклонения
[ИСТОЧНИК: Руководство ISO/IEC Guide 98-3:2008, 2.3.1]
3.10
суммарная стандартная неопределенность
стандартная неопределенность результата измерения, полученного из значений ряда других величин,
равная взятому со знаком плюс квадратному корню из суммы дисперсий или ковариаций этих величин,
весовые коэффициенты при которых определяются зависимостью результата измерения от изменений
этих величин
[ИСТОЧНИК: Руководство ISO/IEC 98-3:2008, 2.3.4]
3.11
расширенная неопределенность
величина, определяющая интервал вокруг результата измерения, который, как ожидается, содержит в
себе большую часть распределения значений, и с достаточным основанием может быть приписан
измеряемой величине
[ИСТОЧНИК: Руководство ISO/IEC Guide 98-3:2008, 2.3.5]
3.12
коэффициент запаса
числовой коэффициент, на который умножают суммарную стандартную неопределенность для
получения расширенной неопределенности
[ИСТОЧНИК: Руководство ISO/IEC Guide 98-3:2008, 2.3.6]
3.13
среднее однонаправленное позиционное отклонение на позиции
↑ или ↓
i i
среднее арифметическое позиционных отклонений, полученных при серии n однонаправленных
подходов к позиции P :
i
n
1
xx↑
i ∑ ij
n
j=1
и
n
1
xx↓
i ij
∑
n
j=1
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3
↓=
↑=
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3.14
среднее двунаправленное позиционное отклонение на позиции
i
среднее арифметическое значение средних однонаправленных позиционных отклонений ↑ и ↓,
i i
полученных при двух направлениях подхода к позиции P
i
xx↑+ ↓
ii
x =
i
2
3.15
зона нечувствительности на позиции
B
i
разность между средними однонаправленными позиционными отклонениями, полученными при двух
направлениях подхода к позиции P
i.
B = ↑ - ↓
i i i
3.16
зона нечувствительности позиционирования оси
В
максимум абсолютных значений зон нечувствительности |B | на всех заданных позициях вдоль или
i
вокруг данной оси
B = max.[|B|]
i
3.17
средняя зона нечувствительности позиционирования оси
среднее арифметическое значение зон нечувствительности В на всех заданных позициях вдоль или
i
вокруг данной оси
3.18
оценка однонаправленной повторяемости позиционирования оси на позиции
s↑ или s ↓
i i
формула для оценки стандартной неопределенности отклонения при позиционировании, полученного
в результате серией n однонаправленных подходов к позиции Р
i
и
3.19
однонаправленная повторяемость позиционирования на позиции
R↑ или R↓
i i
диапазон, полученный из оценки однонаправленной повторяемости позиционирования по оси на
позиции Р с использованием коэффициента запаса k = 2
i
R↑ = 4s↑
i i
и
R↓ = 4s↓
i i
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ISO 230-2:2014(R)
3.20
двунаправленная повторяемость позиционирования на позиции
R
i
R = max.[2s ↑ + 2s ↓ + |B|; R ↑; R ↓]
i i i i i i
3.21
однонаправленная повторяемость позиционирования оси
R↑ или R↓
максимальное значение повторяемости позиционирования в любой позиции P вдоль или вокруг
i
данной оси
R↑ = max.[R↑]
i
R↓ = max.[R↓]
i
3.22
двунаправленная повторяемость позиционирования оси
R
максимальное значение повторяемости позиционирования в любой позиции Р вдоль или вокруг оси
i
R = max.[R ]
i
3.23
однонаправленная систематическая погрешность позиционирования оси
E↑ или E↓
разность между алгебраическим максимумом и минимумом средних однонаправленных отклонений
позиционирования для одного направления подхода ↑ или ↓ в любой позиции P вдоль или вокруг
i i i
данной оси
E↑ = max.[ ↑] – min.[ ↑]
i i
и
E↓ = max.[ ↓] – min.[ ↓]
i i
3.24
двунаправленная систематическая погрешность позиционирования оси
Е
разность между алгебраическим максимумом и минимумом средних однонаправленных отклонений
позиционирования для двух направлений подхода ↑ или ↓ в любой позиции P вдоль или вокруг
i i i
данной оси
E = max.[ ↑; ↓] – min[ ↑; ↓]
i i i i
3.25
средняя двунаправленная погрешность позиционирования оси
М
разность между алгебраическим максимумом и минимумом средних двунаправленных отклонений
позиционирования в любой позиции Р вдоль или вокруг данной оси
i i
M = max. [ ] – min.[ ]
i i
3.26
погрешность однонаправленного позиционирования оси
точность однонаправленного позиционирования оси
А↑ или А↓
диапазон, полученный путем комбинации средних однонаправленных систематических погрешностей
позиционирования и оценки однонаправленной повторяемости позиционирования оси с
использованием коэффициента запаса k = 2
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ISO 230-2:2014(R)
A↑ = max( ↑ + 2s ↑) – min ( ↑ - 2s ↑)
i i i i
и
A↓ = max( ↓ + 2s ↓) – min ( ↓ - 2s ↓)
i i i i
Примечание 1 к статье: Понятие «точность позиционирования» здесь использовано в количественной форме и
отличается от понятия «точность измерения» по Руководству ISO/IEC Guide 99, 2.13.
3.27
погрешность двунаправленного позиционирования оси
точность двунаправленного позиционирования оси
А
диапазон, полученный путем комбинации средних двунаправленных систематических погрешностей
позиционирования и оценки повторяемости позиционирования оси при двунаправленном
позиционировании с использованием коэффициента запаса k = 2
A = max.[ ↑ + 2s ↑; ↓ + 2s ↓] –min.[ ↑ - 2s ↑; ↓ - 2s ↓]
i i i i i i i i
Примечание 1 к статье: Понятие «точность позиционирования» здесь использовано в количественной форме и
отличается от понятия «точность измерения» по Руководству ISO/IEC 99, 2.13.
3.28
выборочная точка
<коррекция с помощью ЧПУ> дискретная точка, числовое представление соответствующей
геометрической погрешности которой содержится в таблице погрешностей, в таблице коррекции или в
пространственной сетке погрешностей
[ИСТОЧНИК: ISO/TR 16907:−, 3.16]
4 Условия испытаний
4.1 Окружающая среда
Рекомендуется, чтобы производитель/поставщик предоставлял указания относительно необходимой
для станка тепловой среды, в которой он будет работать с заданной точностью.
Такие указания могут содержать, например, технические требования к средней температуре
помещения, максимальной амплитуде и частотному диапазону отклонений от этой средней
температуры, а также тепловые градиенты окружающей среды. Ответственным за обеспечение
необходимой тепловой среды для работы станка и проведения его испытаний в месте установки
является пользователь. Однако если пользователь следует указаниям производителя/поставщика
станка, то ответственность за характеристики станка согласно спецификации возлагается на
производителя/поставщика станка.
В идеальном случае все измерения производятся, когда и измерительный инструмент, и измеряемый
объект находятся в среде с температурой 20°С. Если измерения проводятся при температуре,
отличной от 20°С, то должна быть выполнена коррекция номинального дифференциального
расширения (НДР) между системой позиционирования оси или заготовкой/элементом станка, несущим
инструмент, и испытательным оборудованием, чтобы получить результаты, откорректированные на
температуру 20°С. Для этого условия может потребоваться измерение температуры типовой детали
(основного узла) станка, а также испытательного оборудования и выполнение математической
коррекции с использованием соответствующих коэффициентов теплового расширения. Коррекция НДР
также может выполняться автоматически, если типовая деталь (основной узел) станка и
испытательное оборудование имеют одинаковую температуру и одинаковый коэффициент теплового
расширения.
Однако следует отметить, что любое отклонение температуры от 20°С может стать причиной
дополнительной погрешности, связанной с погрешностью эффективного(ых) коэффициента(ов)
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ISO 230-2:2014(R)
теплового расширения, применяемых для коррекции. Типовой минимальный диапазон значений
получившейся погрешности – 2 мкм/(м∙°С) (см. Приложение А). Поэтому фактические температуры
должны быть указаны в протоколе испытания.
Станок и, если целесообразно, измерительные приборы должны находиться в испытательной среде
достаточно долго (предпочтительно всю ночь), чтобы достигнуть устойчивого температурного
состояния перед испытанием. Они должны быть защищены от сквозняков и внешнего излучения
такого, как солнечный свет, тепло от нагревательных приборов и т.д.
В течение 12 часов до начала измерений и во время измерений температурный градиент окружающей
среды, выраженный в градусах в час должен находиться в пределах, согласованных между
производителем/поставщиком и пользователем.
4.2 Испытуемый станок
Станок должен быть полностью собран и находиться в работоспособном состоянии. Все необходимые
операции выравнивания и проверки геометрической настройки станка должны быть
удовлетворительно завершены перед началом проверки точности и повторяемости позиционирования.
Если встроенные подпрограммы коррекции используются в течение испытательного цикла, то это
должно быть указано в протоколе испытания.
Все проверки следует выполнять на станке в ненагруженном состоянии, то есть без обрабатываемой
детали.
Позиции подвижных рабочих органов или движущихся элементов на осях, которые не подвергаются
проверкам, должны быть указаны в протоколе испытаний.
4.3 Прогрев
Чтобы проверить станок при нормальных условиях эксплуатации, необходимо предварительно
провести процесс прогрева, установленный производителем/поставщиком станка или согласованный
между производителем/поставщиком и пользователем.
Если такие условия не установлены, то процессы прогрева могут быть проведены на
«предварительном холостом ходу» в режиме испытания на точность без сбора данных; или характер
предварительных движений узлов может быть ограничен перемещениями, необходимыми для
установки измерительных приборов. Выбранный процесс прогрева должен быть указан в протоколе
испытания.
Неустойчивые тепловые состояния распознаются как упорядоченная прогрессия отклонений между
последовательными подходами к любой частной заданной позиции. Эти тенденции должны быть
минимизированы путем прогрева.
5 Программа испытания
5.1 Режим работы
Станок должен быть запрограммирован на движение подвижного компонента вдоль или вокруг
проверяемой оси и на помещение его в ряд заданных позиций, где он останется в покое на время,
достаточное для достижения, измерения и регистрации действительной позиции. Станок должен быть
запрограммирован на движение между заданными позициями со скоростью, согласованной между
производителем/поставщиком станка и пользователем.
5.2 Выбор заданных позиций
Когда значение каждой заданной позиции может быть свободно выбрано, оно должно иметь общую
формулу (1):
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ISO 230-2:2014(R)
, (1)
Где
i номер текущей заданной позиции;
p номинальный интервал, основанный на постоянной разметке (разбивке) заданных позиций по ходу
измерения;
r произвольное число в пределах ± одного периода ожидаемой периодической ошибки
позиционирования (ошибки, связанные с отклонением шага шарикового винта и с отклонением
шага линейных или круговых шкал) для обеспечения того, чтобы эти периодические ошибки были
правильно подобраны, а в случае отсутствия информации о возможных периодических ошибках, r
должно быть в пределах ±30 % от p.
Заданные позиции, выбранные для выполнения приемочных или периодических испытаний, должны
отличаться от выборочных точек, используемых для коррекции с помощью ЧПУ соответствующих
ошибок позиционирования осей.
ПРИМЕЧАНИЕ Приложение С содержит информацию о периодической ошибке позиционирования.
5.3 Измерения
5.3.1 Измерительная установка и контрольно-измерительное оборудование
Измерительная установка предназначена для измерения относительного смещения в направлении
движения проверяемой оси между компонентом, несущим режущий инструмент, и компонентом,
несущим заготовку.
Типовыми измерительными приборами для определения погрешности позиционирования и
повторяемости линейных осей являются лазерные интерферометры (включая следящие
интерферометры) и калиброванные линейные шкалы. Так же могут быть использованы калиброванные
сферические матрицы (см. Приложение D).
Погрешность позиционирования и повторяемость коротких осей длиной до 100 мм также могут быть
измерены при помощи дальномерных датчиков линейного перемещения.
Если применяется математическая коррекция номинального дифференциального расширения (НДР), то
позиция датчика(ов) температуры на компонентах станка, коэффициенты расширения, используемые в
коррекции НДР и тип подпрограммы коррекции должны быть указаны в протоколе испытаний.
Типовыми измерительными приборами для определения погрешности позиционирования и повторяемости
осей вращения являются полигоны с автоколлиматорами, эталонные делительные столы с лазерным
интерферометром/автоколлиматором и эталонные круговые (угловые) датчики положения.
Положение измерительных инструментов и эталонов (при наличии) должно быть указано в протоколе
испытаний.
5.3.2 Испытания линейных осей до 2000 мм
На осях станков с ходом до 2000 мм в соответ
...
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 230-2
Fourth edition
2014-05-01
Test code for machine tools —
Part 2:
Determination of accuracy and
repeatability of positioning of
numerically controlled axes
Code d’essai des machines-outils —
Partie 2: Détermination de l’exactitude et de la répétabilité de
positionnement des axes à commande numérique
Reference number
ISO 230-2:2014(E)
©
ISO 2014
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ISO 230-2:2014(E)
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or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on the internet or an intranet, without prior
written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below or ISO’s member body in the country of
the requester.
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Published in Switzerland
ii © ISO 2014 – All rights reserved
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ISO 230-2:2014(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Test conditions . 6
4.1 Environment . 6
4.2 Machine to be tested . 7
4.3 Warm-up. 7
5 Test programme . 7
5.1 Mode of operation . 7
5.2 Selection of target position. 8
5.3 Measurements . 8
6 Evaluation of the results .10
6.1 Linear axes up to 2 000 mm and rotary axes up to 360° .10
6.2 Linear axes exceeding 2 000 mm and rotary axes exceeding 360° .10
7 Points to be agreed between manufacturer/supplier and user .10
8 Presentation of results .11
8.1 Method of presentation .11
8.2 Parameters .12
Annex A (informative) Measurement uncertainty estimation for linear positioning measurement
— Simplified method .19
Annex B (informative) Step cycle .36
Annex C (informative) Periodic positioning error .37
Annex D (informative) Linear positioning error measurements using calibrated ball array or
step gauge .40
Bibliography .43
© ISO 2014 – All rights reserved iii
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ISO 230-2:2014(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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
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. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical Barriers
to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee SC 2, Test
conditions for metal cutting machine tools.
This fourth edition cancels and replaces the third edition (ISO 230-2:2006), which has been technically
revised. In particular, the following have been added:
a) for axes lengths larger than 4 000 mm, more than one 2 000 mm segment(s) can be defined for
testing (see 5.3.3);
b) nomenclature for parameters of positioning tests, e.g. E (see 8.2.4);
XX,A↑
c) evaluation of periodic positioning errors (see Annex C);
d) positioning tests with calibrated ball array or step gauge (see Annex D).
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 of 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 8: Vibrations [Technical Report]
— Part 9: Estimation of measurement uncertainty for machine tool tests according to series ISO 230, basic
equations [Technical Report]
iv © ISO 2014 – All rights reserved
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ISO 230-2:2014(E)
— Part 10: Determination of the measuring performance of probing systems of numerically controlled
machine tools
— Part 11: Measuring instruments suitable for machine tool geometry tests [Technical Report]
© ISO 2014 – All rights reserved v
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ISO 230-2:2014(E)
Introduction
The purpose of ISO 230 (all parts) 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 of numerically controlled axes. The tests are designed to measure the relative motion
between the component of the machine that carries the cutting tool and the component that carries the
workpiece.
The manufacturer/supplier is responsible for providing 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 manufacturer/supplier’s thermal
guidelines or otherwise accepting reduced performance. An example of environmental thermal
guidelines is given in ISO 230-3:2007, 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 manufacturer/supplier’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.
ISO/TC 39/SC 2 decided to add the following to this edition of this part of ISO 230:
a) for axes lengths larger than 4 000 mm, more than one 2 000 mm segment(s) can be defined for
testing (see 5.3.3);
(see 8.2.4);
b) nomenclature for parameters of positioning tests, e.g. E
XX,A↑
c) evaluation of periodic positioning errors (see Annex C);
d) positioning tests with calibrated ball array or step gauge (see Annex D).
vi © ISO 2014 – All rights reserved
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 230-2:2014(E)
Test code for machine tools —
Part 2:
Determination of accuracy and repeatability of positioning
of numerically controlled axes
1 Scope
This part of ISO 230 specifies methods for testing and evaluating the accuracy and repeatability of
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 repeated measurements at each position. The related parameters of the test are
defined 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 manufacturer/supplier and user. Correct
reference to this part of ISO 230 for machine acceptance always refers to the standard test cycle.
Annex C contains considerations related to periodic positioning error.
Annex D describes tests using ball array and step gauge.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 230-1:2012, Test code for machine tools — Part 1: Geometric accuracy of machines operating under
no-load or quasi-static conditions
ISO 230-3:2007, Test code for machine tools — Part 3: Determination of thermal effects
ISO/TR 230-9:2005, Test code for machine tools — Part 9: Estimation of measurement uncertainty for
machine tool tests according to series ISO 230, basic equations
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
axis travel
maximum travel, linear or rotary, over which the moving component can move under numerical control
Note 1 to entry: For rotary axes exceeding 360°, there might not be a clearly defined maximum travel.
© ISO 2014 – All rights reserved 1
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ISO 230-2:2014(E)
3.2
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
Note 1 to entry: See Figure 1.
3.3
functional point
cutting tool centre point or point associated with a component on the machine tool where cutting tool
would contact the part for the purposes of material removal
[SOURCE: ISO 230-1:2012, 3.4.2]
Note 1 to entry: In this part of ISO 230, tests address errors in the relative motion between the component of the
machine that carries the cutting tool and the component that carries the workpiece. These errors are defined and
measured at the position or trajectory of the functional point.
3.4
target position
P (i = 1 to m)
i
position to which the moving component is programmed to move
Note 1 to entry: The subscript i identifies the particular position among other selected target positions along or
around the axis.
3.5
actual position
P (i = 1 to m; j = 1 to n)
ij
th th
measured position reached by the functional point on the j approach to the i target position
3.6
positioning deviation
deviation of position
x
ij
actual position reached by the functional point minus the target position
x = P − P
ij ij i
[SOURCE: ISO 230-1:2012, 3.4.6, modified]
Note 1 to entry: Positioning deviations are determined as the relative motion between the component of the
machine that carries the cutting tool and the component that carries the workpiece in the direction of motion of
the axis under test.
Note 2 to entry: Positioning deviations constitute a limited representation of positioning error motion, sampled
at discrete intervals.
3.7
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 1 to entry: 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
3.8
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 © ISO 2014 – All rights reserved
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ISO 230-2:2014(E)
3.9
standard uncertainty
uncertainty of the result of a measurement expressed as a standard deviation
[SOURCE: ISO/IEC Guide 98-3:2008, 2.3.1]
3.10
combined standard uncertainty
standard uncertainty of the result of a measurement when that result is obtained from the values of
a number of other quantities, equal to the positive square root of a sum of terms, the terms being the
variances or covariances of these other quantities weighted according to how the measurement result
varies with changes in these quantities
[SOURCE: ISO/IEC Guide 98-3:2008, 2.3.4]
3.11
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 that could reasonably be attributed to the measurand
[SOURCE: ISO/IEC Guide 98-3:2008, 2.3.5]
3.12
coverage factor
numerical factor used as a multiplier of the combined standard uncertainty in order to obtain an
expanded uncertainty
[SOURCE: ISO/IEC Guide 98-3:2008, 2.3.6]
3.13
mean unidirectional positioning deviation at a position
x ↑ or x ↓
i i
arithmetic mean of the positioning deviations obtained by a series of n unidirectional approaches to a
position P
i
n
1
x ↑= x ↑
ii∑ j
n
j=1
and
n
1
x ↓= x ↓
ii∑ j
n
j=1
3.14
mean bi-directional positioning deviation at a position
x
i
arithmetic mean of the mean unidirectional positioning deviations x ↑ and x ↓ obtained from the two
i i
directions of approach at a position P
i
xx↑+ ↓
ii
x =
i
2
© ISO 2014 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 230-2:2014(E)
3.15
reversal error at a position
reversal value at a position
B
i
difference between the mean unidirectional positioning deviations obtained from the two directions of
approach at a position P
i
Bx=↑−↓x
ii i
3.16
reversal error of an axis
reversal value of an axis
B
maximum of the absolute reversal errors |B | at all target positions along or around the axis
i
BB=max.
i
3.17
mean reversal error of an axis
mean reversal value of an axis
B
arithmetic mean of the reversal errors B at all target positions along or around the axis
i
m
1
B= B
i
∑
m
i=1
3.18
estimator for the unidirectional axis positioning repeatability at a position
s ↑ or s ↓
i i
estimator of the standard uncertainty of the positioning deviations obtained by a series of n unidirectional
approaches at a position P
i
n
2
1
s ↑= xx↑− ↑
()
ii∑ ji
n−1
j=1
and
n
2
1
s ↓= xx↓− ↓
()
ii∑ ji
n−1
j=1
3.19
unidirectional positioning repeatability at a position
R ↑ or R ↓
i i
range derived from the estimator for the unidirectional axis positioning repeatability at a position P
i
using a coverage factor k = 2
Rs↑= 4 ↑
ii
and
Rs↓= 4 ↓
ii
4 © ISO 2014 – All rights reserved
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ISO 230-2:2014(E)
3.20
bi-directional positioning repeatability at a position
R
i
Rs=↑max. 22+↓sB+↑;;RR ↓
ii ii ii
3.21
unidirectional positioning repeatability of an axis
R↑ or R↓
maximum value of the positioning repeatability at any position P along or around the axis
i
RR↑=max. ↑
i
RR↓=max. ↓
i
3.22
bi-directional positioning repeatability of an axis
R
maximum value of the repeatability of positioning at any position P along or around the axis
i
RR=max.
[]
i
3.23
unidirectional systematic positioning error of an axis
E↑ or E↓
difference between the algebraic maximum and minimum of the mean unidirectional positioning
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
3.24
bi-directional systematic positioning error of an axis
E
difference between the algebraic maximum and minimum of the mean unidirectional positioning
deviations for both approach directions x ↑ and x ↓ at any position P along or around the axis
i
i i
Ex=↑max. ;;xx↓−↑min. x ↓
ii ii
3.25
mean bi-directional positioning error of an axis
M
difference between the algebraic maximum and minimum of the mean bi-directional positioning
deviations x at any position P along or around the axis
i
i
Mx=max. −min. x
[] []
ii
© ISO 2014 – All rights reserved 5
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ISO 230-2:2014(E)
3.26
unidirectional positioning error of an axis
unidirectional positioning accuracy of an axis
A↑ or A↓
range derived from the combination of the mean unidirectional systematic positioning errors and the
estimator for the unidirectional positioning repeatability of an axis using a coverage factor k = 2
Ax↑=max. ↑+22sx↑ −↑min. −↑s
ii ii
and
Ax↓=max. ↓+22sx↓ −↓min. −↓s
ii ii
Note 1 to entry: The concept “positioning accuracy” is here applied in a quantitative form and is different from the
concept “measurement accuracy” as defined in ISO/IEC Guide 99, 2.13.
3.27
bi-directional positioning error of an axis
bi-directional positioning accuracy of an axis
A
range derived from the combination of the mean bi-directional systematic positioning errors and the
estimator for axis repeatability of bi-directional positioning using a coverage factor k = 2
Ax=↑max. +↑22sx;;↓+ sx↓−↑min. −↑22sx ↓− s ↓
ii ii ii ii
Note 1 to entry: The concept “positioning accuracy” is here applied in a quantitative form and is different from the
concept “measurement accuracy” as defined in ISO/IEC Guide 99:2007, 2.13.
3.28
sampling point
discrete point for which numerical representation of associated geometric
error(s) is provided in an error table, in a compensation table, or in a spatial error grid
[SOURCE: ISO/TR 16907:—, 3.16]
4 Test conditions
4.1 Environment
It is recommended that the manufacturer/supplier offer guidelines regarding the kind of thermal
environment acceptable for the machine to perform with the specified accuracy.
Such 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 manufacturer/supplier, the responsibility for machine
performance according to the specifications reverts to the machine manufacturer/supplier.
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
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ISO 230-2:2014(E)
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 Annex A). 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 manufacturer/supplier and user.
4.2 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 positioning 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.
4.3 Warm-up
When testing the machine under normal operating conditions, the tests shall be immediately preceded
by an appropriate warm-up operation as specified by the manufacturer/supplier of the machine, or
agreed between manufacturer/supplier and user.
If no conditions are specified, the warm-up operations can take the form of a “preliminary dummy run”
of the positioning accuracy test without gathering data; or the preliminary movements can 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.
5 Test programme
5.1 Mode of operation
The machine shall be programmed to move the moving component 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 a feed speed agreed between manufacturer/supplier and user.
© ISO 2014 – All rights reserved 7
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ISO 230-2:2014(E)
5.2 Selection of target position
Where the value of each target position can be freely chosen, it shall take the general form of Formula
(1):
Pi=−1 pr+ (1)
()
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 ± one period of expected periodic positioning error (such as errors
caused by the pitch variations of the ball screw and pitch variations 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.
Target positions selected for the execution of acceptance or reverification tests shall be different from
the sampling points used for numerical compensation of the relevant axis positioning errors.
NOTE Annex C provides information related to periodic positioning error.
5.3 Measurements
5.3.1 Set-up and instrumentation
The measurement setup is designed to measure the relative motion between the component of the
machine that carries the cutting tool and the component that carries the workpiece in the direction of
motion of the axis under test.
Typical measuring instruments for the determination of positioning error and repeatability of linear
axes are calibrated laser interferometers (including tracking interferometers) and calibrated linear
scales. Calibrated ball arrays can also be used (see Annex D).
Positioning error and repeatability of short axes up to 100 mm can also be measured with long-range
linear displacement sensors.
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 report.
Typical measuring instruments for the determination of positioning error and repeatability of rotary axes
are polygons with autocollimators, reference indexing tables with laser interferometer/autocollimator,
and reference rotary (angle) encoders.
The position of the measuring instruments and reference artefacts, if any, shall be recorded on the test
report.
5.3.2 Tests for linear axes up to 2 000 mm
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 5.2.
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 direc
...
DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 230-2
ISO/TC 39/SC 2 Secretariat: ANSI
Voting begins on Voting terminates on
2011-12-12 2012-05-12
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION • МЕЖДУНАРОДНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ • ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Test code for machine tools —
Part 2:
Determination of accuracy and repeatability of positioning of
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
[Revision of third edition (ISO 230-2:2006)]
ICS 25.040.20; 25.080.01
To expedite distribution, this document is circulated as received from the committee
secretariat. ISO Central Secretariat work of editing and text composition will be undertaken at
publication stage.
Pour accélérer la distribution, le présent document est distribué tel qu'il est parvenu du
secrétariat du comité. Le travail de rédaction et de composition de texte sera effectué au
Secrétariat central de l'ISO au stade de publication.
THIS DOCUMENT IS A DRAFT CIRCULATED FOR COMMENT AND APPROVAL. IT IS THEREFORE SUBJECT TO CHANGE AND MAY NOT BE
REFERRED TO AS AN INTERNATIONAL STANDARD UNTIL PUBLISHED AS SUCH.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNOLOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES, DRAFT
INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STANDARDS TO
WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN NATIONAL REGULATIONS.
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPORTING DOCUMENTATION.
© International Organization for Standardization, 2011
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ISO/DIS 230-2
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This ISO document is a Draft International Standard and is copyright-protected by ISO. Except as permitted
under the applicable laws of the user’s country, neither this ISO draft nor any extract from it may be
reproduced, stored in a retrieval system or transmitted in any form or by any means, electronic,
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5.1 Mode of operation . 7
5.2 Selection of target position . 7
5.3 Measurements . 7
5.3.1 Set-up and instrumentation . 7
5.3.2 Tests for linear axes up to 2 000 mm . 8
5.3.3 Tests for linear axes exceeding 2 000 mm . 9
5.3.4 Tests for rotary axes up to 360˚ . 10
5.3.5 Tests for rotary axes exceeding 360° . 10
6 Evaluation of the results . 10
6.1 Linear axes up to 2 000 mm and rotary axes up to 360° . 10
6.2 Linear axes exceeding 2 000 mm and rotary axes exceeding 360° . 10
7 Points to be agreed between supplier/manufacturer and user . 10
8 Presentation of results . 11
8.1 Method of presentation . 11
8.2 Parameters . 12
8.2.1 General . 12
8.2.2 Tests for linear axes up to 2 000 mm and rotary axes up to 360° . 12
8.2.3 Tests for linear axes exceeding 2 000 mm and rotary axes exceeding 360° . 12
Annex A (informative) Measurement uncertainty estimation for linear positioning measurement -
Simplified method . 17
A.1 Estimation of the expanded measurement uncertainty . 17
A.2 Contributors to the measurement uncertainty . 17
A.2.1 General . 17
A.2.2 Expanded uncertainty due to measuring device, U . 17
DEVICE
A.2.3 Expanded uncertainty due to misalignment of measuring device to machine axis under
test, U . 18
MISALIGNMENT
A.2.4 Expanded uncertainty due to the compensation of machine tool temperature . 19
A.2.5 Expanded uncertainty due to environmental variation error, E , or thermal drift, U . 23
VE EVE
A.2.6 Correction of repeatability values due to environmental variation errors . 23
A.3 Estimation of expanded uncertainty of parameters A, A↑, A↓, E, E↑, E↓, R, R↑, R↓, B . 24
A.3.1 General . 24
A.3.2 Expanded uncertainty estimation for unidirectional repeatability, U(R↑, R↓) . 24
A.3.3 Expanded uncertainty estimation for reversal value, U(B) . 24
A.3.4 Expanded uncertainty of bi-directional repeatability, U(R) . 25
A.3.5 Expanded uncertainty of the systematic errors, U(M, E, E↑, E↓) . 25
A.3.6 Expanded uncertainty of positioning error, U(A, A↑, A↓) . 26
© ISO 2011 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/DIS 230-2
A.4 Examples of expanded uncertainty estimation . 26
Annex B (informative) Step cycle . 33
Annex C (informative) Alternative test for periodic positioning error . 34
C.1 General . 34
C.2 Test for periodic positioning error of known periodic interval(s) . 34
Annex D (informative) Alternative linear positioning error measurements using calibrated ball
array or step gauge. 36
D.1 General . 36
D.2 Measurements with ball arrays and linear displacement sensors nest . 37
D.3 Measurements with ball arrays or step gauges and touch trigger probes . 37
Bibliography . 38
iv © ISO 2011 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/DIS 230-2
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, which has been technically revised.
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 8: Determination of vibration levels [Technical Report]
Part 9: Estimation of measurement uncertainty for machine tool tests according to series ISO 230, basic
equations [Technical Report]
Part 10: Determination of the measuring performance of probing systems of numerically controlled
machine tools
The following part is under preparation:
Part 11: Measuring Instruments and their application to machine tool geometry tests [Technical Report]
Annex A, Annex B, Annex C and Annex D are informative.
© ISO 2011 – All rights reserved v
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ISO/DIS 230-2
Introduction
The purpose of ISO 230 (all parts) 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.
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
performance. An example of environmental thermal guidelines is given in ISO 230-3:2005, 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.
vi © ISO 2011 – All rights reserved
---------------------- Page: 6 ----------------------
DRAFT INTERNATIONAL STANDARD
ISO/DIS 230-2
Test code for machine tools —
Part 2:
Determination of accuracy and repeatability of positioning of
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 repeated measurements at each position. The related parameters of the test are defined
and calculated. Their uncertainties are estimated as described in ISO/TR 230-9:2005, Annex C.
Annex A (informative) presents the estimation of the measurement uncertainty.
Annex B (informative) 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.
Annex C (informative) contains considerations on alternative tests for the determination of periodic positioning
error.
Annex D (informative) describes alternative tests using ball array and step gauge.
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 230-1:2011 Test code for machine tools – Part 1: Geometric accuracy of machines operating under
no-load or quasi-static conditions.
ISO 230-3:2007 Test code for machine tools – Part 3: Determination of thermal effects.
ISO/TR 230-9:2005 Test code for machine tools – Part 9: Estimation of measurement uncertainty for
machine tool tests according to series ISO 230, basic equations.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms, definitions and symbols apply.
© ISO 2011 – All rights reserved 1
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ISO/DIS 230-2
3.1
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 travel.
3.2
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.
3.3
functional point
cutting tool centre point or point associated with a component on the machine tool where cutting tool would
contact the part for the purposes of material removal
[ISO 230-1:2011, definition 3.4.2]
NOTE In this part of ISO 230, tests address errors in the relative motion between the component of the machine that
carries the cutting tool and the component that carries the workpiece. These errors are defined and measured at the
position or trajectory of the functional point.
3.4
target position
P (i = 1 to m)
i
position to which the moving component is programmed to move
NOTE The subscript i identifies the particular position among other selected target positions along or around the axis.
3.5
actual position
P (i = 1 to m; j = 1 to n)
ij
measured position reached by the functional point on the jth approach to the ith target position
3.6
positioning deviation
deviation of position
x
ij
actual position reached by the functional point minus the target position
x = P − P
ij ij i
NOTE 1 Adaptation of ISO 230-1:2011, definition 3.4.6
NOTE 2 Positioning deviations are determined as 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.
NOTE 2 Positioning deviations constitute a limited representation of positioning error motion, sampled at discrete
intervals.
3.7
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 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO/DIS 230-2
3.8
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
3.9
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 that could reasonably be attributed to the measurand
[ISO/IEC Guide 98-3:2008, definition 2.3.5]
3.10
coverage factor
numerical factor used as a multiplier of the combined standard uncertainty in order to obtain an expanded
uncertainty
[ISO/IEC Guide 98-3:2008, definition 2.3.6]
3.11
mean unidirectional positioning deviation at a position
x ↑ or x ↓
i i
arithmetic mean of the positioning deviations obtained by a series of n unidirectional approaches to a position
P
i
n
1
x x↑
i ∑ ij
n
j=1
and
n
1
x x↓
i ij
∑
n
j=1
3.12
mean bi-directional positioning deviation at a position
x
i
arithmetic mean of the mean unidirectional positioning deviations x ↑ and x ↓ obtained from the two
i i
directions of approach at a position P
i
xx↑+ ↓
ii
x =
i
2
3.13
reversal value at a position
B
i
value of the difference between the mean unidirectional positioning deviations obtained from the two
directions of approach at a position P
i
Bx↑− x↓
ii i
3.14
reversal value of an axis
B
maximum of the absolute reversal values B at all target positions along or around the axis
i
BB= max.
i
© ISO 2011 – All rights reserved 3
=
↓=
↑=
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO/DIS 230-2
3.15
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
BB=
∑ i
m
i=1
3.16
estimator for the unidirectional axis positioning repeatability at a position
s ↑ or s ↓
i i
estimator of the standard uncertainty of the positioning deviations obtained by a series of n unidirectional
approaches at a position P .
i
n
2
1
s xx↑−↑
( )
i ∑ ij i
n −1
j=1
and
n
2
1
s xx↓−↓
( )
i ∑ ij i
n −1
j=1
3.17
unidirectional positioning repeatability at a position
or
R ↑ R ↓
i i
range derived from the estimator for the unidirectional axis positioning repeatability at a position P using a
i
coverage factor k = 2
Rs4↑
i i
and
Rs4↓
i i
3.18
bi-directional positioning repeatability at a position
R
i
R max. 2s↑+2s↓+ BR;↑;R↓
i i i ii i
3.19
unidirectional positioning repeatability
R↑ or R↓
maximum value of the positioning repeatability at any position P along or around the axis
i
RRmax.↑
i
RRmax.↓
i
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↓=
↑=
=
↓=
↑=
↓=
↑=
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO/DIS 230-2
3.20
bi-directional positioning repeatability of an axis
R
maximum value of the repeatability of positioning at any position P along or around the axis
i
RR= max.
i
3.21
unidirectional systematic positioning error of an axis
E↑ or E↓
the difference between the algebraic maximum and minimum of the mean unidirectional positioning deviations
for one approach direction x ↑ or x ↓ at any position P along or around the axis
i i i
Exmax.↑−min.x↑
i i
and
Exmax.↓−min. x↓
i i
3.22
bi-directional systematic positioning error of an axis
E
difference between the algebraic maximum and minimum of the mean unidirectional positioning deviations for
both approach directions x ↑ and x ↓ at any position P along or around the axis
i i i
E max. xx↑↓; −min. xx↑↓;
i i i i
3.23
mean bi-directional positioning error of an axis
M
difference between the algebraic maximum and minimum of the mean bi-directional positioning deviations
x
i
at any position P along or around the axis
i
Mxmax.−min. x
ii
3.24
unidirectional positioning error of an axis
unidirectional positioning accuracy of an axis
A↑ or A↓
range derived from the combination of the mean unidirectional systematic positioning errors and the estimator
for the unidirectional positioning repeatability of an axis using a coverage factor k = 2
A↑ max. xs↑+2↑−min. x↑− 2s↑
ii i i
and
A↓ max. x↓+2s↓−min. xs↓−2↓
i i ii
NOTE The concept “positioning accuracy” is here applied in a quantitative form and is different from the concept
“measurement accuracy” as defined in ISO/IEC Guide 99, definition 2.13.
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=
=
=
=
↓=
↑=
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ISO/DIS 230-2
3.25
bi-directional positioning error of an axis
bi-directional positioning accuracy of an axis
A
range derived from the combination of the mean bi-directional systematic positioning errors and the estimator
for axis repeatability of bi-directional positioning using a coverage factor k = 2
A max. x↑+2sx↑;↓+2s↓− min. x↑− 2sx↑;↓−2s↓
i ii i i ii i
NOTE The concept “positioning accuracy” is here applied in a quantitative form and is different from the concept
“measurement accuracy” as defined in ISO/IEC Guide 99, definition 2.13.
4 Test conditions
4.1 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 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 annex A). 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.
4.2 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.
6 © ISO 2011 – All rights reserved
=
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ISO/DIS 230-2
4.3 Warm-up
When testing 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.
5 Test programme
5.1 Mode of operation
The machine shall be programmed to move the moving component 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
a feed speed agreed between manufacturer/supplier and user.
5.2 Selection of target position
Where the value of each target position can be freely chosen, it shall take the general form
P=(i−+1) pr
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 positioning error (such as errors
caused by the pitch variations of the ba
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 230-2
Quatrième édition
2014-05-01
Code d’essai des machines-outils —
Partie 2:
Détermination de l’exactitude et de
la répétabilité de positionnement des
axes à commande numérique
Test code for machine tools —
Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning of
numerically controlled axes
Numéro de référence
ISO 230-2:2014(F)
©
ISO 2014
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ISO 230-2:2014(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2014
Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée
sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2014 – Tous droits réservés
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ISO 230-2:2014(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Conditions d’essai . 6
4.1 Environnement . 6
4.2 Machine à contrôler . 7
4.3 Mise en température . 7
5 Programme d’essai . 7
5.1 Mode de fonctionnement . 7
5.2 Choix des points visés . 8
5.3 Mesurages . 8
6 Evaluation des résultats .10
6.1 Axes linéaires d’une course inférieure ou égale à 2 000 mm et axes rotatifs jusqu’à 360° 10
o 10
6.2 Axes linéaires d’une course supérieure à 2 000 mm et axes rotatifs supérieurs à 360 .
7 Points soumis à accord entre le fabricant/fournisseur et l’utilisateur .10
8 Présentation des résultats .11
8.1 Méthode de présentation .11
8.2 Paramètres.12
Annexe A (informative) Estimation de l’incertitude de mesure pour le mesurage de
positionnement linéaire — Méthode simplifiée .20
Annexe B (informative) Cycle en pas .37
Annexe C (informative) Erreur périodique de positionnement .39
Annexe D (informative) Mesurages de l’erreur de positionnement linéaire à l’aide d’un ensemble
de billes calibre ou d’une jauge étalon .42
Bibliographie .45
© ISO 2014 – Tous droits réservés iii
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ISO 230-2:2014(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 (IEC) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
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. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration
du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par
l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation
de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de l’OMC
concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant:
Avant-propos — Informations supplémentaires.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 39, Machine outils, sous-comité SC 2,
Conditions de réception des machines travaillant par enlèvement de métal.
Cette quatrième édition annule et remplace la troisième édition (ISO 230-2:2006), qui a fait l’objet d’une
révision technique. En particulier, les points suivants ont été ajoutés:
a) pour les longueurs d’axes de plus de 4 000 mm, plus d’un élément de 2 000 mm peut être defini pour
les essais (voir 5.3.3);
b) la nomenclature des paramètres de positionnement d’essai, par exemple E (voir 8.2.4);
XX,A↑
c) l’évaluation de l’erreur périodique de positionnement (voir l’Annexe C);
d) les essais de positionnement à l’aide d’un ensemble de billes calibre ou d’une jauge étalon (voir
l’Annexe D).
L’ISO 230 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Code d’essai des machines-outils
— Détermination de l’exactitude et de la répétabilité de positionnement des axes en commande numérique:
— Partie 1: Exactitude géométrique des machines fonctionnant à vide ou dans des conditions quasi-
statiques
— Partie 2: Détermination de l’exactitude et de la répétabilité de positionnement des axes à commande
numérique
— Partie 3: Evaluation des effets thermiques
— Partie 4: Essais de circularité des machines-outils à commande numérique
iv © ISO 2014 – Tous droits réservés
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ISO 230-2:2014(F)
— 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 8: Vibrations [Rapport technique]
— Partie 9: Estimation de l’incertitude de mesure pour les essais des machines-outils selon la série ISO 230,
équations de base [Rapport technique]
— Partie 10: Détermination des performances de mesure des systèmes de palpage des machines-outils à
commande numérique
— Partie 11: Instruments de mesure compatibles avec les essais de géométrie des machines-outils [Rapport
technique]
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ISO 230-2:2014(F)
Introduction
L’ISO 230 (toutes les parties) 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 le mouvement relatif entre la partie de la machine qui supporte l’outil et la partie de
la machine qui supporte la pièce.
Le fabricant/fournisseur a la responsabilité de fournir des spécifications thermiques relatives à
l’environnement dans lequel on peut attendre que la machine fonctionne avec l’exactitude spécifiée.
L’utilisateur de la machine a la responsabilité d’assurer un environnement d’essai approprié en respectant
les lignes directrices sur l’environnement thermique du fabricant/fournisseur ou à défaut en acceptant
des niveaux de performance réduits. Un exemple de lignes directrices sur l’environnement thermique
est donné dans l’ISO 230-3:2007, Annexe C.
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 fabricant/fournisseur. 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, donnée en A.2.4 de la présente partie de l’ISO 230, et l’incertitude
due à l’erreur de variation environnementale, donnée en A.2.5, peuvent aider à identifier l’origine des
problèmes.
L’ISO/TC 39/SC 2 a décidé d’ajouter les points suivants à cette édition de la présente partie de l’ISO 230:
a) pour les longueurs d’axes de plus de 4 000 mm, plus d’un élément de 2 000 mm peut être defini pour
les essais (voir 5.3.3);
b) la nomenclature des paramètres de positionnement d’essai, par exemple E (voir 8.2.4);
XX,A↑
c) l’évaluation de l’erreur périodique de positionnement (voir l’Annexe C);
d) les essais de positionnement à l’aide d’un ensemble de billes calibre ou d’une jauge étalon (voir
l’Annexe D).
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NORME INTERNATIONALE ISO 230-2:2014(F)
Code d’essai des machines-outils —
Partie 2:
Détermination de l’exactitude et de la répétabilité de
positionnement des axes à 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.
Cette méthode ne s’applique 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’ISO/TR 230-9, Annexe C.
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 fabricant/fournisseur
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.
L’Annexe C contient des considérations relatives à l’erreur de positionnement périodique.
L’Annexe D décrit des essais avec utilisation d’ensembles à billes et d’un capteur.
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de manière normative dans le présent
document et sont indispensables à son application. 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 230-1:2012, Code d’essai des machines-outils — Partie 1: Exactitude géométrique des machines
fonctionnant à vide ou dans des conditions quasi-statiques
ISO 230-3:2007, Code d’essai des machines-outils — Partie 3: Évaluation des effets thermiques
ISO/TR 230-9:2005, Code d’essai des machines-outils — Partie 9: Estimation de l’incertitude de mesure
pour les essais des machines-outils selon la série ISO 230, équations de base
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
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ISO 230-2:2014(F)
3.1
course d’axe
course maximale, linéaire ou rotative, sur laquelle l’élément mobile peut se déplacer sous commande
numérique
Note 1 à l’article: Pour les axes rotatifs supérieurs à 360°, il est possible qu’il ne soit pas défini clairement la
longueur maximale de la course.
3.2
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
Note 1 à l’article: Voir Figure 1.
3.3
point fonctionnel
point central de l’outil de coupe ou point associé à un organe de la machine-outil où l’outil de coupe serait
en contact avec la pièce en vue du retrait de matières
[SOURCE: ISO 230-1:2012, 3.4.2]
Note 1 à l’article: Dans cette partie de l’ISO 230, les essais concernent les erreurs dans le mouvement relatif entre
la partie de la machine qui supporte l’outil et la partie de la machine qui supporte la pièce. Ces erreurs sont
définies et mesurées à la position ou la trajectoire du point fonctionnel.
3.4
point visé
P (i = 1 à m)
i
position à laquelle le déplacement de la partie mobile est programmé
Note 1 à l’article: L’indice i caractérise le point particulier parmi les autres points visés le long ou autour de l’axe.
3.5
position réelle
P (i = 1 à m; j = 1 à n)
ij
ième ème
position atteinte par le point fonctionnel lors de la j approche du i point visé
3.6
écart de position
x
ij
position réelle atteinte par le point fonctionnel moins la point visé
x = P – P
ij ij i
[SOURCE: ISO 230-1:2012, 3.4.6, modifiée]
Note 1 à l’article: Les écarts de position sont déterminés comme le mouvement relatif entre la partie de la machine
qui supporte l’outil et la partie de la machine qui supporte la pièce dans la direction de mouvement de l’axe soumis
à essai.
Note 2 à l’article: Les écarts de position constituent une représentation limitée de l’erreur de positionnement de
mouvement, échantillonnée à intervalles discrets.
3.7
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 1 à l’article: Le symbole ↑ désigne 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
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ISO 230-2:2014(F)
3.8
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
3.9
incertitude-type
incertitude du résultat d’un mesurage exprimée sous la forme d’un écart-type
[SOURCE: Guide ISO/IEC 98-3:2008, 2.3.1]
3.10
incertitude-type composée
incertitude-type du résultat d’un mesurage, lorsque ce résultat est obtenu à partir des valeurs d’autres
grandeurs, égale à la racine carrée d’une somme de termes, ces termes étant les variances ou covariances
de ces autres grandeurs, pondérées selon la variation du résultat de mesure en fonction de celle de ces
grandeurs
[SOURCE: Guide ISO/IEC 98-3:2008, 2.3.4]
3.11
incertitude élargie
grandeur définissant un intervalle, autour du résultat d’un mesurage, dont on puisse s’attendre à ce
qu’il comprenne une fraction élevée de la distribution des valeurs qui pourraient être attribuées
raisonnablement au mesurande
[SOURCE: Guide ISO/IEC 98-3:2008, 2.3.5]
3.12
facteur d’élargissement
facteur numérique utilisé comme multiplicateur de l’incertitude-type composée pour obtenir
l’incertitude élargie étendue
[SOURCE: Guide ISO/IEC 98-3:2008, 2.3.6]
3.13
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
x ↑= x ↑
iij
∑
n
j=1
et
n
1
x ↓= x ↓
ii∑ j
n
j=1
3.14
écart de position bidirectionnel moyen en un point
x
i
moyenne arithmétique des écarts de position unidirectionnels moyens, x ↑ et x ↓ obtenue à partir
i i
des deux sens d’approche d’un point P
i
xx↑+ ↓
ii
x =
i
2
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ISO 230-2:2014(F)
3.15
erreur de réversibilité en un point
valeur de réversibilité en un point
B
i
différence entre les écarts de position unidirectionnels moyens obtenue à partir des deux sens d’approche
d’un point P
i
Bx=↑−↓x
ii i
3.16
erreur de réversibilité d’un axe
valeur de réversibilité d’un axe
B
valeur maximale des erreurs absolues de réversibilité |B | sur tous les points visés le long ou autour de
i
l’axe
BB= max.
i
3.17
erreur moyenne de réversibilité d’un axe
valeur moyenne de réversibilité d’un axe
B
moyenne arithmétique des erreurs de réversibilité B sur tous les points visés le long ou autour de l’axe
i
m
1
B= B
∑ i
m
i=1
3.18
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
s ↑= xx↑− ↑
()
ii∑ ji
n−1
j=1
et
n
2
1
s ↓= xx↓− ↓
()
ii∑ ji
n−1
j=1
3.19
répétabilité de positionnement unidirectionnelle en un point
R ↑ ou R ↓
i i
amplitude dérivée de l’estimateur de la répétabilité de l’axe unidirectionnelle en une position P à l’aide
i
d’un facteur d’élargissement k = 2
Rs↑= 4 ↑
ii
et
Rs↓= 4 ↓
ii
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ISO 230-2:2014(F)
3.20
répétabilité de positionnement bidirectionnel en un point
R
i
Rs=↑max. 22+↓sB+↑;;RR ↓
ii ii ii
3.21
répétabilité de positionnement unidirectionnel d’un axe
R↑ ou R↓
valeur maximale de la répétabilité de positionnement à chaque position P le long ou autour de l’axe
i
RR↑=max. ↑
i
RR↓=max. ↓
i
3.22
répétabilité de positionnement bidirectionnel d’un axe
R
valeur maximale de la répétabilité de positionnement à chaque position P , le long ou autour de l’axe
i
RR=max.
[]
i
3.23
erreur de positionnement systématique unidirectionnelle 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
3.24
erreur de positionnement systématique bidirectionnelle 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. ;;xx↓−↑min. x ↓
ii ii
3.25
moyenne de l’erreur de positionnement bidirectionnelle moyen d’un axe
M
différence entre le maximum et le minimum algébriques des écarts de position bidirectionnels moyens
x en tout point P le long et autour de l’axe
i
i
Mx=max. −min. x
[] []
ii
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ISO 230-2:2014(F)
3.26
erreur unidirectionnelle de positionnement d’un axe
exactitude de position d’un axe
A↑ ou A↓
amplitude dérivée de la combinaison des erreurs systématiques unidirectionnelles et de l’estimateur de
la répétabilité de positionnement unidirectionnel d’un axe en utilisant un facteur d’élargissement k = 2
Ax↑=max. ↑+22sx↑ −↑min. −↑s
ii ii
et
Ax↓=max. ↓+22sx↓ −↓min. −↓s
ii ii
Note 1 à l’article: Le concept “exactitude de position” est appliqué ici en tant que formulation quantitative et est
différent du concept “exactitude de mesure” telle que défini dans le Guide ISO/IEC 99:2007, 2.13.
3.27
erreur bidirectionnelle de positionnement d’un axe
exactitude de positionnement bidirectionnelle d’un axe
A
amplitude dérivée de la combinaison de la moyenne des erreurs systématiques de positionnement
bidirectionnelles et de l’estimateur de la répétabilité de positionnement bidirectionnelle de l’axe en
utilisant un facteur d’élargissement k = 2
Ax=↑max. +↑22sx;;↓+ sx↓−↑min. −↑22sx ↓− s ↓
ii ii ii ii
Note 1 à l’article: Le concept “exactitude de position” est appliqué ici en tant que formulation quantitative et est
différent du concept “exactitude de mesure” telle que défini dans le Guide ISO/IEC 99:2007, 2.13.
3.28
point d’échantillonnage
point discret pour lequel la représentation numérique de l’erreur ou des
erreurs géométriques associées est donnée dans une table d’erreur, dans une table de compensation, ou
dans une grille d’erreur spatiale
[SOURCE: ISO/TR 16907:—, 3.16]
4 Conditions d’essai
4.1 Environnement
Il est recommandé que le fabricant/fournisseur 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 fréquence des
écarts par rapport à la température moyenne et les gradients thermiques de l’environnement. Il
est 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 fabricant/fournisseur de la machine, la responsabilité incombe
au fabricant/fournisseur de la machine en 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
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ISO 230-2:2014(F)
différentielle nominale (DDN) entre le système de positionnement de l’axe ou la pièce/l’outil qui supporte
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 requière 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/
o
(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 radiateurs suspendus, etc.
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
fabricant/fournisseur et l’utilisateur.
4.2 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 de précision de positionnement 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.
4.3 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
fabricant/fournisseur de la machine ou définie par accord entre le fabricant/fournisseur et l’utilisateur.
Si aucune condition n’est spécifiée, les opérations de mise en température peuvent prendre la forme
d’un “essai à blanc préalable” à l’essai de précision de positionnement 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.
5 Programme d’essai
5.1 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
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ISO 230-2:2014(F)
pour assurer les déplacements entre les points visés en vitesse d’avance définie par accord entre le
fabricant/fournisseur et l’utilisateur.
5.2 Choix des points visés
Lorsque la position des points visés peut être choisie librement, elle doit prendre la forme générale de
la Formule 1:
Pi=−1
...
PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 230-2
ISO/TC 39/SC 2 Secrétariat: ANSI
Début de vote Vote clos le
2011-12-12 2012-05-12
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION • МЕЖДУНАРОДНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ • ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
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 of numerically controlled axes
[Révision de la troisième édition (ISO 230-2:2006)]
ICS 25.040.20; 25.080.01
Pour accélérer la distribution, le présent document est distribué tel qu'il est parvenu du
secrétariat du comité. Le travail de rédaction et de composition de texte sera effectué au
Secrétariat central de l'ISO au stade de publication.
To expedite distribution, this document is circulated as received from the committee
secretariat. ISO Central Secretariat work of editing and text composition will be undertaken at
publication stage.
CE DOCUMENT EST UN PROJET DIFFUSÉ POUR OBSERVATIONS ET APPROBATION. IL EST DONC SUSCEPTIBLE DE MODIFICATION ET NE PEUT
ÊTRE CITÉ COMME NORME INTERNATIONALE AVANT SA PUBLICATION EN TANT QUE TELLE.
OUTRE LE FAIT D'ÊTRE EXAMINÉS POUR ÉTABLIR S'ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET
COMMERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSIBILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA
RÉGLEMENTATION NATIONALE.
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET SONT INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS OBSERVATIONS, NOTIFICATION DES DROITS DE PRO-
PRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT ÉVENTUELLEMENT CONNAISSANCE ET À FOURNIR UNE DOCUMENTATION EXPLICATIVE.
© Organisation Internationale de Normalisation, 2011
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ISO/DIS 230-2
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Sauf autorisé par les lois en matière de droits d'auteur du pays utilisateur, aucune partie de ce projet ISO ne
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Les contrevenants pourront être poursuivis.
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ISO/DIS 230-2
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.vi
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .2
4 Conditions d’essai.6
4.1 Environnement .6
4.2 Machine à contrôler.7
4.3 Mise en température.7
5 Programme d’essai .7
5.1 Mode de fonctionnement.7
5.2 Choix des points visés.7
5.3 Mesurages.8
6 Evaluation des résultats .10
6.1 Axes linéaires d’une longueur inférieure ou égale à 2 000 mm et axes rotatifs jusqu'à 360°.10
o
6.2 Axes linéaires d’une longueur supérieure à 2 000 mm et axes rotatifs supérieurs à 360 .10
7 Points soumis à accord entre le fournisseur/constructeur et l'utilisateur.10
8 Présentation des résultats .11
8.1 Méthode de présentation.11
8.2 Paramètres .12
Annexe A (informative) Estimation de l'incertitude de mesure pour le mesurage de
positionnement linéaire - Méthode simplifiée .17
Annexe B (informative) Cycle en pas.34
Annexe C (informative) Autre essai pour l'erreur périodique de positionnement .36
Annexe D (informative) Autres mesurages de l'erreur de positionnement linéaire à l'aide d'un
ensemble de billes calibre ou d'une jauge étalon.39
Bibliographie.41
© ISO 2011 – Tous droits réservés iii
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ISO/DIS 230-2
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 dont elle constitue une révision technique.
L'ISO 230 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Code d'essai des machines-
outils — Détermination de l'exactitude et de la répétabilité de positionnement des axes en commande
numérique:
Partie 1: Exactitude géométrique des machines fonctionnant à vide ou dans des conditions quasi-
statiques
Partie 2: Détermination de l’exactitude et de la répétabilité de positionnement des axes en commande
numérique
Partie 3: Evaluation 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 8: Vibrations
Partie 9: Estimation de l’incertitude de mesure pour les essais des machines-outils selon la série ISO 230,
équations de base
Partie 10: Détermination des performances de mesure des systèmes de palpage des machines-outils à
commande numérique
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ISO/DIS 230-2
Partie 11: Instruments de mesure et leur application aux essais géométriques des machines-outils (TR)
(en préparation)
Les Annexes A, B, C et D sont informatives.
© ISO 2011 – Tous droits réservés v
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ISO/DIS 230-2
Introduction
L’ISO 230 (toutes les parties) 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.
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
performance réduits. L’Annexe C de l’ISO 230-3:2055 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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PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 230-2
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.
Cette méthode ne s'applique 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’ISO/TR 230-9, Annexe C.
L’Annexe A (informative) décrit l’estimation de l’incertitude de mesure.
L'Annexe B (informative) 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.
L’annexe C (informative) contient des considérations sur d’autres essais possibles pour la détermination de l’erreur
de positionnement périodique.
L’annexe D (informative) décrit des tests possibles avec utilisation d’ensembles à billes et d'un capteur.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application de la présente norme. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition de la
publication à laquelle il est fait référence (y compris tous les amendements) s'applique.
ISO 230-1:2011, Code d’essai des machines-outils — Partie 1: Exactitude géométrique des machines fonctionnant
à vide ou dans des conditions quasi-statiques
ISO 230-3:2007, Code d’essai des machines-outils — Partie 3: Evaluation des effets thermiques
ISO/TR 230-9:2005, Code d’essai des machines-outils — Partie 9: Estimation de l’incertitude de mesure pour les
essais des machines-outils selon la série ISO 230, équations de base
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ISO/DIS 230-2
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes, définitions et symboles suivants s’appliquent.
3.1
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.
3.2
longueur 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.
3.3
point fonctionnel
point central de l’outil de coupe ou point associé à un organe de la machine-outil où l’outil de coupe serait en
contact avec la pièce en vue du retrait de matières
[ISO 230-1:2011, définition 3.4.2]
NOTE Dans cette partie de l'ISO 230, les essais concernent les erreurs dans le mouvement relatif entre la partie de la
machine qui supporte l'outil et la partie de la machine qui supporte la pièce. Ces erreurs sont définies et mesurées à la position
ou la trajectoire du point fonctionnel.
3.4
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.
3.5
position réelle
P (i = 1 à m; j = 1 à n)
ij
ième ème
position atteinte par le point fonctionnel lors de la j approche du i point visé
3.6
écart de position
x
ij
position réelle atteinte par le point fonctionnel moins la point visé
x = P – P
ij ij i
NOTE 1 Adaptation de l'ISO 230-1:2011, définition 3.4.6.
NOTE 2 Les écarts de position sont déterminés comme les déplacements relatifs entre la partie qui supporte l'outil et la
partie qui supporte la pièce dans la direction de mouvement de l'axe soumis à essai.
NOTE 3 Les écarts de position constituent une représentation limitée de l'erreur de positionnement de mouvement,
échantillonnée à intervalles discrets.
3.7
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.
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ISO/DIS 230-2
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
3.8
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
3.9
incertitude élargie
grandeur définissant un intervalle, autour du résultat d'un mesurage, dont on puisse s'attendre à ce qu'il
comprenne une fraction élevée de la distribution des valeurs qui pourraient être attribuées raisonnablement au
mesurande
[Guide ISO/IEC 98-3:2008, définition 2.3.5]
3.10
facteur d'élargissement
facteur numérique utilisé comme multiplicateur de l'incertitude-type composée pour obtenir l'incertitude élargie
étendue
[Guide ISO/IEC 98-3:2008, définition 2.3.6]
3.11
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
x x
i ij
n
j1
et
n
1
x x
i ij
n
j1
3.12
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
i i
x
i
2
3.13
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 x x
i i i
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ISO/DIS 230-2
3.14
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 maxB
i
3.15
valeur moyenne de réversibilité d’un axe
B
sur tous les points visés le long ou autour de l'axe
moyenne arithmétique des valeurs de réversibilité B
i
m
1
B B
i
m
i1
3.16
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
1 2
s x x
i ij i
n1
j1
et
n
1 2
s x x
i ij i
n1
j1
3.17
répétabilité de positionnement unidirectionnelle en un point
R ou R
i i
amplitude dérivée de l'estimateur de la répétabilité de l'axe unidirectionnelle en une position P, à l'aide d'un facteur
i
d’élargissement de k=2
R 4 s
i i
et
R 4s
i i
3.18
répétabilité de positionnement bidirectionnelle en un point
R
i
Rsmax. 22sB ;R;R
ii i iii
4 © ISO 2011 – Tous droits réservés
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ISO/DIS 230-2
3.19
répétabilité de positionnement unidirectionnelle
R ou R
valeur maximale de la répétabilité de positionnement à chaque position P le long ou autour de l'axe
i
RR max.
i
RR max.
i
3.20
répétabilité de positionnement bidirectionnelle d'un axe
R
valeur maximale de la répétabilité de positionnement à chaque position P , le long ou autour de l'axe
i
RR max.
i
3.21
erreur de position systématique unidirectionnelle d'un axe
E ou E
la 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
3.22
erreur 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
Exmax. ;xmin.x;x
ii ii
3.23
moyenne de l'erreur de position bidirectionnel moyen d'un axe
M
différence entre le maximum et le minimum algébriques des écarts de position bidirectionnels moyens x en tout
i
point P le long et autour de l'axe
i
Mmax.xxmin.
ii
3.24
erreur unidirectionnelle de position d'un axe
exactitude de position d'un axe
A ou A
amplitude dérivée de la combinaison des erreurs systématiques unidirectionnelles et de l'estimateur de la
répétabilité de position unidirectionnel d'un axe en utilisant un facteur d’élargissement k= 2
Ax max. 2s min.x 2s
ii i i
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ISO/DIS 230-2
et
Ax max. 2s min.x 2s
ii i i
NOTE Le concept "exactitude de position" est appliqué ici en tant que formulation quantitative et est différent du concept
"exactitude de mesure" telle que défini dans Guide ISO/IEC 99, définition 2.13.
3.25
erreur bidirectionnelle de positionnement d'un axe
exactitude de position bidirectionnelle d'un axe
A
amplitude dérivée de la combinaison de la moyenne des erreurs systématiques de position bidirectionnelles et de
l'estimateur pour la répétabilité de l'axe de position bidirectionnelle en utilisant un facteur d’élargissement k=2
A max.x 2sx; 2s min.x 2sx; 2s
ii ii i i i i
NOTE Le concept "exactitude de position" est appliqué ici en tant que formulation quantitative et est différent du concept
"exactitude de mesure" telle que défini dans Guide ISO/IEC 99, définition 2.13.
4 Conditions d’essai
4.1 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 fréquence des écarts par rapport à la température
moyenne et les gradients thermiques de l'environnement. Il est 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
o
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.
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.
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ISO/DIS 230-2
4.2 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.
4.3 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.
5 Programme d’essai
5.1 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 entre le fabricant/fournisseur et
l'utilisateur.
5.2 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 longueur de mesure;
r est un nombre aléatoire avec ± d'amplitude d'erreurs périodiques de position possibles (telles que les
erreurs qui résultent des variations du pas de la vis à billes et des variations 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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ISO/DIS 230-2
NOTE L'annexe C (informative) de cette partie de l'ISO 230 décrit des essais supplémentaires qui peuvent être réalisés
(avec accord entre le fournisseur/fabricant et l'utilisateur) pour des investigations spécifiques sur l'erreur périodique de position.
5.3 Mesurages
5.3.1 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.
Les instruments typiques pour la détermination des erreurs de position et la répétabilité des axes linéaires sont les
interféromètres à laser (y compris les interféromètres de suivi) et les échelles linéaires calibrées. Tes tables à billes
calibrées peuvent aussi être utilisées (voir Annexe D).
L'erreur de position et la répétabilité des axes courts jusqu'à 100 mm peuvent également être mesurées à l'aide de
capteurs de déplacements linéaires de grande amplitude.
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.
Les instruments typiques pour la déterm
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.