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
Frequently Asked Questions
ISO 230-10:2011 is a standard published by the International Organization for Standardization (ISO). Its full title is "Test code for machine tools - Part 10: Determination of the measuring performance of probing systems of numerically controlled machine tools". This standard covers: 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.
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.
ISO 230-10:2011 is classified under the following ICS (International Classification for Standards) categories: 25.080.01 - Machine tools in general. The ICS classification helps identify the subject area and facilitates finding related standards.
ISO 230-10:2011 has the following relationships with other standards: It is inter standard links to ISO 230-10:2011/Amd 1:2014, ISO 230-10:2016. Understanding these relationships helps ensure you are using the most current and applicable version of the standard.
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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 2011
© ISO 2011
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Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2011 – All rights reserved
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
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]
iv © ISO 2011 – All rights reserved
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.
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 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)
2 © ISO 2011 – All rights reserved
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
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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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.
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
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.
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 ISO 230 focuses on the determination of the
performances of a specific measuring system: the probing system itself; therefore, consideration is made to
estimate test uncertainty components rather than measurement uncertainty components as specified by
ISO/TR 230-9.
8 © ISO 2011 – All rights reserved
Valuable information may be gathered in ISO/TS 23165.
The main contributors to the test uncertainty for probing system measurement performance tests are:
⎯ the uncertainty of the calibration of the reference artefact, i.e. test ring or test sphere, where applicable;
⎯ the alignment of the reference ring(s), where applicable;
⎯ the fixturing of the reference artefact, where applicable;
⎯ the compensation of thermally induced errors, when measuring at temperatures outside the
manufacturer's/supplier's environmental temperature guidelines, performed in accordance with 5.1;
NOTE If tests are performed at temperatures complying with the manufacturer's/supplier’s guidelines or if no
environmental temperature guidelines are given, the test results properly represent the metrological characteristics of
the probing system under test; therefore, there is no contribution to the test uncertainty.
⎯ the environmental temperature variation error (ETVE or drift) during the time of measurement,
respectively the repeatability of the measurements due to the actual test environment exceeding the
manufacturer's/supplier's environmental temperature guidelines.
4.9 Reporting of test results
Relevant parameters of the test shall be reported, including the following:
a) identification of machine tool;
b) identification of measuring software;
c) identification of probe/sensor;
d) identification of stylus system components and length;
e) probe switching force setting, where applicable;
f) position and orientation of the probe/sensor, if not fixed by design of the machine tool;
g) type, dimension and identification of artefact or tool measured;
h) location of the artefact in the machine tool measuring volume, where applicable;
i) feed speed during probe qualification and during test;
j) probing distance during probe qualification and during test;
k) probing points number and distribution;
l) programmed spindle speed, where applicable;
m) relevant machine temperatures and ambient temperatures;
n) warm-up cycle.
5 Thermal influences
5.1 General
According to ISO 1, the reference temperature for industrial dimensional measurements is 20 °C; therefore,
the measuring instruments and the measured objects should be in equilibrium with the environment where the
temperature is kept at 20 °C. If the environment is at a temperature other than 20 °C, nominal differential
thermal expansion (NDE) correction between the measurement system and the measured object shall be
made to correct the results to correspond to 20 °C. Built-in NDE correction, used for the normal operation of
the machine tool shall be used; additional NDE correction, just for the measurements, shall not be used to
correct the thermal distortions of machine position transducers.
5.2 Environmental temperature variation error (ETVE) test
An ETVE test (as specified in ISO 230-3:2007, Clause 5) shall be conducted prior to the probe evaluation
tests. The duration of the ETVE test should be agreed on between the manufacturer/supplier and user and
should include the anticipated probing time.
ETVE tests are designed to reveal the effects of environmental temperature changes on the machine. They
shall not be used for machine comparison.
The manufacturer/supplier (of the machine tool or of the probing system) shall define the thermal environment
in which the specified probing system performance can be achieved. It shall be the responsibility of the user to
provide an acceptable thermal environment for the probing operation. However, if the user follows the
guidelines provided by the probing system/machine manufacturer/supplier, or if no guidelines are provided,
the responsibility for probing performance according to the specification reverts to the machine tool or probing
system manufacturer/supplier.
If probing capability is added to an existing machine, specification for thermal environment is subject to an
agreement between the manufacturer/supplier and the user.
The ETVE test shall be performed probing a sphere/a ring/a plane several times and evaluating the change of
the sphere centre/circle centre coordinates or the plane location. The test should last for a period that equates
to the nominal duration of the probing system tests.
The presentation of the results shall be in accordance with ISO 230-3:2007, 5.3.
5.3 Other thermal distortion tests
If the probing system is applied just after machining operations or between machining operations, the effects
of cooling of the machine tool, especially the machine tool spindle, shall be considered. In such cases, a
temperature variation error test shall be carried out after warming up of the main spindle and/or machine tool
axes, e.g. by performing movements of a typical machining operation prior to measurements. The machine
tool movements that shall be performed (for instance spindle speed, duration of movement, movement of axes,
feed speeds) for the temperature variation error test are subject to agreement between the
manufacturer/supplier and user and shall consider the typical operations of the machine tool.
Individual performance tests in Clauses 6 and 7 may be carried out after performing typical movements
corresponding to machining operations, which are subject to agreement between the manufacturer/supplier
and user.
10 © ISO 2011 – All rights reserved
6 Probing of workpiece
6.1 General
Probes used on machining centres for the probing of workpiece are typically connected to the machine tool
spindle. For many probing applications, the centre of the stylus tip should be located on the spindle axis
average line in order to allow for proper identification of the workpiece coordinate system with respect to the
machine coordinate system. In other typical applications (for example: measurement of the distance between
two nominally parallel machined surfaces, measurement of the diameter of a hole or a boss, etc.), where the
alignment of the stylus tip to the spindle axis average line is not of primary concern, care should be taken to
ensure that the spindle orientation with respect to the MCS does not change during subsequent probing in
order to avoid the stylus tip offset becoming a significant component of probing error.
Prior to test execution, stylus tip on-centre adjustment shall be performed according to the
manufacturer's/supplier's instructions. The adjustment procedure shall be repeated whenever the stylus
system connection to the probe is altered. This includes disassembling and re-assembling the same stylus tip
as different assembling torques can possibly change the stylus tip centre position.
Probing system qualification shall be performed according to the manufacturer's/supplier's instructions and
shall be repeated after stylus tip on-centre adjustment.
Suppliers' technical literature sometimes refers to probing system qualification with the expression “probing
system calibration”; this expression is not appropriate and should be avoided.
Tests in this part of ISO 230 are presented assuming that the probing system is aligned with the machine tool
Z-axis of motion and that the stylus tip centre is aligned with the spindle axis average line, assumed to be
nominally parallel to the Z-axis of motion. For applications using tilting or indexing heads, for any new
orientation, probing system qualification shall be performed again. For such applications, use of ISO 10360-5
is recommended.
The user is free, where applicable, to choose the location in which to mount the reference artefact within the
specified measuring volume. However, the reference artefact shall not be placed at a location used for the
probing system qualification.
The reference artefact should always be mounted and clamped to ensure sufficient setup rigidity when
submitted to the specific probing system switching force, yet avoiding deformation of the artefact. Machine tool
probe switching force may vary from as little as 0,2 N for strain gauge switching probes to a few newtons for
conventional switching probes. Switching force for the Z-axis direction is typically significantly higher than the
X- and Y-axis direction switching force.
6.2 Probing repeatability
6.2.1 General
Typical workpiece probing systems for machining centres offer measuring capabilities designed to perform
quick, simplified in-process measurements and measurement of the workpiece after machining, but whilst still
on the machine. Such systems usually provide information on the size and the location of workpiece features,
such as holes, bosses, web, pockets, corners and single-point surface measurements, but they usually do not
provide evaluation of form error of the measured workpiece feature.
Enhanced machine tool probing systems exist that offer complex measurement capabilities, such as
measurement of free-form deviation from the mathematical model. Other probing systems allow for the
implementation of measurement strategies that are typically available only on CMMs.
Probing repeatability should, in principle, be associated with every single measuring task that can be
performed by a specific probing system. This approach would lead to a significant testing effort that is
considered to be unjustified.
A workpiece probing system is typically used for workpiece position and orientation measurements aimed at
locating the WCS with respect to the MCS, and for simple feature location and size measurements. Probing
repeatability tests are therefore specified for flat-surface location measurements, and cylinder and sphere
centre location measurements.
Probing repeatability for size measurements is addressed in 6.10.
6.2.2 Probing repeatability test for single-point surface measurement, R , R and R
SPT,X SPT,Y SPT,Z
(R )
Single_PoinT,X,Y,Z
6.2.2.1 General
It shall be noted that single-point surface measurement is an extremely simplified measuring method. The
determination of the coordinates of a single point of a (flat) surface can be assumed to individually represent
the (flat) surface itself only when the orientation and position of the surface with respect to the relevant
coordinate system are known.
6.2.2.2 Test setup and procedure
Select a test artefact (block) with at least three flat surfaces nominally square to each other. For most
applications, a standard gauge block, with side surfaces' flatness within 0,080 mm is adequate for this test.
NOTE The test artefact referred to in 6.7.2 can also be suitable for this test.
Align the test artefact to the machine coordinate system in order to orient the three planes square to the
X-, Y- and Z-axis, respectively.
Acquire and record the X-axis coordinate of a contact point approaching the test artefact surface in the X-axis
direction. Repeat the acquisition and the recording of the X-axis coordinate values nine times for a total of ten
measurements.
Repeat the procedure for the Y-axis and for the Z-axis.
6.2.2.3 Analysis of results
Compute R as the range of recorded values for the X-axis coordinate.
SPT,X
Compute R as the range of recorded values for the Y-axis coordinate.
SPT,Y
Compute R as the range of recorded values for the Z-axis coordinate.
SPT,Z
6.2.3 Probing repeatability test for circle centre location, R and R (R )
CIR,X CIR,Y CIRcle,X,Y
6.2.3.1 Test setup and procedure
Set up a reference ring with a bore diameter of approximately 25 mm and align it to the machine coordinate
system in order that the axis of the ring bore is parallel to the Z-axis of the machine.
Measure the centre coordinates of the reference ring bore by probing it with four points. Establish a WCS
datum point at the measured centre.
Repeat the measurement ten times, recording the bore centre X- and Y- axis coordinates.
6.2.3.2 Analysis of results
Compute R as the range of recorded values for the X-axis coordinate of the centre.
CIR,X
Compute R as the range of recorded values for the Y-axis coordinate of the centre.
CIR,Y
12 © ISO 2011 – All rights reserved
6.2.4 Probing repeatability test for sphere centre location, R , R and R (R )
SPH,X SPH,Y SPH,Z SPHere, X,Y,Z
6.2.4.1 Test setup and procedure
Set up a reference sphere with a nominal diameter of approximately 25 mm.
Measure the centre coordinates of the reference sphere by probing it with five points according to the
manufacturer's/supplier's instructions. Establish a WCS datum point at the measured centre of the reference
sphere.
Repeat the measurement ten times, recording the sphere centre X-, Y- and Z-axis coordinates.
6.2.4.2 Analysis of results
Compute R as the range of recorded values for the X-axis coordinate of the sphere centre.
SPH,X
Compute R as the range of recorded values for the Y-axis coordinate of the sphere centre.
SPH,Y
Compute R as the range of recorded values for the Z-axis coordinate of the sphere centre.
SPH,Z
6.3 Stylus tip offset test, A
6.3.1 General
Prior to test execution, the stylus tip shall be centred to the spindle axis average line according to the
manufacturer's/supplier's instructions.
Some enhanced probing system allow for automatic detection and compensation of stylus tip offset. If such
performance exists, the relevant manufacturer's/supplier's procedure shall be executed before test execution.
6.3.2 Test setup and procedure
Locate a reference ring (or a reference sphere) within the machine tool measuring volume. When a reference
ring is being used, align it to the machine coordinate system in order that the axis of the ring bore is parallel to
the Z-axis of the machine.
Centre the reference ring bore (or the sphere) to the spindle axis average line by using a linear displacement
sensor and establish a WCS datum point at the identified centre.
Measure the centre coordinates of the reference ring bore (or the centre of the equator of the reference
sphere) by probing it with four points. Repeat the measurement ten times, recording the centre X- and Y-axis
coordinates.
6.3.3 Analysis of results
Calculate X as the average of the ten measured X-axis coordinates and Y as the average of the ten
0 0
measured Y-axis coordinates.
The offset, A, of the stylus tip to th
...
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
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ISO 2011
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Publié en Suisse
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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
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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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.
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).
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).
2 © ISO 2011 – Tous droits réservés
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.
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.
4 © ISO 2011 – Tous droits réservés
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.
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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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;
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 être utilisés dans certains cas pour des
raisons de clarification. Il convient toujours de se rappeler les équivalences suivantes:
′′
0,010 /1 000=≈10 µrad 2
4.3 Référence à l'ISO 230-1
Pour appliquer la présente partie de l'ISO 230, il convient de faire référence à l'ISO 230-1, en particulier en ce
qui concerne l'installation de la machine avant essai.
4.4 Instruments et équipement d'essai recommandés
Les instruments de mesure indiqués dans les essais décrits dans les articles suivants sont uniquement des
exemples. Il est permis d'utiliser d'autres instruments mesurant les mêmes grandeurs et offrant une
incertitude de mesure identique ou inférieure. Les capteurs de déplacement linéaire doivent avoir une
résolution d'au moins 0,001 mm.
4.5 État de la machine avant essai
Avant de commencer les essais, la performance géométrique de la machine-outil doit être évaluée
conformément aux Normes internationales pertinentes (par exemple ISO 230-1, ISO 230-2, ISO 230-3,
ISO 10791-1).
NOTE Des normes nationales appropriées peuvent également s'appliquer.
De plus, les procédures relatives à la configuration et à la qualification du palpeur doivent être effectuées
conformément aux conditions spécifiées par le fabricant/fournisseur.
4.6 Ordre des essais
Dans la présente partie de l'ISO 230, l'ordre de présentation des essais ne définit pas l'ordre pratique des
essais. Les essais décrits dans les Articles 5, 6 et 7 peuvent être réalisés de manière individuelle ou
combinée.
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4.7 Essais à réaliser
Lorsqu'une machine est soumise à essai, il n'est pas toujours nécessaire ni possible d'effectuer tous les
essais décrits dans la présente partie de l'ISO 230. Lorsque des essais de réception sont spécifiés, il incombe
à l'utilisateur, en concertation avec le fournisseur/fabricant, de sélectionner les essais qui présentent un
intérêt. Ces essais doivent être clairement mentionnés lors de la commande d'une machine. Pour les essais
de réception, une simple référence à la présente partie de l'ISO 230, sans mention des essais à réaliser et
sans accord sur les charges appropriées, ne peut en aucun cas être considérée comme contraignante pour
l'une ou l'autre des parties contractantes.
4.8 Sources d'incertitude d'essai
Les essais décrits dans la présente partie de l'ISO 230 révèlent les caractéristiques du système de palpage
en tant qu'instrument de mesure. Par conséquent, ils sont caractéristiquement différents des essais décrits
dans d'autres parties de l'ISO 230. Par exemple, lorsque l'essai de répétabilité de positionnement de l'axe
d'une machine-outil à commande numérique a pour objectif de déterminer la répétabilité d'une caractéristique
spécifique d'une machine-outil dans des conditions de mesurages répétés spécifiques. Il faut comprendre que
la présente partie de l'ISO 230 se concentre sur la détermination des performances d'un système de mesure
spécifique: le système de palpage lui-même; c'est pourquoi il faut envisager d'estimer les composantes de
l'incertitude d'essai plutôt que les composantes de l'incertitude de mesure, comme indiqué dans
l'ISO/TR 230-9.
Des informations utiles peuvent être obtenues dans l'ISO/TS 23165.
Les principales contributions à l'incertitude d'essai pour les essais de performances de mesure du système de
palpage sont les suivantes:
⎯ l'incertitude d'étalonnage de l'entretoise de référence, à savoir l'anneau ou la sphère d'essai, le cas
échéant;
⎯ l'alignement des anneaux de référence, le cas échéant;
⎯ la fixation de l'entretoise de référence, le cas échéant;
⎯ la compensation des erreurs induites thermiquement lors de mesurages effectués à des températures
non conformes aux lignes directrices sur la température ambiante données par le fabricant/fournisseur,
réalisée conformément à 5.1;
NOTE Si les essais sont réalisés à des températures conformes aux lignes directrices données par le
fabricant/fournisseur ou si aucune ligne directrice sur la température ambiante n'est donnée, les résultats d'essai
seront une représentation appropriée des caractéristiques métrologiques du système de palpage étudié et, de ce fait,
il n'existe aucune contribution à l'incertitude d'essai.
⎯ pendant le mesurage, l'erreur de variation de température ambiante (ETVE ou dérive), respectivement la
répétabilité des mesurages due à l'environnement d'essai, non conforme aux lignes directrices sur la
température ambiante données par le fabricant/fournisseur.
4.9 Consignation des résultats d'essai
Les paramètres pertinents de l'essai doivent être consignés, à savoir:
a) l'identification de la machine-outil;
b) l'identification du logiciel de mesure;
c) l'identification du palpeur/capteur;
d) l'identification des composants et de la longueur du système de stylet;
e) le réglage de la force de déclenchement du palpeur, le cas échéant;
f) la position et l'orientation du palpeur/capteur si elles ne sont pas indiquées sur le plan de la machine-outil;
g) le type, la dimension et l'identification de l'entretoise ou de l'outil mesuré;
h) la position de l'entretoise dans le volume de mesure de la machine-outil, le cas échéant;
i) la vitesse d'avance pendant la qualification du palpeur et pendant l'essai;
j) la distance de palpage pendant la qualification du palpeur et pendant l'essai;
k) le nombre et la répartition des points de palpage;
l) la vitesse de broche programmée, le cas échéant;
m) les températures de la machine et les températures ambiantes pertinentes;
n) le cycle de mise en température.
5 Influences thermiques
5.1 Généralités
Conformément à l'ISO 1, la température de référence pour le mesurage de caractéristiques dans l'industrie
est de 20 °C; par conséquent il convient que les instruments de mesure et les objets mesurés soient en
équilibre thermique avec l'environnement dont la température est maintenue à 20 °C. Si la température de
l'environnement est différente de 20 °C, il faut appliquer une correction pour la dilatation thermique
différentielle nominale (NDE) entre le système de mesure et l'objet mesuré afin de présenter les résultats
corrigés à 20 °C. Il faut utiliser les corrections NDE intégrées correspondant au fonctionnement normal de la
machine-outil. Les corrections NDE supplémentaires uniquement destinées aux mesurages ne doivent pas
servir à corriger les déformations thermiques des transducteurs de position de la machine.
5.2 Essai d'erreur de variation de température ambiante (ETVE)
Un essai ETVE tel que spécifié dans l'ISO 230-3:2007, Article 5 doit être réalisé avant d'effectuer les essais
d'évaluation du palpeur. Il convient que la durée de l'essai ETVE fasse l'objet d'un accord entre le
fabricant/fournisseur et l'utilisateur et qu'elle inclue la durée de palpage attendue.
Les essais ETVE sont conçus pour révéler les effets des changements de température ambiante sur la
machine. Ils ne doivent pas être utilisés pour des comparaisons de machines.
Le fabricant/fournisseur (de la machine-outil ou du système de palpage) doit définir l'environnement thermique
dans lequel les performances spécifiées du système de palpage peuvent être atteintes. Il incombe à
l'utilisateur de créer un environnement thermique acceptable pour l'opération de palpage. Toutefois, si
l'utilisateur se conforme aux lignes directrices données par le fabricant/fournisseur du système de palpage/de
la machine ou si aucune ligne directrice n'est donnée, la responsabilité de la conformité des performances de
palpage aux spécifications incombe au fabricant/fournisseur de la machine-outil ou du système de palpage.
Si la fonctionnalité de palpage est ajoutée à une machine existante, alors la spécification pour
l'environnement thermique fait l'objet d'un accord entre le fabricant/fournisseur et l'utilisateur.
L'essai ETVE doit être réalisé en palpant plusieurs fois une sphère/un anneau/un plan et en évaluant le
changement de coordonnées du centre de la sphère/du cercle ou la position du plan. Il convient que l'essai
dure pendant une période égale à la durée nominale des essais du système de palpage.
Il convient que la présentation des résultats soit conforme à l'ISO 230-3:2007, 5.3.
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5.3 Autres essais de distorsion thermique
Si le système de palpage est appliqué juste après les opérations d'usinage ou entre les opérations d'usinage,
les effets du refroidissement de la machine-outil, en particulier la broche de la machine-outil, doivent être pris
en considération. Dans de tels cas, un essai d'erreur de variation de la température est effectué après
l'échauffement de la broche principale et/ou les axes de la machine-outil, par exemple par les mouvements
lors d'une opération d'usinage caractéristique avant les mesurages. Les mouvements de la machine-outil à
réaliser (comme la vitesse de broche, la durée du mouvement, les mouvements des axes, les vitesses
d'avance) pour l'essai d'erreur de variation de la température doivent faire l'objet d'un accord entre le
constructeur/fournisseur et l'utilisateur et prendre en considération les opérations spécifiques de la machine-
outil.
Des essais de performance individuels correspondant aux Articles 6 et 7 peuvent être effectués après
l'exécution des mouvements spécifiques correspondant à des opérations d'usinage, et faire l'objet d'un accord
entre le constructeur/fournisseur et l'utilisateur.
6 Palpage d'une pièce
6.1 Généralités
Les palpeurs utilisés sur les centres d'usinage pour le palpage d'une pièce sont généralement connectés à la
broche de la machine-outil. Pour de nombreuses applications de palpage, il convient que le centre de la
touche de stylet soit situé sur la ligne moyenne d'axe de broche, pour pouvoir identifier correctement le repère
pièce par rapport au repère machine. Dans d'autres applications types (par exemple le mesurage de la
distance entre deux surfaces usinées nominalement parallèles, le mesurage du diamètre d'un trou ou d'une
bosse, etc.) dans lesquelles l'alignement de la touche de stylet avec la ligne moyenne d'axe de broche n'est
pas une préoccupation majeure, il convient de prendre toutes les précautions nécessaires pour s'assurer que
l'orientation de la broche par rapport au RM ne change pas lors du palpage ultérieur, afin d'éviter que la
constante de palpage ne devienne une composante significative de l'erreur de palpage.
Avant d'exécuter l'essai, l'ajustage centre à centre de la touche de stylet doit être effectué conformément aux
instructions du fabricant/fournisseur. La procédure d'ajustage doit être répétée si la connexion entre le
système de stylet et le palpeur est modifiée, cela inclut le démontage et le réassemblage de la même touche
de stylet, car un couple de serrage différent peut éventuellement modifier la position du centre de la touche de
stylet.
La qualification du système de palpage doit être effectuée conformément aux instructions du
fabricant/fournisseur et doit être répétée après l'ajustage centre à centre de la touche de stylet.
La documentation technique des fournisseurs utilise parfois l'expression «étalonnage du système de
palpage» pour désigner la qualification du système de palpage. Il convient d'éviter d'utiliser cette expression
inappropriée.
Dans la présente partie de l'ISO 230, les essais sont présentés en supposant que le système de palpage est
aligné avec l'axe Z de mouvement de la machine-outil et que le centre de la touche de stylet est aligné avec la
ligne moyenne de l'axe de broche, censée être nominalement parallèle à l'axe Z de mouvement. Pour les
applications utilisant des têtes inclinables ou des têtes à diviser, une nouvelle qualification du système de
palpage doit être effectuée pour toute nouvelle orientation. Pour ces applications, il est recommandé de se
reporter à l'ISO 10360-5.
L'utilisateur est libre, le cas échéant, de choisir l'emplacement de la fixation du gabarit de référence dans le
volume de mesure spécifié. Cependant, le gabarit de référence ne doit pas être placé à un endroit utilisé pour
la qualification du système de palpage.
Il convient d'installer et de serrer systématiquement le gabarit de référence. Cela garantit une rigidité
d'installation suffisante lorsqu'il est soumis à la force de déclenchement spécifique du système de palpage,
tout en évitant sa déformation. La force de déclenchement des palpeurs de la machine-outil peut être
comprise entre 0,2 N (pour les palpeurs à déclenchement à jauge de contrainte) et quelques newtons (pour
les palpeurs à déclenchement classiques). La force de déclenchement dans la direction de l'axe Z est
généralement très supérieure à la force de déclenchement dans la direction des axes X et Y.
6.2 Répétabilité de palpage
6.2.1 Généralités
Les systèmes de palpage de pièces types pour les centres d'usinage offrent des fonctionnalités de mesure
conçues pour effectuer des mesurages en cours rapides et simplifiés et un mesurage de la pièce après
usinage, celle-ci étant encore sur la machine. Ces systèmes fournissent habituellement des informations sur
la taille et la position des éléments de pièce, notamment les trous, les bosses, l'épaisseur de l'âme, les
poches, les angles et les mesurages de surface sur point unique. Toutefois, ils ne permettent généralement
pas d'évaluer la déformation de la pièce mesurée.
Il existe des systèmes de palpage de machine-outil perfectionnés qui proposent des fonctionnalités de
mesure complexes, telles que le mesurage de la déformation de forme libre par rapport au modèle
mathématique. D'autres systèmes de palpage permettent d'appliquer des stratégies de mesure qui sont
généralement uniquement disponibles sur les MMT.
En principe, il convient que la répétabilité de palpage soit associée à chaque tâche de mesure susceptible
d'être effectuée par un système de palpage spécifique. Cette approche mènerait à prendre d'importantes
précautions d'essai, jugées injustifiées.
Un système de palpage de la pièce est typiquement associé aux mesurages de position et d'orientation de la
pièce destinés à positionner le RP par rapport au RM, et aux mesurages de position et de taille des éléments
simples. Les essais de répétabilité de palpage sont donc spécifiés pour les mesurages de position de
surfaces planes, et pour les mesurages de position du centre des cylindres et des sphères.
La répétabilité de palpage pour les mesurages de taille est indiquée en 6.10.
6.2.2 Essai de répétabilité de palpage pour le mesurage de surface sur point unique, R , R et
SPT,X SPT,Y
R (R )
...
Questions, Comments and Discussion
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