ISO 230-10:2011
(Main)Test code for machine tools — Part 10: Determination of the measuring performance of probing systems of numerically controlled machine tools
Test code for machine tools — Part 10: Determination of the measuring performance of probing systems of numerically controlled machine tools
ISO 230-10:2011 specifies test procedures to evaluate the measuring performance of contacting probing systems (used in a discrete-point probing mode) integrated with a numerically controlled machine tool. It does not include other types of probing systems, such as those used in scanning mode or non-contacting probing systems. The evaluation of the performance of the machine tool, used as a coordinate measuring machine (CMM), is outside the scope of ISO 230-10:2011.
Code d'essai des machines-outils — Partie 10: Détermination des performances de mesure des systèmes de palpage des machines-outils à commande numérique
L'ISO 230-10:2011 spécifie des procédures d'essai pour évaluer les performances de mesure des systèmes de palpage à contact (utilisés en mode de palpage discret) intégrés dans une machine-outil à commande numérique. Elle n'inclut pas d'autres types de systèmes de palpage tels que ceux utilisés dans les systèmes de palpage en mode «scanning» ou sans contact. L'évaluation des performances de la machine-outil utilisée comme machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) ne fait pas partie du domaine d'application de l'ISO 230-10:2011.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 230-10
First edition
2011-05-15
Test code for machine tools —
Part 10:
Determination of the measuring
performance of probing systems of
numerically controlled machine tools
Code d'essai des machines-outils —
Partie 10: Détermination des performances de mesure des systèmes
de palpage des machines-outils à commande numérique
Reference number
ISO 230-10:2011(E)
©
ISO 2011
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ISO 230-10:2011(E)
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Published in Switzerland
ii © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 230-10:2011(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .2
3.1 General terms .2
3.2 Terms relating to the probing system .2
3.3 Terms relating to probing.5
4 Preliminary remarks.7
4.1 Influences on the measurement performance of the probing system.7
4.2 Measurement units.8
4.3 Reference to ISO 230-1 .8
4.4 Recommended instrumentation and test equipment .8
4.5 Machine conditions prior to testing .8
4.6 Testing sequence .8
4.7 Tests to be performed.8
4.8 Sources of test uncertainty .8
4.9 Reporting of test results.9
5 Thermal influences.10
5.1 General .10
5.2 Environmental temperature variation error (ETVE) test.10
5.3 Other thermal distortion tests.10
6 Probing of workpiece .11
6.1 General .11
6.2 Probing repeatability.11
6.3 Stylus tip offset test, A.13
6.4 Probing-tool location repeatability test, R , R and R (R
PTL,X PTL,Y PTL,Z Probing-
).14
Tool_Location,X,Y,Z
6.5 2D probing error test, P (P ).14
FTU,2D Form_Tactile_Unique,2D
6.6 3D probing error test, P (P ) .16
FTU,3D Form_Tactile_Unique,3D
6.7 Workpiece position and orientation tests, E , E , E , E and E ,
PLA,Z LIN,Y COR,X COR,Y COR,Z
(E ), (E ), (E ).17
PLAne,Z LINe,Y CORner coordinates,X,Y,Z
6.8 Combined workpiece machining and location test, E , E , E , R ,
CML,X CML,Y CML,Z CML,X
R and R (E ), (R
CML,Y CML,Z Combined Machining and Location, X,Y,Z Combined Machining and
).24
Location, X,Y,Z
6.9 Time delay variation tests.25
6.10 Feature size measurement performance tests.29
7 Probing of tools .31
7.1 General .31
7.2 Tool-setting system qualification .32
7.3 Tool-setting repeatability.33
Annex A (informative) Alphabetical cross-references and short description of symbols .36
Bibliography.38
© ISO 2011 – All rights reserved iii
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ISO 230-10:2011(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through
ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has
been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental
and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 230-10 was prepared by Technical Committee ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee SC 2, Test
conditions for metal cutting machine tools.
ISO 230 consists of the following parts, under the general title Test code for machine tools:
⎯ Part 1: Geometric accuracy of machines operating under no-load or quasi-static conditions
⎯ Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning numerically controlled axes
⎯ Part 3: Determination of thermal effects
⎯ Part 4: Circular tests for numerically controlled machine tools
⎯ Part 5: Determination of the noise emission
⎯ Part 6: Determination of positioning accuracy on body and face diagonals (Diagonal displacement tests)
⎯ Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation
⎯ Part 8: Vibrations [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]
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ISO 230-10:2011(E)
Introduction
The purpose of ISO 230 (all parts) is to standardize methods of testing the accuracy of machine tools,
excluding portable power tools.
This part of ISO 230 concerns test procedures to evaluate the measuring performance of contacting probing
systems (used in a discrete-point probing mode) integrated with a numerically controlled machine tool. The
test procedures are not intended to distinguish between the various causes of errors. They intend to
demonstrate the combined influence of the environment, machine tool, probing system and probing software
on the measuring performance.
The results of these tests do not reflect on the performance of the machine tool in a metal cutting mode. When
the tests are required for acceptance purposes, it is up to the user to choose, in agreement with the
manufacturer/supplier, those tests relating to the properties of the components of the machine probing system,
which are of interest.
The results of these tests do not reflect on the performance of the machine tool used as a coordinate
measuring machine (CMM). Such performance involves traceability issues and it is intended that they be
evaluated according to ISO 10360-2 and ISO 10360-5.
© ISO 2011 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 230-10:2011(E)
Test code for machine tools —
Part 10:
Determination of the measuring performance of probing
systems of numerically controlled machine tools
1 Scope
This part of ISO 230 specifies test procedures to evaluate the measuring performance of contacting probing
systems (used in a discrete-point probing mode) integrated with a numerically controlled machine tool.
It does not include other types of probing systems, such as those used in scanning mode or non-contacting
probing systems. The evaluation of the performance of the machine tool, used as a coordinate measuring
machine (CMM), is outside the scope of this part of ISO 230. Such performance evaluation involves
traceability issues, is strongly influenced by machine tool geometric accuracy and can, in addition to the
machine tool probing system tests specified in this part of ISO 230, be evaluated according to ISO 10360-2
and ISO 10360-5.
Numerically controlled machine tools can apply contacting probing systems in machining process applications,
such as:
⎯ identification that the correct workpiece has been loaded before machining;
⎯ location and/or alignment of the workpiece;
⎯ measurement of the workpiece after machining, but whilst still on the machine;
⎯ measurement of the position and orientation of the machine tool rotary axes;
⎯ measurement and setting of the cutting tool (radius, length and offset of the tool);
⎯ detection of tool breakage.
NOTE 1 This part of ISO 230 focuses on machining centres, but it is intended that other types of machines, for
instance turning and grinding centres, be included in a future revision of this part of ISO 230.
NOTE 2 This part of ISO 230 does not include non-contacting type of probes (e.g. optical probes) or scanning probes,
but it is intended that they be included in a future revision of this part of ISO 230.
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, Test code for machine tools — Part 1: Geometric accuracy of machines operating under no-load
or quasi-static conditions
© ISO 2011 – All rights reserved 1
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ISO 230-10:2011(E)
ISO 230-3:2007, Test code for machine tools — Part 3: Determination of thermal effects
ISO/TR 230-9, Test code for machine tools — Part 9: Estimation of measurement uncertainty for machine tool
tests according to series ISO 230, basic equations
ISO 10360-5:2010, Geometrical product specifications (GPS) — Acceptance and reverification tests for
coordinate measuring machines (CMM) — Part 5: CMMs using single and multiple stylus contacting probing
systems
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
NOTE In measuring mode, machine tools are used like CMMs. Therefore, definitions for probing systems
performance tests for CMMs apply also for machine tools. However, since not all machine tool users are familiar with the
use of CMMs, this part of ISO 230 provides definitions specifically with machine tools in mind, making sure that they do
not create any conflicts with CMM definitions.
3.1 General terms
3.1.1
machine coordinate system
MCS
coordinate system fixed with respect to physical or calculated axes of a machine tool
NOTE Adapted from ISO 10360-1:2000, definition 2.5.
3.1.2
workpiece coordinate system
WCS
coordinate system fixed with respect to a workpiece
[ISO 10360-1:2000, definition 2.4]
3.1.3
measuring volume
three-dimensional space encompassing all linear coordinates that are accessible for measurement on the
machine tool
NOTE Adapted from ISO 10360-1:2000, definition 2.3.
3.2 Terms relating to the probing system
3.2.1
probe
device that senses a feature and generates the signal(s) during probing
NOTE 1 Adapted from ISO 10360-1:2000, definition 3.1.
NOTE 2 There are several types of probes used on machine tools and they use different technologies to achieve the
same aim.
NOTE 3 Probes can either be “switching” types or “proportional” types. These are all available as either “contacting” or
“non-contacting” systems (non-contacting systems are not part of the scope of this part of ISO 230).
3.2.1.1
switching probe
probe that gives a binary signal as a result of contact with a surface being measured (detected)
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ISO 230-10:2011(E)
3.2.1.2
proportional probe
probe that gives a signal (analogue or digital) proportional to a displacement of the stylus tip
NOTE Proportional probes used in continuous scanning mode are not included in the scope of this part of ISO 230.
3.2.1.3
contacting probe
probe that needs material contact with a surface being measured (detected) in order to function
EXAMPLE Electrical circuit breakage, strain gauge.
NOTE 1 Adapted from ISO 10360-1:2000, definition 3.2.
NOTE 2 The contacting feed speed applied to obtain the material contact can influence the performance of such
probes. Proper contacting feed speed is specified in the manufacturer's/supplier's instructions.
NOTE 3 For best performance, the contacting feed speed applied during measurement is the same as the feed speed
applied during probe qualification.
3.2.1.4
non-contacting probe
probe that needs no material contact with a surface being measured in order to function
EXAMPLE Optical and laser systems, inductive and capacitive systems.
NOTE 1 Adapted from ISO 10360-1:2000, definition 3.3.
NOTE 2 Non-contacting probes are not included in the scope of this part of ISO 230.
3.2.2
probing system
system consisting of a probe, signal transmission system (e.g. optical, radio, wire), signal conditioning
hardware, the probing hardware and software and, where present, probe extensions, probe changing system,
stylus and stylus extensions, when used in conjunction with a suitable numerically controlled machine tool
NOTE 1 Tests specified in this part of ISO 230 are referred to probing systems consisting of contacting probes
equipped with a single stylus system that is parallel to the machine tool spindle axis average line, as depicted in Figure 2.
For applications using stylus systems equipped with multiple styli (see Figure 3), and for application where measurement
is performed by using multiple orientations of the spindle axis average line with respect to the WCS, additional tests are
specified in ISO 10360-5.
NOTE 2 Adapted from ISO 10360-1:2000, definition 2.6.
3.2.3
probing system qualification
establishment of the parameters of a probing system (based on manufacturer's/supplier's instructions)
necessary for subsequent measurements
NOTE 1 Effective stylus tip diameter and location of the stylus tip centre with respect to the MCS are typical
parameters established by probing system qualification.
NOTE 2 Suppliers' technical literature sometimes refers to probing system qualification with the expression “probing
system calibration”; this expression is not appropriate.
3.2.4
pre-travel
distance between the point of first material contact of the probe stylus tip with the surface being measured
(detected) and the point where the probe signal is generated
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ISO 230-10:2011(E)
NOTE 1 Pre-travel is affected by probe construction, probing direction, probing speed, switching force, stylus system
length and compliance, time delay between probing signal and machine tool position transducer read-out, etc.
NOTE 2 Pre-travel variation (commonly referred to as “lobing”), under specified probing conditions, is a very important
probing system characteristic.
NOTE 3 Some probe qualification techniques can significantly reduce the effects of probing system pre-travel variation.
3.2.5
effective stylus tip diameter
effective stylus tip size
stylus tip dimension used by some probing software to compensate for measured feature size, etc.
NOTE The effective stylus tip diameter (size) is associated with probing system performance and is determined by
appropriate probing system qualification, rather than by simply measuring the stylus tip size.
3.2.6
stylus tip
physical element that establishes the contact with the object to measure
NOTE Adapted from ISO 10360-1:2000, definition 4.2.
3.2.7
stylus system
system composed of a stylus and stylus extension(s) (if any)
NOTE 1 Stylus extensions can reduce stylus system stiffness and can adversely influence probing system
performance. Therefore, performance tests are carried out using the particular stylus extension(s) of interest.
NOTE 2 Adapted from ISO 10360-1:2000, definition 4.4.
3.2.8
stylus system length
〈spherical stylus tip〉 distance from the centre of the stylus tip to the shoulder of the stylus system
See Figure 1.
a
Stylus system length.
Figure 1 — Stylus system length
3.2.9
probing tool
device consisting of a probe and its stylus system, attached to a tool holder
See Figure 2.
3.2.10
probing-tool length
distance from the most protruding point of the stylus tip to the machine tool spindle reference surface or gauge
line that connects to the probing tool
See Figure 2.
NOTE 1 Some probing systems establish the probing-tool length as the distance from the centre of the stylus tip
surface to the machine tool spindle reference surface that connects to the probing tool.
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ISO 230-10:2011(E)
NOTE 2 For solid-shank-type tool holders, the spindle reference surface is at the spindle cone gauge line. For other
tool holders (hollow shank), the spindle reference surface is the spindle face.
NOTE 3 The procedure for establishing the length of the probing tool is specified in manufacturer's/supplier's
instructions.
Key
1 spindle
2 tool holder
3 probe
4 stylus
L probing-tool length
Figure 2 — Probing-tool length
3.2.11
stylus tip offset
effective distance from the centre of the stylus tip to the axis average line of the spindle, in which the probing
tool is mounted
3.3 Terms relating to probing
3.3.1
probing
probe, verb
measurement action that results in the determination of values (e.g. coordinate values, length values,
false/true values)
NOTE 1 Probing associated with the measurement of cutting tools does not necessarily result in the determination of
coordinate values.
NOTE 2 Probing associated with tool breakage detection results in the determination of a false/true state.
NOTE 3 Adapted from ISO 10360-1:2000, definition 2.7.
3.3.1.1
1D probing
measurement allowing for probing motion parallel to one machine coordinate system axis or to one workpiece
coordinate system axis at one time only
NOTE 1D measurement capability is associated with the probing system performance, not only with the contacting
probe capabilities.
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ISO 230-10:2011(E)
Key
1 spindle
2 tool holder
3 probe
4 workpiece
5 stylus tip 1
6 stylus tip 2
Figure 3 — Probing tool equipped with two styli
3.3.1.2
2D probing
measurement allowing for probing motion along a vector in a plane
NOTE 1 Typical contacting probes that operate in the −X, +X, −Y, +Y and −Z directions, and in any combination of such
directions, are sometimes referred to as 2,5D probes. These contacting probes do not allow for (or allow for very limited)
traction in the +Z direction.
NOTE 2 Measurement in the +Z direction capability can be obtained by the use of stylus systems equipped with
multiple styli, as depicted in Figure 3, where stylus tip 2 (moving in the +Z direction) contacts the workpiece surface and
causes the probe to generate the signal as a consequence of the deflection in the −X direction.
NOTE 3 Independent qualification for stylus tip 1 and for stylus tip 2, and additional tests, are specified in ISO 10360-5.
3.3.1.3
3D probing
measurement allowing for probing motion along any vector in space
3.3.2
probing repeatability
degree of closeness of coordinate values provided by the probing system when it is repeatedly applied to the
same measurand under the same test conditions
NOTE 1 This definition specifically refers to the scope of this part of ISO 230 and the probing systems under test; it is
not extended to the general definition associated with the metrological characteristics defined in other International
Standards.
6 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 230-10:2011(E)
NOTE 2 Probing repeatability can be expressed quantitatively in terms of the dispersion characteristics of the
measured values or by the range of measured values.
NOTE 3 Probing repeatability relates to the complete probing system. It is not comparable with “probe repeatability” as
defined in the probe supplier's handbooks.
3.3.3
probing error
P
FTU
error within which the range of the radii of a reference artefact can be determined by a machine tool using one
stylus system
NOTE 1 The symbol, P , is taken from ISO 10360-5:2010, 3.6 and 3.9. The character P indicates that the error is
FTU
related primarily to the probing system performance, the character F indicates that it is a form error, the character T refers
to a contacting (tactile) probing system and the character U indicates the use of a single (unique) stylus.
NOTE 2 A typical reference artefact for 2D probing is a ring calibrated for form. A typical reference artefact for 3D
probing is a sphere calibrated for form.
NOTE 3 2D probing error is addressed in 6.5 and 3D probing error is addressed in 6.6.
4 Preliminary remarks
4.1 Influences on the measurement performance of the probing system
Measurement performance of the probing system includes the machine tool characteristics over a limited,
small volume and shall not be simply derived from the stand-alone probe specifications.
The main influences on performance of probing systems of a machine tool are the following:
a) repeatability of machine tool;
b) geometric accuracy of machine tool, i.e. positioning accuracy (including resolution, backlash),
straightness, roll, pitch, yaw error motion, squareness between axes, etc.;
c) contamination of surfaces being measured (detected);
d) probing error and repeatability of probing system, including probing-tool changing and relocation;
e) probing system qualification;
f) temperature influences on machine tool, probing system, artefact and workpiece/tool, including drift of
moving axes and spindles;
g) feed speed and accelerations during measurement;
h) standoff and overtravel distances;
i) time delay and time delay variation between probing signal and read-out of machine tool position
transducers;
j) surface of workpiece/tool probed.
Workpiece probing repeatability shall be checked in accordance with the tests in 6.2; probing-tool location
repeatability shall be checked in accordance with the test in 6.4; tool setting repeatability shall be checked in
accordance with the tests in 7.3.
Testing for performance of workpiece probing system and geometric accuracy of the machine tool (in a limited,
small volume) is given in 6.5 and 6.6.
© ISO 2011 – All rights reserved 7
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ISO 230-10:2011(E)
Testing for time delay variation between probing signal and read-out of machine position transducers is given
in 6.9; feature size measurement performance tests are given in 6.10.
Temperature influences are best observed using procedures given in 5.2 and in ISO 230-3.
4.2 Measurement units
In this part of ISO 230, all linear dimensions and deviations are expressed in millimetres. All angular
dimensions are expressed in degrees. Angular deviations are, in principle, expressed in ratios but in some
cases, microradians or arc-seconds may be used for clarification purposes. The equivalent of the following
expressions should always be kept in mind:
′′
0,010 /1 000=≈10 µrad 2
4.3 Reference to ISO 230-1
To apply this part of ISO 230, reference should be made to ISO 230-1, especially for the installation of the
machine before testing.
4.4 Recommended instrumentation and test equipment
The measuring instruments indicated in the tests described in the following clauses are examples only. Other
instruments measuring the same quantities and having the same or smaller measurement uncertainty may be
used. Linear displacement sensors shall have a resolution of 0,001 mm or better.
4.5 Machine conditions prior to testing
Before starting the measurements, the machine tool geometric performance shall be assessed in accordance
with relevant International Standards (e.g. ISO 230-1, ISO 230-2, ISO 230-3, ISO 10791-1).
NOTE Appropriate national standards can apply.
In addition, the procedures for probe configuration and qualification shall be performed according to the
conditions specified by the manufacturer/supplier.
4.6 Testing sequence
The sequence in which the tests are presented in this part of ISO 230 does not define the practical order of
testing. The tests described in Clauses 5, 6 and 7 may be performed either singly or in any combination.
4.7 Tests to be performed
When testing a machine, it is neither always necessary nor possible to carry out all the tests described in this
part of ISO 230. When the tests are required for acceptance purposes, it is up to the user to choose, in
agreement with the manufacturer/supplier, those tests which are of interest. These tests shall be clearly stated
when ordering a machine. Mere reference to this part of ISO 230 for the acceptance tests, without specifying
the tests that shall be carried out, and without agreement on the relevant expenses, cannot be considered
binding for any contracting party.
4.8 Sources of test uncertainty
The tests described in this part of ISO 230 reveal the characteristics of the probing system as a measuring
instrument. Therefore, they are characteristically different from the tests described in other parts of ISO 230.
For example, when testing the repeatability of positioning of a numerically controlled machine tool axis, the
aim is to determine the repeatability of a specific machine tool characteristic under specified repeated
measurement conditions. It shall be considered that this part of I
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 230-10
Première édition
2011-05-15
Code d'essai des machines-outils —
Partie 10:
Détermination des performances de
mesure des systèmes de palpage des
machines-outils à commande numérique
Test code for machine tools —
Part 10: Determination of the measuring performance of probing
systems of numerically controlled machine tools
Numéro de référence
ISO 230-10:2011(F)
©
ISO 2011
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ISO 230-10:2011(F)
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ISO 230-10:2011(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .2
3.1 Termes généraux.2
3.2 Termes liés au système de palpage .2
3.3 Termes relatifs au palpage .5
4 Remarques préliminaires.7
4.1 Influences sur la performance de mesure du système de palpage .7
4.2 Unités de mesure.8
4.3 Référence à l'ISO 230-1.8
4.4 Instruments et équipement d'essai recommandés.8
4.5 État de la machine avant essai .8
4.6 Ordre des essais.8
4.7 Essais à réaliser .9
4.8 Sources d'incertitude d'essai.9
4.9 Consignation des résultats d'essai .9
5 Influences thermiques .10
5.1 Généralités .10
5.2 Essai d'erreur de variation de température ambiante (ETVE) .10
5.3 Autres essais de distorsion thermique.11
6 Palpage d'une pièce .11
6.1 Généralités .11
6.2 Répétabilité de palpage .12
6.3 Essai de constante de palpage, A.13
6.4 Essai de répétabilité de position de l'outil de palpage, R , R et R
PTL,X PTL,Y PTL,Z
(R ).14
Probing-Tool_Location,X,Y,Z
6.5 Essai d'erreur de palpage 2D, P (P ).15
FTU,2D Forme_Tactile_Unique, 2D
6.6 Essai d'erreur de palpage 3D, P (P ).16
FTU,3D Forme_Tactile_Unique, 3D
6.7 Essais de position et d'orientation de la pièce, E , E , E , E et
PLA,Z LIN,Y COR,X COR,Y
E (E ), (E ), (E ) .18
COR,Z PLAne,Z LINe,Y CORner coordinates,X,Y,Z
6.8 Essai combiné d'usinage et de position de la pièce, E , E , E , R ,
CML,X CML,Y CML,Z CML,X
R et R (E ), (R
CML,Y CML,Z Combined Machining and Location, X,Y,Z Combined Machining and
).24
Location, X,Y,Z
6.9 Essais de variation de la temporisation.26
6.10 Essais de performance du mesurage de la taille de l'élément .31
7 Palpage des outils .33
7.1 Généralités .33
7.2 Qualification du système de réglage d'outil .34
7.3 Répétabilité de réglage de l'outil .34
Annexe A (informative) Correspondance alphabétique et brève description des symboles .38
Bibliographie.40
© ISO 2011 – Tous droits réservés iii
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ISO 230-10:2011(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 230-10 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 39, Machines-outils, sous-comité SC 2,
Conditions de réception des machines travaillant par enlèvement de métal.
L'ISO 230 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Code d'essai des machines-outils:
⎯ Partie 1: Précision géométrique des machines fonctionnant à vide ou dans des conditions quasi-statiques
⎯ Partie 2: Détermination de l'exactitude et de la répétabilité de positionnement des axes en commande
numérique
⎯ Partie 3: Évaluation des effets thermiques
⎯ Partie 4: Essais de circularité des machines-outils à commande numérique
⎯ Partie 5: Détermination de l'émission sonore
⎯ Partie 6: Détermination de la précision de positionnement sur les diagonales principales et de face
(Essais de déplacement en diagonale)
⎯ Partie 7: Exactitude géométrique des axes de rotation
⎯ Partie 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
La partie suivante est en cours d'élaboration:
⎯ Partie 11: Instruments de mesure et leurs applications aux essais de géométrie des machines-outils
[Rapport technique]
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ISO 230-10:2011(F)
Introduction
L'objet de l'ISO 230 (toutes les parties) est de normaliser des méthodes d'essai pour la vérification de
l'exactitude des machines-outils, à l'exception des machines-outils électriques portatives.
La présente partie de l'ISO 230 spécifie des procédures d'essai pour évaluer les performances de mesure des
systèmes de palpage à contact (utilisés en mode palpage discret) intégrés dans une machine-outil à
commande numérique. Les procédures d'essai ne sont pas destinées à différencier les différentes causes
d'erreurs. Elles visent à démontrer l'influence combinée de l'environnement, de la machine-outil, du système
de palpage et du logiciel de palpage sur les performances de mesure.
Les résultats de ces essais n'ont aucune incidence sur les performances de la machine-outil en mode
enlèvement de métal. Lorsque des essais de réception sont spécifiés, il incombe à l'utilisateur, en
concertation avec le fabricant/le fournisseur, de sélectionner les essais relatifs aux caractéristiques des
composants du système de palpage qui présentent un intérêt.
Les résultats de ces essais n'ont aucune incidence sur les performances de la machine-outil utilisée comme
machine à mesurer tridimensionnelle (MMT). Ces performances impliquent des problèmes de traçabilité et
doivent être évaluées conformément à l'ISO 10360-2 et l'ISO 10360-5.
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NORME INTERNATIONALE ISO 230-10:2011(F)
Code d'essai des machines-outils —
Partie 10:
Détermination des performances de mesure des systèmes
de palpage des machines-outils à commande numérique
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 230 spécifie des procédures d'essai pour évaluer les performances de mesure des
systèmes de palpage à contact (utilisés en mode de palpage discret) intégrés dans une machine-outil à
commande numérique.
Elle n'inclut pas d'autres types de systèmes de palpage tels que ceux utilisés dans les systèmes de palpage
en mode «scanning» ou sans contact. L'évaluation des performances de la machine-outil utilisée comme
machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) ne fait pas partie du domaine d'application de la présente partie
de l'ISO 230. L'évaluation de telles performances implique des problèmes de traçabilité et est fortement
influencée par l'exactitude géométrique de la machine-outil. En plus d'être soumises aux essais du système
de palpage de la machine-outil spécifiés dans la présente partie de l'ISO 230, elles peuvent être évaluées
conformément à l'ISO 10360-2 et l'ISO 10360-5.
Les machines-outils à commande numérique peuvent actuellement utiliser des systèmes de palpage à
contact dans les applications d'usinage telles que
⎯ l'identification permettant de vérifier que la bonne pièce a été chargée avant l'usinage,
⎯ la position et/ou l'alignement de la pièce,
⎯ le mesurage de la pièce après usinage, la pièce étant encore sur la machine,
⎯ le mesurage de la position et de l'orientation des axes rotatifs de la machine-outil,
⎯ le mesurage et le réglage de l'outil coupant (rayon, longueur et décalage de l'outil),
⎯ la détection des casses d'outils.
NOTE 1 La présente partie de l'ISO 230 se focalise sur les centres d'usinage, mais d'autres types de machines,
notamment les centres de tournage et de meulage, seront inclus dans une future révision de la présente partie de
l'ISO 230.
NOTE 2 La présente partie de l'ISO 230 n'inclut aucun type de palpeurs sans contact (par exemple palpeurs optiques)
ou palpeurs de scanning, mais ils seront inclus dans une future révision de la présente partie de l'ISO 230.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
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ISO 230-10:2011(F)
ISO 230-1, Code d'essai des machines-outils — Partie 1: Précision 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, 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
ISO 10360-5:2010, Spécification géométrique des produits (GPS) — Essais de réception et de vérification
périodique des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) — Partie 5: MMT utilisant des systèmes de
palpage à stylets multiples
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
NOTE En mode mesurage, les machines-outils sont utilisées comme des MMT. Les définitions relatives aux essais
des performances des systèmes de palpage pour les MMT s'appliquent donc également aux machines-outils. Tous les
utilisateurs de machines-outils ne sont toutefois pas familiarisés avec l'utilisation des MMT. C'est pourquoi la présente
partie de l'ISO 230 donne des définitions spécifiques aux machines-outils qui évitent tout risque de contradiction avec les
définitions relatives aux MMT.
3.1 Termes généraux
3.1.1
repère machine
RM
système de coordonnées lié aux axes, physiques ou calculés, d'une machine-outil
NOTE Adapté de l'ISO 10360-1:2000, définition 2.5.
3.1.2
repère pièce
RP
système de coordonnées lié à la pièce
[ISO 10360-1:2000, définition 2.4]
3.1.3
volume de mesure
espace tridimensionnel englobant l'ensemble des coordonnées linéaires accessibles au mesurage sur la
machine-outil
NOTE Adapté de l'ISO 10360-1:2000, définition 2.3.
3.2 Termes liés au système de palpage
3.2.1
palpeur
dispositif qui détecte un élément et génère un (des) signal (signaux) pendant le palpage
NOTE 1 Adapté de l'ISO 10360-1:2000, définition 3.1.
NOTE 2 Il existe plusieurs types de palpeurs utilisés sur les machines-outils et employant différentes technologies pour
atteindre le même but.
NOTE 3 Les palpeurs peuvent être de type «à déclenchement» ou «proportionnel». Ils sont disponibles sous la forme
de systèmes «à contact» ou «sans contact» (les systèmes sans contact ne font pas partie du domaine d'application de la
présente partie de l'ISO 230).
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ISO 230-10:2011(F)
3.2.1.1
palpeur à déclenchement
palpeur émettant un signal binaire au contact d'une surface à mesurer (à détecter)
3.2.1.2
palpeur proportionnel
palpeur émettant un signal (analogique ou numérique) proportionnel à un déplacement de la pointe du stylet
NOTE Les palpeurs proportionnels utilisés en mode «scanning» continu ne font pas partie du domaine d'application
de la présente partie de l'ISO 230.
3.2.1.3
palpeur à contact
palpeur qui nécessite un contact matériel avec une surface à mesurer (à détecter) pour fonctionner
EXEMPLE Disjoncteur électrique, jauge de contrainte.
NOTE 1 Adapté de l'ISO 10360-1:2000, définition 3.2.
NOTE 2 La vitesse d'avance de contact appliquée pour obtenir le contact matériel peut influencer les performances de
ces palpeurs. La vitesse d'avance de contact appropriée est spécifiée dans les instructions du fabricant/fournisseur.
NOTE 3 Pour obtenir des performances optimales, la vitesse d'avance de contact appliquée pendant le mesurage est
identique à la vitesse appliquée pendant la qualification du palpeur.
3.2.1.4
palpeur sans contact
palpeur qui ne nécessite pas un contact matériel avec une surface à mesurer pour fonctionner
EXEMPLE Systèmes optiques et laser, systèmes inductifs et capacitifs.
NOTE 1 Adapté de l'ISO 10360-1:2000, définition 3.3.
NOTE 2 Les palpeurs sans contact ne font pas partie du domaine d'application de la présente partie de l'ISO 230.
3.2.2
système de palpage
système constitué d'un palpeur, d'un système de transmission de signal (par exemple optique, radio, filaire),
d'un matériel de traitement du signal, du matériel et du logiciel de palpage et, selon le cas, de rallonges de
palpeur, d'un système de changement de palpeur, d'un stylet et de rallonges de stylet, en cas d'utilisation
conjointe avec une machine-outil à commande numérique appropriée
NOTE 1 Les essais spécifiés dans la présente partie de l'ISO 230 concernent les systèmes de palpage constitués de
palpeurs à contact équipés d'un système de stylet simple parallèle à la ligne moyenne d'axe de broche de la machine-outil,
comme illustré à la Figure 2. Pour les applications utilisant des systèmes équipés de stylets multiples (voir Figure 3) et
pour les applications dans lesquelles le mesurage est effectué en utilisant plusieurs orientations de la ligne moyenne d'axe
de broche par rapport au RP, des essais supplémentaires sont spécifiés dans l'ISO 10360-5.
NOTE 2 Adapté de l'ISO 10360-1:2000, définition 2.6.
3.2.3
qualification du système de palpage
établissement des paramètres d'un système de palpage (d'après les instructions du fabricant/fournisseur)
nécessaires pour les mesurages à venir
NOTE 1 Le diamètre effectif de la touche de stylet et la position du centre de la touche de stylet par rapport au RM
sont des paramètres types établis par la qualification du système de palpage.
NOTE 2 La documentation technique des fournisseurs utilise parfois l'expression «étalonnage du système de palpage»
pour désigner la qualification du système de palpage; cette expression n'est pas appropriée.
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ISO 230-10:2011(F)
3.2.4
pré-course
distance entre le point du premier contact matériel de la touche de stylet du palpeur dont la surface est
mesurée (détectée) et le point d'émission du signal du palpeur
NOTE 1 La pré-course est affectée par la construction du palpeur, la direction de palpage, la vitesse de palpage, la
force de déclenchement, la longueur et la conformité du système de stylet, la temporisation entre le signal de palpage et
la lecture des transducteurs de position de la machine-outil, etc.
NOTE 2 Dans les conditions de palpage spécifiées, la variation de pré-course (couramment appelée «frange») est une
caractéristique très importante du système de palpage.
NOTE 3 Certaines techniques de qualification du palpeur peuvent nettement réduire les effets de variation de pré-
course du système de palpage.
3.2.5
diamètre effectif de la touche de stylet
taille effective de la touche de stylet
dimension utilisée par certains logiciels de palpage pour compenser la taille de l'élément mesuré, etc.
NOTE Le diamètre effectif (taille) de la touche de stylet est associé aux performances du système de palpage et est
déterminé par une qualification appropriée au système de palpage plutôt qu'en mesurant simplement la taille de la touche
de stylet.
3.2.6
touche de stylet
élément physique qui établit le contact avec l'objet à mesurer
NOTE Adapté de l'ISO 10360-1:2000, définition 4.2.
3.2.7
système de stylet
système composé d'un stylet et de rallonge(s) de stylet (selon le cas)
NOTE 1 Les rallonges de stylet peuvent réduire la rigidité du système de stylet et influencer négativement les
performances du système de palpage. Par conséquent, les essais de performance sont effectués en prenant en compte
les particularités des rallonges de stylet.
NOTE 2 Adapté de l'ISO 10360-1:2000, définition 4.4.
3.2.8
longueur du système de stylet
〈touche de stylet sphérique〉 distance du centre de la touche de stylet à l'épaulement du stylet
Voir Figure 1.
a
Longueur du système de stylet.
Figure 1 — Longueur du système de stylet
3.2.9
outil de palpage
dispositif constitué d'un palpeur et de son système de stylet, fixé à un porte-outil.
Voir Figure 2.
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ISO 230-10:2011(F)
3.2.10
longueur de l'outil de palpage
distance du point le plus saillant de la touche de stylet à la surface de référence de la broche de la
machine-outil ou du plan de jauge qui se connecte à l'outil de palpage
Voir Figure 2.
NOTE 1 Certains systèmes de palpage définissent la longueur de l'outil de palpage comme distance entre le centre de
la surface de la touche de stylet et la surface de référence de la broche de la machine-outil qui se connecte à l'outil de
palpage.
NOTE 2 Pour les porte-outils de type à queue pleine, la surface de référence de la broche se trouve au niveau du plan
de jauge du cône de broche. Pour les autres porte-outils (à queue creuse), la surface de référence de la broche se trouve
au niveau de la face de la broche.
NOTE 3 La procédure pour établir la longueur de l'outil de palpage est spécifiée dans les instructions du
fabricant/fournisseur.
Légende
1 broche
2 porte-outil
3 palpeur
4 stylet
L longueur de l'outil de palpage
Figure 2 — Longueur de l'outil de palpage
3.2.11
constante de palpage
distance effective du centre de la touche de stylet à la ligne moyenne de l'axe de broche, sur laquelle l'outil de
palpage est fixé
3.3 Termes relatifs au palpage
3.3.1
palpage
palper, verbe
action de mesurage consistant à déterminer des valeurs (par exemple valeurs de coordonnées, valeurs de
longueurs, valeurs fausses/vraies)
NOTE 1 Le palpage associé au mesurage des outils coupants ne permettra pas nécessairement de déterminer des
valeurs de coordonnées.
NOTE 2 Le palpage associé à la détection de bris d'outil permettra de déterminer un état faux/vrai.
NOTE 3 Adapté de l'ISO 10360-1:2000, définition 2.7.
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ISO 230-10:2011(F)
3.3.1.1
palpage 1D
mesurage permettant de palper un mouvement parallèle aux axes d'un repère machine ou aux axes d'un
repère pièce à un moment donné uniquement
NOTE La fonctionnalité de mesurage 1D est associée aux performances du système de palpage et non uniquement
aux caractéristiques du palpeur à contact.
Légende
1 broche
2 porte-outil
3 palpeur
4 pièce
5 touche de stylet 1
6 touche de stylet 2
Figure 3 — Outil de palpage équipé de deux stylets
3.3.1.2
palpage 2D
mesurage permettant de palper un mouvement le long d'un vecteur dans un plan
NOTE 1 Les palpeurs à contact types fonctionnant dans les directions −X, +X, −Y, +Y et −Z, et dans n'importe quelle
combinaison de ces directions, sont parfois appelés palpeurs 2,5D. Ces palpeurs à contact ne permettront pas une
traction (ou permettront une traction très limitée) dans la direction +Z.
NOTE 2 La fonctionnalité de mesurage dans la direction +Z peut être obtenue en utilisant les systèmes de stylet
équipés de stylets multiples (comme illustré à la Figure 3), dans lesquels la touche de stylet 2 (se déplaçant dans la
direction +Z) sera en contact avec la surface de la pièce et incitera le palpeur à émettre le signal en conséquence de la
déviation dans la direction −X.
NOTE 3 Une qualification indépendante pour la touche de stylet 1 et la touche de stylet 2, ainsi que des essais
supplémentaires sont spécifiés dans l'ISO 10360-5.
3.3.1.3
palpage 3D
mesurage permettant de palper un mouvement le long de tout vecteur dans l'espace
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ISO 230-10:2011(F)
3.3.2
répétabilité de palpage
écart entre les valeurs de coordonnées fournies par le système de palpage lorsqu'il est appliqué de manière
répétitive au même mesurande, dans les mêmes conditions d'essai
NOTE 1 Cette définition concerne spécifiquement le domaine d'application de la présente partie de l'ISO 230 et les
systèmes de palpage étudiés; elle ne s'applique pas à la définition générale associée aux caractéristiques métrologiques
définies dans d'autres Normes internationales.
NOTE 2 La répétabilité de palpage peut être exprimée quantitativement, en termes de caractéristiques de dispersion
des valeurs mesurées ou par l'étendue des valeurs mesurées.
NOTE 3 La répétabilité de palpage concerne l'ensemble du système de palpage. Elle n'est pas comparable à la
«répétabilité du palpeur» définie dans les catalogues des fournisseurs de palpeurs.
3.3.3
erreur de palpage
P
FTU
erreur à l'intérieur de laquelle l'étendue des rayons d'une entretoise de référence peut être déterminée par
une machine-outil en utilisant un système de stylet
NOTE 1 Le symbole P est tiré de l'ISO 10360-5:2010, 3.6 et 3.9. La lettre P indique que l'erreur est principalement
FTU
liée aux performances du système de palpage, la lettre F indique qu'il s'agit d'une erreur de forme, la lettre T désigne un
système de palpage à contact (tactile) et la lettre U indique l'utilisation d'un stylet simple (unique).
NOTE 2 Une entretoise de référence type pour le palpage 2D est un anneau de forme étalonnée. Une entretoise de
référence type pour le palpage 3D est une sphère de forme étalonnée.
NOTE 3 L'erreur de palpage 2D est décrite en 6.5 et l'erreur de palpage 3D en 6.6.
4 Remarques préliminaires
4.1 Influences sur la performance de mesure du système de palpage
La performance de mesure du système de palpage inclut les caractéristiques de la machine-outil sur un
volume petit et limité et ne doit pas être simplement tirée des spécifications de palpage individuelles.
Les principales influences sur la performance des systèmes de palpage d'une machine-outil sont les
suivantes:
a) répétabilité de la machine-outil;
b) exactitude géométrique de la machine-outil, à savoir l'exactitude de positionnement (notamment,
résolution, jeu), la rectitude, le roulis, le pas, le mouvement d'erreur en lacet, la perpendicularité entre les
axes, etc.;
c) contamination des surfaces à mesurer (à détecter);
d) erreur de palpage et répétabilité du système de palpage, comprenant le changement et le
repositionnement de l'outil de palpage;
e) qualification du système de palpage;
f) influences de la température sur la machine-outil, le système de palpage, l'entretoise et la pièce/l'outil,
comprenant la dérive des axes et des broches en rotation;
g) vitesse d'avance et accélérations pendant le mesurage;
h) distances de sécurité et de surcourse;
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ISO 230-10:2011(F)
i) temporisation et variation de la temporisation entre le signal de palpage et la lecture des transducteurs de
position de la machine-outil;
j) surface de la pièce/l'outil palpé(e).
La répétabilité de palpage de la pièce est vérifiée conformément aux essais de 6.2; la répétabilité de la
position de l'outil de palpage est vérifiée conformément à l'essai de 6.4; la répétabilité de réglage de l'outil est
vérifiée conformément à l'essai de 7.3.
Les performances du système de palpage de la pièce et l'exactitude géométrique de la machine-outil (dans
un volume petit et limité) sont soumises à essai en 6.5 et en 6.6.
La variation de la temporisation entre le signal de palpage et la lecture des transducteurs de position de la
machine-outil est soumise à essai en 6.9; les essais de performance du mesurage de la taille de l'élément
sont donnés en 6.10.
Les procédures données en 5.2 et dans l'ISO 230-3 sont les procédures les plus adaptées pour observer les
influences de la température.
4.2 Unités de mesure
Dans la présente partie de l'ISO 230, toutes les dimensions et tous les écarts linéaires sont exprimés en
millimètres. Tous les angles sont exprimés en degrés. Les écarts angulaires sont, en principe, exprimés en
fractions, mais les microradians ou les secondes d'arc peuvent
...
Questions, Comments and Discussion
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