DE102010017625A1 - Cutting tool, in particular cutting wheel and method for its production - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug, insbesondere Schneidrädchen und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Zum Glätten der Oberflächen und zum Schärfen der Schneidkante wird ein Verfahren angewendet, bei dem zumindest eine Seitenfläche zumindest in einem zur Schneidkante angrenzenden Bereich mit einem Laserstrahl beaufschlagt wird und bei dem der Laserstrahl unter einen flachen Winkel zur Oberfläche der Seitenkante ausgerichtet ist. Damit können Schneidwerkzeuge mit verbesserten Eigenschaften hergestellt werden, die mindestens einen der folgenden Parameter erfüllen: Geradlinigkeitsabweichung von weniger als 2 μm, insbesondere von weniger als 1 μm auf, Schneidkantenwelligkeit von weniger als 0,5 μm, insbesondere von weniger als 0,3 μm auf, negative Schneidkantenabstumpfung auf und/oder Startabstand der Schneidenverrundung von weniger als 4 μm, insbesondere von weniger als 2 μm.The invention relates to a cutting tool, in particular cutting wheel and a method for its production. For smoothing the surfaces and sharpening the cutting edge, a method is used in which at least one side surface is subjected to a laser beam at least in a region adjacent to the cutting edge and in which the laser beam is aligned at a shallow angle to the surface of the side edge. Thus, cutting tools can be produced with improved properties that meet at least one of the following parameters: straightness deviation of less than 2 .mu.m, in particular of less than 1 .mu.m, cutting edge waviness of less than 0.5 .mu.m, in particular less than 0.3 .mu.m , Negative cutting edge blunting on and / or starting distance of the edge rounding of less than 4 microns, especially less than 2 microns.
Description
Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug, insbesondere Schneidrädchen und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Schneidwerkzeuge und Schneidrädchen der in Frage kommenden Art dienen insbesondere zum Schneiden oder Ritzen spröder Materialien, beispielsweise Keramik und/oder Glas.The invention relates to a cutting tool, in particular cutting wheel and a method for its production. Cutting tools and cutting wheels of the type in question are used in particular for cutting or scoring brittle materials, such as ceramic and / or glass.
Zur Leistungssteigerung in derartigen Bearbeitungs- und Schneidprozessen werden definierte und vorzugsweise entlang der Werkzeugkante reproduzierbare bzw. gleichmäßige Kantengeometrien angestrebt. Insbesondere ist die Herstellung einer gleichmäßig scharfen Geometrie schwierig.To increase performance in such processing and cutting processes defined and preferably along the edge of the tool reproducible or uniform edge geometries are sought. In particular, it is difficult to produce a uniformly sharp geometry.
Zuvor genannte aus dem Stand der Technik bekannte Schneidräder streben eine möglichst glatte Schneidkante an. Damit können glatte Schneidkanten insbesondere in Glaswerkstücken erzielt werden.Previously known from the prior art cutting wheels aim at the smoothest possible cutting edge. This smooth cutting edges can be achieved in particular in glass workpieces.
Die Patentschrift
Ein Verfahren zur Herstellung eines Schneidrädchens mit einer Zahnstruktur wird in der Patentanmeldung
Die
Bei der Herstellung von Schneidrädern mittels Schleifverfahren oder mittels Laserbearbeitung besteht allgemein das Problem von Abrundungen bzw. lokalen Ausbrüchen gerade entlang der Schneidkante und der daran angrenzenden Seitenflächen. Diese Abrundungen bzw. Ausbrüche sind bedingt durch den Herstellprozess lokal unterschiedlich.In the manufacture of cutting wheels by means of grinding or laser machining, there is generally the problem of rounding or local breakouts just along the cutting edge and the side surfaces adjacent thereto. These roundings or outbreaks are locally different due to the manufacturing process.
Bei der Herstellung von Schneidrädern zum Ritzen von Glas bestehen bei einigen Problemstellungen besondere Anforderungen an die Schneidkante. Wird bei einigen Anwendungen ein reproduzierbarer, aber bewusst rauer Schliff – verbunden mit lokalen Ausbrüchen entlang der Schneidkante – eingesetzt, so strebt man bei anderen Anwendungen eine ideal gleichmäßige und scharfe Schneidkante an. Derartige Anwendungen bestehen beispielsweise bei Schneidrädern zum Ritzen von Dünnglas, das beispielsweise in der Displayindustrie eingesetzt wird. Die Erfindung betrifft daher vorzugsweise Schneidwerkzeuge und insbesondere Schneidräder für die letztgenannte Anwendung.In the manufacture of cutting wheels for scribing glass, there are special requirements for the cutting edge in some problems. If a reproducible but deliberately rough cut is used in some applications - combined with local breakouts along the cutting edge - then in other applications an ideally uniform and sharp cutting edge is sought. Such applications exist for example in cutting wheels for scribing thin glass, which is used for example in the display industry. The invention therefore preferably relates to cutting tools and in particular cutting wheels for the latter application.
Bedingt durch den Schleifprozess oder durch die Laserbearbeitung tritt bei den vorgefertigten Schneidrädern eine Abrundung bereits in einem im Vergleich zur Eindringtiefe des Schneidrädchens relativ großen Abstand zur Schneidkante auf, der im Rahmen dieser Beschreibung „Startabstand Schneidkantenverrundung” bezeichnet wird.Due to the grinding process or by the laser processing occurs in the prefabricated cutting wheels a rounding already in a relatively large compared to the penetration depth of the cutting wheel distance to the cutting edge, which is referred to in this description "start distance Schneidkantenverrundung".
Die reale mittlere Schneidkante tritt dadurch gegenüber der genäherten mittleren Schneidkante um einen Abstand zurück, der im Rahmen dieser Beschreibung als „Schneidkantenabstumpfung” bezeichnet wird.The real center cutting edge thereby recedes from the approximated central cutting edge by a distance, referred to in this specification as "cutting edge blunting".
Durch die Unregelmäßigkeit des Schliffes oder der Laserbearbeitung sind die Geradlinigkeitsabweichung und die Schneidkantenwelligkeit recht hoch.Due to the irregularity of the cut or the laser processing, the straightening deviation and the cutting edge waviness are quite high.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung das technische Problem zugrunde, in der Makrogeometrie bereits vorgefertigte Seitenflächen eines Schneidwerkzeugs, insbesondere eines Schneidrädchens, und eine durch die Seitenflächen gebildete Schneidkante so zu behandeln, dass eine möglichst scharfe und gleichmäßige Oberflächen aufweisende Schneidkante entsteht.Thus, the present invention, the technical problem underlying the macrogeometry already prefabricated side surfaces of a cutting tool, in particular a cutting wheel, and a cutting edge formed by the side surfaces to be treated so that the sharpest possible and uniform surfaces having cutting edge.
Das zuvor aufgezeigte technische Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Glätten einer Oberfläche eines vorgefertigten Schneidwerkzeugs, insbesondere Schneidrädchens mit zwei Seitenflächen, die unter einem Winkel zueinander verlaufen und eine Schneidkante bilden, gelöst, bei dem zumindest eine Seitenfläche zumindest in einem zur Schneidkante angrenzenden Bereich mit einem Laserstrahl beaufschlagt wird und bei dem der Laserstrahl unter einen flachen Winkel zur Oberfläche der Seitenkante ausgerichtet ist.The technical problem indicated above is achieved by a method for smoothing a surface of a prefabricated cutting tool, in particular a cutting wheel having two side surfaces which run at an angle to each other and form a cutting edge, wherein at least one side surface is at least in an area adjacent to the cutting edge one Laser beam is applied and in which the laser beam is aligned at a shallow angle to the surface of the side edge.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher auch als Laserschleifen oder Laserglätten bezeichnet werden. Unter einem Laserstrahl wird ein gerichteter Strahl elektromagnetischer Strahlung verstanden, wobei die Wellenlänge nicht notwendiger Weise im sichtbaren Bereich liegen muss, sondern auch Wellenlängen im infraroten oder ultravioletten Bereich eingesetzt werden können.The method according to the invention can therefore also be referred to as laser grinding or laser smoothing. A laser beam is understood to mean a directed beam of electromagnetic radiation, wherein the wavelength does not necessarily have to be in the visible range, but also wavelengths in the infrared or ultraviolet range can be used.
Der Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung sind die zuvor beschriebenen Schneidrädchen für die Bearbeitung spröder Materialien, beispielsweise Keramik und/oder Glas. Gleichwohl betrifft die Erfindung generell Schneidwerkzeuge, bei denen es auf ein hohes Maß an Präzision der Schneidflächen und der Schneidkanten zum Schneiden beliebiger Materialien ankommt. Somit kann die nachfolgend beschriebene Erfindung auch auf Werkzeuge wie Messer, Sägen, Bohrer, Fräswerkzeuge, Schneidplatten und ähnliche Werkzeuge Anwendung finden. Bei sämtlichen Werkzeugen tritt die Bearbeitungswirkung durch eine scharfkantige Schneide ein, auch wenn der Vorgang selbst nicht in allen Fällen als Schneiden, sondern als Sägen, Bohren, Zerspanen oder Drehen/Fräsen bezeichnet wird. Die nachfolgende Beschreibung der Erfindung basiert auf der beispielhaften Anwendung auf Schneidrädchen für die Bearbeitung spröder Materialien, beispielsweise Keramik und/oder Glas, die Erfindung ist aber nicht auf diese Anwendung beschränkt.The starting point for the present invention are the previously described cutting wheels for working brittle materials, such as ceramic and / or glass. However, the invention generally relates to cutting tools, which require a high degree of precision of the cutting surfaces and the cutting edges for cutting any materials. Thus, the invention described below can also be applied to tools such as knives, saws, drills, milling tools, cutting inserts and similar tools. In all tools, the processing effect occurs through a sharp-edged cutting edge, even if the process itself is not always referred to as cutting, but as sawing, drilling, machining or turning / milling. The following description of the invention is based on the exemplary application to cutting wheels for working brittle materials, such as ceramics and / or glass, but the invention is not limited to this application.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, mittels einer geeigneten Strahlführung derart Material abzutragen, dass im Vergleich zum Stand der Technik schärfere und gleichmäßigere Schneidkanten hergestellt werden können. Dabei sollen Orte mit großen Schneidkantenabrundungen wie auch Orte mit geringen Abrundungen in etwa die gleiche Kantengeometrie überführt werden. Dazu werden an den beiden Seitenflächen des vorgefertigten Schneidrädchens Unebenheiten geglättet und an der Schneidkante, insbesondere in Bereichen mit großen Schneidkantenabrundungen gezielt weniger Material abgetragen.According to the invention, it has been recognized to remove material by means of a suitable beam guidance in such a way that sharper and more uniform cutting edges can be produced in comparison with the prior art. In this case, places with large Schneidkantenabundungen as well as places with little rounding in about the same edge geometry to be transferred. For this purpose, bumps are smoothed on the two side surfaces of the prefabricated cutting wheel and selectively removed at the cutting edge, especially in areas with large Schneidkantenabrundungen less material.
Der Effekt, dass an den beiden Seitenflächen Unebenheiten geglättet werden und an der Schneidkante insbesondere in Bereichen mit großen Schneidkantenabrundungen gezielt weniger Material abgetragen wird, wird dadurch erreicht, dass der Laserstrahl in einem flachen Winkel, also relativ tangential zur Oberfläche der Seitenflächen des Schneidrädchens geführt wird. Hervorstehende Spitzen auf den Seitenflächen bieten so eine große Angriffsfläche für die Laserstrahlung, zurückstehende Bereiche und insbesondere Abrundungen an der Schneidkante eine geringere Angriffsfläche. Hierdurch tritt der Effekt der Glättung von Unebenheiten auf den Seitenflächen und der Schärfung der Schneidkante auf.The effect of smoothing out unevennesses on the two side surfaces and deliberately removing less material at the cutting edge, particularly in areas with large cutting edge roundings, is achieved by guiding the laser beam at a shallow angle, ie relatively tangentially to the surface of the side surfaces of the cutting wheel , Projecting tips on the side surfaces thus provide a large attack surface for the laser radiation, recessed areas and in particular rounding on the cutting edge a smaller attack surface. As a result, the effect of smoothing unevenness on the side surfaces and sharpening of the cutting edge occurs.
Unter einem flachen Winkel wird vorliegend Winkel in einem Winkelbereich weniger als 45°, vorzugsweise von 5° bis 45°, insbesondere 10° bis 30° verstanden. Die genaue Einstellung des Winkels hängt von den Randbedingungen wie Material, Größe des zu erzielenden Materialabtrags, Laserleistung und -wellenlänge, Schneidwinkel und/oder Radius des Schneidrädchens ab.In the present case, a low angle is understood to mean angles in an angular range of less than 45 °, preferably of 5 ° to 45 °, in particular 10 ° to 30 °. The exact adjustment of the angle depends on the boundary conditions such as material, size of the material removal to be achieved, laser power and wavelength, cutting angle and / or radius of the cutting wheel.
Die Verkippung des eintreffenden Laserstrahls zur Seitenfläche des Schneidrädchens soll also innerhalb eines Winkelbereiches eingestellt werden, um den erfindungsgemäßen Erfolg zu gewährleisten. Hierdurch wird der Fokus in der Längsachse je nach Einstrahlwinkel um etwa das 2-fache bis 12-fache vergrößert. Um eine hinreichende Intensität für einen genügenden Materialabtrag zu erreichen, wird vorzugsweise eine Strahlaufweitung vorgenommen, die bei der anschließenden Fokussierung den Fokusdurchmesser verkleinert, hier beispielhaft auf ungefähr 10 bis 50 μm.The tilt of the incoming laser beam to the side surface of the cutting wheel should therefore be adjusted within an angular range in order to ensure the success of the invention. As a result, the focus in the longitudinal axis is increased by about 2-fold to 12-fold, depending on the angle of incidence. In order to achieve a sufficient intensity for a sufficient removal of material, a beam expansion is preferably performed, which reduces the focus diameter in the subsequent focusing, here for example to about 10 to 50 microns.
Das Verfahren kann schon allein durch die Anwendung auf einer Seitenfläche zu einer verbesserten Geometrie der Schneidkante führen. Jedoch ist es bevorzugt, das erfindungsgemäße Verfahren auf beiden Seitenflächen anzuwenden.The method can lead to an improved geometry of the cutting edge just by the application on a side surface. However, it is preferred to apply the method according to the invention on both side surfaces.
Das Verfahren wird bevorzugt so ausgeführt, dass der Laserstrahl auf den zur Schneidkante angrenzenden Bereich der Seitenflächen fokussiert wird. Dadurch wird in dem für die Qualität der Schneidkante wichtigen Bereich eine genügende Abtragsleistung auf das Schneidrädchen aufgebracht.The method is preferably carried out so that the laser beam is focused on the region of the side surfaces adjacent to the cutting edge. As a result, a sufficient removal rate is applied to the cutting wheel in the area important for the quality of the cutting edge.
Gleichzeitig ist an den Seitenflächen in größerem Abstand zur Schneidkante nur eine geringere und mit zunehmendem Abstand kleiner werdende, schließlich nicht mehr hinreichende Intensität vorhanden.At the same time, there is only a lesser intensity at the side surfaces at a greater distance from the cutting edge, and the intensity which becomes smaller with increasing distance, is finally no longer sufficient.
Das zuvor beschriebene Verfahren kann mit unterschiedlichen Laserquellen durchgeführt werden, die je nach Anwendung und Material des Schneidwerkzeugs bzw. Schneidrädchens unterschiedlich sein können. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, einen gepulsten Laser zu verwenden. Der gepulst betriebene Laserstrahl hat den Vorteil, dass innerhalb jedes Laserpulses eine ausreichende Leistungsdichte erreicht werden kann. Durch die Verwendung eines gepulsten Lasers wird die Seitenfläche des Schneidrädchens jeweils nur in dem vom Fokus erfassten Bereich punktuell und nur für eine kurze Zeitdauer erfasst. Jedoch kann durch eine geeignete Verfahrensführung erreicht werden, dass die gesamten zu bearbeitenden Abschnitte der Seitenflächen weitgehend gleichmäßig mit Laserlicht beaufschlagt werden.The method described above can be carried out with different laser sources, which may vary depending on the application and material of the cutting tool or cutting wheel. It has proven to be advantageous to use a pulsed laser. The pulsed laser beam has the advantage that within each laser pulse a sufficient power density can be achieved. By using a pulsed laser, the side surface of the cutting wheel is only detected selectively and only for a short period of time in each case in the area covered by the focus. However, it can be achieved by a suitable process management, that the entire sections of the side surfaces to be machined be largely uniformly applied with laser light.
Die Erfindung ist aber nicht auf die Anwendung eines gepulsten Lasers beschränkt. So ist die Anwendung eines Dauerstrichlasers bei Materialien möglich, die eine geringere Laserleistung zum Abtragen von Material benötigen. In diesem Fall wird eine besonders gleichmäßige Bearbeitung erreicht, da keine durch einzelne zeitlich beabstandete Laserpulse Feinstruktur in der Seitenfläche und der Schneidkante entstehen kann.The invention is not limited to the application of a pulsed laser. Thus, it is possible to use a continuous wave laser for materials that require less laser power for removing material. In this case, a particularly uniform processing is achieved, since no single-spaced laser pulses of fine structure in the side surface and the cutting edge can occur.
Vorzugsweise wird dazu während der Anwendung des Laserstrahls, unabhängig davon, ob der Laserstrahl gepulst oder ungepulst erzeugt wird, das Schneidrädchen derart gedreht, dass im Wesentlichen der zu bearbeitende Bereich der Seitenfläche mit dem Laserstrahl beaufschlagt wird. Dazu kann das Schneidrädchen kontinuierlich oder in separaten Schritten gedreht werden.Preferably, during the application of the laser beam, regardless of whether the laser beam is pulsed or unpulsed, the cutting wheel is rotated in such a way that substantially the area of the side surface to be machined is exposed to the laser beam. For this purpose, the cutting wheel can be rotated continuously or in separate steps.
Des Weiteren kann während der Laserbearbeitung die relative Position des Laserfokus zur Seitenfläche kontinuierlich oder in einzelnen Schritten verstellt werden. Durch die Verstellung des Laserstrahls relativ zur Seitenfläche wird sichergestellt, dass ein Abschnitt der Seitenfläche, der breiter als die Fokuslänge ist, nacheinander mit dem Laserstrahl beaufschlagt wird.Furthermore, during laser processing, the relative position of the laser focus to the side surface can be adjusted continuously or in individual steps. By adjusting the laser beam relative to the side surface is ensured that a portion of the side surface, which is wider than the focal length, is applied successively with the laser beam.
Bei einer Änderung der relativen Position des Laserstrahls auf der Seitenfläche gibt es verschiedene Möglichkeiten, ob und wie die Ausrichtung des Laserstrahls nachgeführt wird. Für die jeweiligen Nachführungen werden geeignete, an sich bekannte Optiken eingesetzt.When changing the relative position of the laser beam on the side surface, there are various possibilities as to whether and how the alignment of the laser beam is tracked. For the respective tracking suitable, known per se optics are used.
Zunächst ist es möglich, dass der Laserstrahl parallel zur Ausbreitungsrichtung unter Beibehaltung des Winkels zur Seitenfläche verstellt wird. Durch die gleiche Winkelausrichtung des Laserstrahls wird eine weitgehend gleichmäßige Bearbeitung der Seitenfläche erreicht, auch wenn einige Bereiche der Seitenflächen weniger als andere im Fokus liegen, wenn der Fokus nicht nachgeführt wird.First, it is possible that the laser beam is adjusted parallel to the propagation direction while maintaining the angle to the side surface. By the same angular orientation of the laser beam a largely uniform processing of the side surface is achieved, even if some areas of the side surfaces are less than others in focus, if the focus is not tracked.
Alternativ dazu kann auch der Winkel des Laserstrahls während des Verstellens des Laserstrahls relativ zur Seitenfläche verändert werden. So kann beispielsweise der Winkel im Bereich der Schneidkante geringer, also flacher als in den Bereichen eingestellt werden, die beabstandet zur Schneidkante angeordnet sind.Alternatively, the angle of the laser beam during the adjustment of the laser beam relative to the side surface can be changed. Thus, for example, the angle in the region of the cutting edge can be set smaller, that is, flatter than in the regions which are arranged at a distance from the cutting edge.
Zusätzlich zum Einstellen der Strahlausrichtung des Laserstrahls kann der relative Abstand des Fokus zur Seitenfläche entweder beibehalten oder verändert werden. Wird jeweils der Fokusabstand nachgeführt und im Wesentlichen gleich gehalten, dann wird dadurch ebenfalls eine gleichmäßigere Bearbeitung erreicht. Wird hingegen der Fokusabstand verändert oder gar nicht nachgeführt, so kann die Wirkung des Laserstrahls auf unterschiedliche Bereiche der Seitenfläche verändert werden. Beispielsweise ist es somit möglich, die Intensität des Laserstrahls im Bereich der Schneidkante zu erhöhen und in Richtung eines größeren Abstands zur Schneidkante zu verringern.In addition to adjusting the beam alignment of the laser beam, the relative distance of the focus to the side surface can either be maintained or changed. If in each case the focus distance is tracked and maintained substantially the same, this also results in a more uniform processing. If, on the other hand, the focus distance is changed or not tracked at all, the effect of the laser beam on different areas of the side surface can be changed. For example, it is thus possible to increase the intensity of the laser beam in the region of the cutting edge and to reduce it in the direction of a greater distance to the cutting edge.
Das Bearbeiten der Oberfläche mit einem stufenweisen oder kontinuierlichen Verstellen der Position des Fokus relativ zur Seitenfläche des Schneidrädchens kann in vorteilhafter Weise während einer kontinuierlichen Drehung des Schneidrädchens durchgeführt werden. Dadurch werden entweder separate Spuren bearbeitet oder der Laserstrahl fährt eine Spiralkurve von außen, also startend von einem größeren Abstand zur Schneidkante über die Schneidflanke bis zur Schneidkante bzw. über diese hinaus ab. Der Spurversatz sollte so gewählt werden, dass bei einer Seitenfläche ausreichend viele Spuren (Umdrehungen) abgefahren werden, um eine vollständig überlappende Bearbeitung der Seitenfläche zu erreichen. Der Laserstrahl kann dabei in etwa auf die Schneidkante fokussiert sein, um hier eine maximale Leistungsdichte der Laserstrahlung zu haben. Eine der oben bereits beschriebenen Änderungen der Strahlführung kann während der Bearbeitung ebenfalls gewählt werden.The machining of the surface with a stepwise or continuous adjustment of the position of the focus relative to the side surface of the cutting wheel can advantageously be carried out during a continuous rotation of the cutting wheel. As a result, either separate tracks are processed or the laser beam travels a spiral curve from the outside, so starting from a greater distance from the cutting edge on the cutting edge to the cutting edge or beyond. The track offset should be selected so that one side surface leaves enough laps (turns) to achieve a completely overlapping processing of the side surface. The laser beam can be focused approximately on the cutting edge in order to have a maximum power density of the laser radiation here. One of the beam guidance changes already described above may also be selected during machining.
Das oben aufgezeigte technische Problem wird erfindungsgemäß durch Schneidwerkzeuge und insbesondere Schneidrädchen gelöst, die sich durch unterschiedliche unabhängige Merkmale vom Stand der Technik unterscheiden. Diese verschiedenen Merkmale ergeben sich erstmals durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, können aber auch durch andere Herstellungsverfahren erreichbar sein.The above-indicated technical problem is solved according to the invention by cutting tools and in particular cutting wheels, which differ by different independent features from the prior art. These various features arise for the first time by the application of the method according to the invention, but can also be achieved by other manufacturing methods.
Des Weitern gilt für alle nachfolgend beschriebenen Merkmale des Schneidwerkzeugs, dass die Parameterwerte aus einer dreidimensionalen Messung des räumlichen Verlaufes eines Abschnittes der Schneidkante bestimmt werden. Der Messbereich weist dabei beispielsweise und die Erfindung nicht beschränkend eine Länge in Richtung der Schneidkante von ca. 500 μm und eine Breite quer zur Schneidkante zu beiden Seiten von ca. 250 μm, also insgesamt von ebenfalls ca. 500 μm auf. Beispielsweise kann dafür die Weißlicht-Interferometer eingesetzt werden, das mit einer Genauigkeit von etwa 1 μm den räumlichen Verlauf der Seitenflächen und der Schneidkante bestimmen kann. Wird dabei vorzugsweise die konfokale Mikroskopie eingesetzt, so beträgt die laterale Auflösung je nach Objektiv ca. 1 μm bzw. weniger als 1 μm, die Tiefenauflösung liegt dagegen unter 1 μm. Aus den Daten einer Messung können dann für beliebig vorgegebene Abschnitte der Seitenflächen und/oder der Schneidkante, insbesondere zeilen- oder flächenweise, der reale Verlauf und Mittelwerte gebildet werden, die dann in Relation miteinander gebracht und Merkmale des Schneidwerkzeugs abgeleitet werden.Furthermore, for all features of the cutting tool described below, the parameter values are determined from a three-dimensional measurement of the spatial profile of a section of the cutting edge. The measuring range has, for example, and the invention not limiting a length in the direction of the cutting edge of about 500 microns and a width across the cutting edge on both sides of about 250 microns, ie a total of about 500 microns. For example, for the white light interferometer can be used, which can determine the spatial shape of the side surfaces and the cutting edge with an accuracy of about 1 micron. If confocal microscopy is preferably used, the lateral resolution is approximately 1 μm or less than 1 μm, depending on the objective, while the depth resolution is less than 1 μm. From the data of a measurement can then for any given sections of the Side surfaces and / or the cutting edge, in particular line or surface, the real history and mean values are formed, which are then brought into relation and derived features of the cutting tool.
Die Erfindung betrifft zunächst ein Schneidwerkzeug, insbesondere Schneidrädchen zum Schneiden spröder Materialien, beispielsweise Keramik und/oder Glas, mit zwei unter einem vorgegebenen Winkel zueinander verlaufenden Seitenflächen und mit einer durch die Seitenflächen gebildeten Schneidkante, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Seitenflächen einen mittleren Schneidwinkel zueinander aufweisen, der durch den Winkel zweier Abschnitte, die zu beiden Seiten der Schneidkante von der Schneidkante bis zu einem ersten Abstand zur Schneidkante begrenzt sind, bestimmt ist, und dass der Winkel zwischen zwei Abschnitten der Seitenflächen, die in einem Bereich zwischen einem zweiten Abstand nahe der Schneidkante und einem gegenüber dem ersten Abstand geringeren dritten Abstand begrenzt sind, kleiner als der mittlere Schneidwinkel ist.The invention relates first to a cutting tool, in particular cutting wheel for cutting brittle materials, such as ceramic and / or glass, with two mutually at a predetermined angle to each other extending side surfaces and a cutting edge formed by the side surfaces, which is characterized in that the side surfaces a mean cutting angle to each other, which is determined by the angle of two sections delimited on either side of the cutting edge from the cutting edge to a first distance from the cutting edge, and that the angle between two portions of the side surfaces which is in a range between a second distance are limited near the cutting edge and a relation to the first distance smaller third distance, smaller than the average cutting angle.
Mit anderen Worten ausgedrückt, verlaufen die beiden Abschnitte der Seitenflächen in direkter Nachbarschaft zur Schneidkante steiler als der mittlere Schneidwinkel zueinander, der über einen breiteren Bereich bestimmt wird. Da es beim Eindringen der Schneidkante zunächst auf den vordersten Abschnitt der Schneidkante ankommt, ist es vorteilhaft, wenn dieser Bereich steiler also spitzer als der sich anschließende Teil der Seitenflächen zuläuft. Beispielsweise dringt bei der Glasbearbeitung mit einem Schneidrädchen die Schneidkante zwischen 10 μm und 30 μm, je nach Glasstärke zu beiden Seiten der Schneidkante in die Glasoberfläche ein. Der daraus resultierende Bereich, bei dem das Glas eine Schädigung erfährt, wird auch Ritzbreite genannt. Wenn nun insbesondere in dieser Breite die Seitenflächen unter einem spitzeren Winkel als der Rest der Seitenflächen aufeinander zulaufen, dann wirkt sich dieses positiv auf die Qualität des Schneidvorgangs und auf die Standzeit des Schneidwerkzeugs aus.In other words, the two portions of the side surfaces in the immediate vicinity of the cutting edge are steeper than the mean cutting angle to each other, which is determined over a wider range. Since it arrives at the foremost portion of the cutting edge when penetrating the cutting edge, it is advantageous if this area is steeper so sharper than the adjoining part of the side surfaces. For example, during glass processing with a cutting wheel, the cutting edge penetrates between 10 μm and 30 μm, depending on the glass thickness, on both sides of the cutting edge into the glass surface. The resulting area where the glass undergoes damage is also called scratch width. If, in particular in this width, the side surfaces converge at a more acute angle than the rest of the side surfaces, this has a positive effect on the quality of the cutting process and on the service life of the cutting tool.
Die Erfindung betrifft auch ein Schneidwerkzeug, insbesondere Schneidrädchen zum Schneiden spröder Materialien, beispielsweise Keramik und/oder Glas, mit zwei unter einem vorgegebenen Winkel zueinander verlaufenden Seitenflächen und mit einer durch die Seitenflächen gebildeten Schneidkante, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schneidkante eine Geradlinigkeitsabweichung von weniger als 2 μm, insbesondere von weniger als 1 μm aufweist.The invention also relates to a cutting tool, in particular cutting wheel for cutting brittle materials, such as ceramic and / or glass, with two side surfaces extending at a predetermined angle and with a cutting edge formed by the side surfaces, which is characterized in that the cutting edge of a straight line deviation less than 2 microns, in particular less than 1 micron.
Für die Bestimmung der Größe der Geradlinigkeitsabweichung wird der gemessene räumliche Verlauf der Schneidkante mit einem interpolierten linearen Verlauf der Schneidkante verglichen.For the determination of the magnitude of the straightness deviation, the measured spatial progression of the cutting edge is compared with an interpolated linear course of the cutting edge.
Dazu wird zunächst anhand des in jeder quer zur Schneidkante verlaufenden Zeile der aufgenommenen Messdaten der Abschnitt der höchsten Erhebung, also den größten Höhenwerten bestimmt und dessen Mittelpunkt als Position der Schneidkante in dieser Zeile festgelegt. Daraus ergibt sich aus den Messdaten über eine Länge von ca. 500 μm der reale Verlauf der Schneidkante. Aus diesen um eine ideale Schneidlinie schwankenden Werten wird zunächst ein interpolierter, also geglätteter linearer Verlauf bestimmt. Danach wird für jeden gemessenen Wert des Verlaufes der Schneidkante der Abstand zum interpolierten linearen Verlauf berechnet und die Standardabweichung des realen Verlaufes vom interpolierten Verlauf stellt dann den Wert der Geradlinigkeitsabweichung dar.For this purpose, the section of the highest elevation, ie the largest elevation values, is first determined on the basis of the line of the recorded measurement data running transversely to the cutting edge, and its center is defined as the position of the cutting edge in this line. This results in the actual course of the cutting edge over a length of approx. 500 μm from the measured data. From these values, which fluctuate around an ideal cutting line, an interpolated, ie smoothed, linear course is first determined. Thereafter, for each measured value of the course of the cutting edge, the distance to the interpolated linear curve is calculated, and the standard deviation of the real curve from the interpolated curve then represents the value of the straight line deviation.
Die angegebenen erfindungsgemäßen Werte von kleiner 2 μm und insbesondere kleiner 1 μm für die Geradlinigkeitsabweichung weisen den Vorteil auf, dass die Schnittlinie eines solchen Werkzeugs so gerade verläuft, dass sich die beim Schneiden in das Material des zu schneidenden Werkstücks eingebrachte Störung entlang von im Material enthaltenen Strukturen ausbreiten kann. Somit kann das Schneiden, also das Auftrennen des Materials einfacher und mit geringerer Kraft ausgeführt werden. Die Präzision des Schneidens wird dadurch ebenfalls verbessert.The specified values according to the invention of less than 2 μm and in particular less than 1 μm for the straightness deviation have the advantage that the cutting line of such a tool runs so straight that the disturbance introduced during cutting into the material of the workpiece to be cut extends along that contained in the material Structures can spread. Thus, the cutting, so the separation of the material can be performed easier and with less force. The precision of the cutting is thereby also improved.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Schneidwerkzeug, insbesondere Schneidrädchen zum Schneiden spröder Materialien, beispielsweise Keramik und/oder Glas, mit zwei unter einem vorgegebenen Winkel zueinander verlaufenden Seitenflächen und mit einer durch die Seitenflächen gebildeten Schneidkante, dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schneidkante eine Schneidkantenwelligkeit von weniger als 0,5 μm, insbesondere von weniger als 0,3 μm aufweist.The invention further relates to a cutting tool, in particular cutting wheel for cutting brittle materials, such as ceramic and / or glass, with two mutually at a predetermined angle to each other extending side surfaces and with a formed by the side surfaces cutting edge, characterized in that the cutting edge of a Schneidkantenwelligkeit of less than 0.5 microns, in particular less than 0.3 microns.
Für die Bestimmung des Wertes der Schneidkantenwelligkeit wird der gemessene räumliche Verlauf der Schneidkante mit einem an einen interpolierten Verlauf der Schneidkante angenäherten Kreisbogen verglichen.For the determination of the value of the cutting edge waviness, the measured spatial progression of the cutting edge is compared with a circular arc approximated to an interpolated course of the cutting edge.
Dazu wird zunächst anhand des in jeder quer zur Schneidkante verlaufenden Zeile der aufgenommenen Messdaten der Abschnitt der höchsten Erhebung, also den größten Höhenwerten bestimmt. Daraus ergibt sich beispielsweise über eine Länge von ca. 500 μm der reale Verlauf der Schneidkante als Folge von Höhenwerten. Aus diesen um eine ideale kreisbogenförmige Schneidlinie radial schwankenden Höhenwerten wird zunächst der Verlauf der Schneidkante mit geringstem Fehler durch einen Kreisausschnitt angenähert. An den interpolierten Verlauf wird – im Falle eines runden Schneidwerkzeugs wie ein Schneidrädchen – ein Kreisbogen angenähert, der den idealen radialen Verlauf der Schneidkante darstellt. Bei gerade verlaufenden Schneidkanten wird dagegen eine Gerade an den interpolierten Verlauf angenährt. Danach wird für jeden gemessenen Höhenwert des radialen Verlaufes der Schneidkante der Abstand zum angenäherten idealen Verlauf berechnet und die Standardabweichung des realen Verlaufes vom angenäherten Verlauf stellt dann den Wert der Schneidkantenwelligkeit dar.For this purpose, the section of the highest elevation, ie the largest elevation values, is first determined on the basis of the line of the recorded measurement data running in each transverse to the cutting edge. This results, for example over a length of about 500 microns, the real history of the cutting edge as a result of height values. From these height values, which fluctuate radially around an ideal circular-arc-shaped cutting line, the course of the cutting edge is first approximated with the least error by a circular cutout. To the In the case of a round cutting tool such as a cutting wheel, the interpolated course approximates a circular arc which represents the ideal radial course of the cutting edge. In straight cutting edges, however, a straight line is approximated to the interpolated course. Thereafter, for each measured height value of the radial path of the cutting edge, the distance to the approximated ideal path is calculated, and the standard deviation of the real path from the approximate path then represents the value of the cutting edge waviness.
Die angegebenen Werte der Schneidkantenwelligkeit von weniger als 0,5 μm, insbesondere von weniger als 0,3 μm weisen den Vorteil auf, dass die Schneidkante so wenig von einer idealen Schneidkante in Richtung quer zur Schneirichtung abweicht, dass während des Schneidvorgangs die Schneidkante gleichmäßig in das zu schneidende Werkstück eindringen kann. Für ein Schneidrädchen bedeutet dieses, dass die Schneidkante nur sehr gering von einem idealen Kreisbogen abweicht.The stated values of the cutting edge waviness of less than 0.5 μm, in particular of less than 0.3 μm, have the advantage that the cutting edge deviates so little from an ideal cutting edge in the direction transverse to the snow direction that the cutting edge rests uniformly during the cutting process can penetrate the workpiece to be cut. For a cutting wheel this means that the cutting edge deviates very little from an ideal arc.
Die Erfindung betrifft ebenso ein Schneidwerkzeug, insbesondere Schneidrädchen zum Schneiden spröder Materialien, beispielsweise Keramik und/oder Glas, mit zwei unter einem vorgegebenen Winkel zueinander verlaufenden Seitenflächen und mit einer durch die Seitenflächen gebildeten Schneidkante, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schneidkante eine negative Schneidkantenabstumpfung aufweist.The invention also relates to a cutting tool, in particular cutting wheel for cutting brittle materials, such as ceramic and / or glass, with two side surfaces extending at a given angle to each other and with a cutting edge formed by the side surfaces, which is characterized in that the cutting edge is a negative Schneidkantenabuntpfung having.
Die Schneidkantenabstumpfung stellt ein Maß dafür dar, wie weit der Mittelwert der aus den Messdaten in radialer Richtung ermittelten Maximalwerte der realen Schneidkante im Mittel vom radialen Verlauf der mittleren Schneidkante abweicht. Der Verlauf der mittleren Schneidkante ergibt sich aus der Schnittlinie der beiden gemittelten räumlichen Verläufe der Seitenflächen, die die Schneidkante bilden. Der Wert der Schneidkantenabstumpfung ist positiv, wenn die reale Schneidkante unterhalb der mittleren Schneidkante verläuft, also abgestumpft ist. Der Wert ist negativ, wenn die reale Schneidkante oberhalb der mittleren Schneidkante verläuft, also weiter vorragt. Es ist offensichtlich, dass eine negative Schneidkantenabstumpfung zu einem besseren Schneidergebnis führt, da die Schneidkante den ersten Kontakt mit der Oberfläche des zu schneidenden Werkstücks unter einem spitzeren Winkel bewirkt.The cutting edge blunting represents a measure of how far the mean value of the maximum values of the real cutting edge determined from the measurement data in the radial direction deviates on average from the radial profile of the middle cutting edge. The profile of the middle cutting edge results from the intersection of the two averaged spatial courses of the side surfaces which form the cutting edge. The value of the cutting edge blunting is positive when the real cutting edge is below the middle cutting edge, that is blunted. The value is negative if the real cutting edge runs above the middle cutting edge, that is, protrudes further. It is obvious that a negative cutting edge blunting results in a better cutting result because the cutting edge causes the first contact with the surface of the workpiece to be cut at a more acute angle.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Schneidwerkzeug, insbesondere Schneidrädchen zum Schneiden spröder Materialien, beispielsweise Keramik und/oder Glas, mit zwei unter einem vorgegebenen Winkel zueinander verlaufenden Seitenflächen und mit einer durch die Seitenflächen gebildeten Schneidkante, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schneidkante einen Startabstand der Schneidkantenverrundung von weniger als 4 μm, insbesondere von weniger als 2 μm aufweist.The invention further relates to a cutting tool, in particular cutting wheel for cutting brittle materials, such as ceramic and / or glass, with two side surfaces extending at a predetermined angle to each other and having a cutting edge formed by the side surfaces, which is characterized in that the cutting edge a starting distance the cutting edge rounding of less than 4 microns, in particular less than 2 microns.
Der Startabstand der Schneidkantenverrundung wird dadurch bestimmt, dass beim realen über den Messbereich gemittelten Verlauf von der Schneidkante ausgegangen und in Abhängigkeit vom Abstand zu dieser links und rechts die lokale Steigung ermittelt wird. Aus dem so definierten Steigungsverlauf wird in Abhängigkeit vom Abstand zur Schneidkante der lokale Winkelverlauf ermittelt. Hieraus wird ausgehend von der Schneidkante der Abstand ermittelt, bei dem der Winkel erstmalig nur um 1 Grad oberhalb des über die gesamten Seitenflanken ermittelten Wertes liegt. Dieser Abstandswert ist der Startabstand der Schneidkantenverrundung. Mit anderen Worten beginnt im Startabstand seitlich von der Schneidkante die Verrundung der Schneidkante. Die Position des Startabstandes kann auch optional auf beiden Seitenflächen bestimmt werden und der Mittelwert dann als Startabstand verwendet werden.The starting distance of the cutting edge rounding is determined by starting from the cutting edge in the case of the real average over the measuring range and, depending on the distance to this left and right, determining the local slope. From the pitch curve defined in this way, the local angle profile is determined as a function of the distance to the cutting edge. From this, starting from the cutting edge, the distance is determined at which the angle is for the first time only 1 degree above the value determined over the entire side edges. This distance value is the starting distance of the cutting edge rounding. In other words, starting at the starting distance from the cutting edge, the rounding of the cutting edge begins. The position of the starting distance can also be optionally determined on both side surfaces and then the mean value can be used as starting distance.
Je kleiner der Wert des Startabstands der Schneidkantenverrundung ist, desto spitzer ist die Schneidkante ausgebildet. Bei jeder Schneidkante gibt es einen Übergang zwischen den beiden Seitenflächen, wobei an einer Stelle der Schneidwinkel 180° beträgt. Da dieser Winkel von 180° messtechnisch nicht erfasst werden kann, wird der Startabstand als Maß definiert, um das Maß der Verrundung der Schneidkante zu charakterisieren. Je schmaler allerdings der Übergangsbereich ausgebildet ist, desto schärfer ist die Schneidkante.The smaller the value of the start distance of the cutting edge rounding, the sharper the cutting edge is formed. At each cutting edge, there is a transition between the two side surfaces, where at one point the cutting angle is 180 °. Since this angle of 180 ° can not be detected metrologically, the starting distance is defined as a measure to characterize the extent of the rounding of the cutting edge. However, the narrower the transition region is formed, the sharper the cutting edge.
Das beschriebene erfindungsgemäße Schneidwerkzeug, insbesondere das Schneidrädchen weist einen Startabstand von kleiner 4 μm und insbesondere kleiner 2 μm auf. Somit stellt der Bereich der Verrundung der Schneidkante nur noch einen geringen Anteil an der oben erwähnten Ritzbreite dar. Der vorteilhafte Effekt wird demnach bei Werten von kleiner 2 μm noch weiter verbessert. Dabei hängen die zu erreichenden Werte des Startabstands auch von der Materialstruktur des Werkstoffes des Schneidwerkzeugs ab.The described cutting tool according to the invention, in particular the cutting wheel, has a starting distance of less than 4 μm and in particular less than 2 μm. Thus, the area of the rounding of the cutting edge represents only a small proportion of the above-mentioned scribe width. The advantageous effect is thus further improved at values of less than 2 μm. The values of the starting distance to be achieved also depend on the material structure of the material of the cutting tool.
Die zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung sind für eine durchgängige Schneidkante beschrieben worden. Dagegen ist es auch möglich, dass die Schneidkante mit einer Abfolge von Zähnen und Zahnzwischenräumen versehen ist und dass die zuvor erläuterten Eigenschafen der Schneidkante zumindest für die Zähne gelten.The previously described embodiments of the invention have been described for a continuous cutting edge. On the other hand, it is also possible that the cutting edge is provided with a sequence of teeth and interdental spaces and that the properties of the cutting edge explained above apply at least to the teeth.
Generell gilt für Schneiden, insbesondere für Schneidrädchen, dass bei flachen, also stumpfen Schneidwinkeln die Welligkeit geringer als bei spitzen Schneidwinkeln ausfällt. Dagegen ist bei stumpfen Schneidwinkeln die Geradlinigkeitsabweichung größer. Umgekehrt dazu sind bei spitzen Schneidwinkeln die Welligkeit größer und die Geradlinigkeitsabweichung geringer.Generally applies to cutting, especially for cutting wheel, that at shallow, ie blunt cutting angles, the ripple less than at acute cutting angles fails. In contrast, the straightness deviation is greater at blunt cutting angles. Conversely, these are at sharp ends Cutting angles make the waviness greater and the straightness deviation lower.
Das erfindungsgemäße Verfahren wirkt sich daher vorteilhaft auf die Ausgestaltung von Schneidrädchen zum Ritzen von Dünngläsern aus, wie sie in der Displayfertigung benötigt werden. Denn bei dieser Anwendung werden Schneidrädchen mit spitzen Schneidwinkeln (bspw. 105–125° Schneidwinkel) bei geringer Eindringtiefe in das zu ritzende Dünnglas eingesetzt. Das erfindungsgemäße Verfahren führt daher zur Verbesserung dieser Schneidrädchen gegenüber dem Stand der Technik, indem gerade die Welligkeit bei diesen Schneidrädchen verringert wird, wobei gleichzeitig auch die Geradlinigkeit verbessert wird.The inventive method therefore has an advantageous effect on the design of cutting wheels for scribing thin glass, as they are needed in the display production. Because in this application, cutting wheels with pointed cutting angles (eg 105-125 ° cutting angle) are used at low penetration depth into the thin glass to be doctored. The inventive method therefore leads to the improvement of these cutting wheels over the prior art, just by the ripple is reduced in these cutting wheels, at the same time the straightness is improved.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigenThe invention will be explained with reference to embodiments, reference being made to the drawing. In the drawing show
Die Schneidkante
Durch das Zusammenlaufen der Seitenflächen
Die in
Von schräg unten rechts kommend ist der Verlauf eines Laserstrahls dargestellt. Die mittlere strichpunktierte Linie
Die Achse des Laserstrahls ist gegenüber der rechten Seitenfläche
In der in
Das Oval ist umso mehr gestreckt, desto flacher der Winkel des Achse des Laserstrahls zur Oberfläche eingestellt ist. Dadurch verteilt sich die im Fokus des Laserstrahls konzentrierte Lichtleistung auf eine größere Oberfläche. Daher darf der Laserstrahl nicht unter einem zu flachen Winkel auf die Oberfläche auftreffen, da ansonsten nicht mehr genügend Lichtenergiedichte auf die Oberfläche aufgebracht wird, um Material abtragen zu können.The oval is all the more stretched, the shallower the angle of the axis of the laser beam is set to the surface. As a result, the light power concentrated in the focus of the laser beam is distributed over a larger surface area. Therefore, the laser beam must not impinge on the surface at too low an angle, since otherwise not enough light energy density is applied to the surface in order to be able to remove material.
Wenn der Fokus des Laserstrahls wie in
Der Einstrahlwinkel darf aber für das erfindungsgemäße Verfahren nicht zu steil sein. Denn der gewünschte Effekt des Verfahrens besteht darin, dass hervorstehende Spitzen auf den Seitenflächen eine größere Angriffsfläche für die Laserstrahlung als zurückstehende Bereiche und insbesondere Abrundungen an der Schneidkante bieten. Hierdurch tritt der Effekt der Glättung von Unebenheiten auf den Seitenflächen und der Schärfung der Schneide auf. Wird der Winkel zu groß gewählt, fällt das Laserlicht zu steil auf die Seitenfläche und der Glättungs- und Schärfungseffekt wird verringert.However, the angle of incidence must not be too steep for the method according to the invention. Because the desired effect of the method is that projecting tips on the side surfaces provide a larger attack surface for the laser radiation as receding areas and in particular rounding at the cutting edge. As a result, the effect of smoothing unevenness on the side surfaces and sharpening the cutting edge occurs. If the angle is set too large, the laser light falls too steeply on the side surface and the smoothing and sharpening effect is reduced.
Durch Variation des Winkels, des Abstandes des Fokus zur Schneidkante und des Abstandes des Fokus relativ zur Oberfläche der Seitenfläche kann das erfindungsgemäße Verfahren variiert werden. Insbesondere können Bereiche der Seitenfläche
Im in
Wie
Ein weiterer Unterschied zu den
Der zu verwendende Laser muss jeweils an die Anwendung angepasst werden. Daher ist die nachfolgende Beschreibung von Laserparametern rein exemplarisch. Die Leistung des für die Bearbeitung des in den
Durch die hohe Pulsfrequenz dieses Lasers kann das Schneidrädchens während der Bearbeitung mit einer vergleichsweise hohen Drehzahl rotieren. Beträgt der Schneidraddurchmesser beispielsweise 2 mm und die Drehzahl 20 U/sec. bzw. 1200 U/min, so ist der daraus resultierende örtlich Pulsabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen etwa 0,25 μm, was weit unterhalb eines Strahldurchmessers liegt. Die einzelnen Pulse sind somit auf der mit dem Laser bearbeiteten Schneidradoberfläche, also der Seitenfläche nicht bzw. nur in sehr geringem Maße zu erkennen sein.Due to the high pulse frequency of this laser, the cutting wheel can rotate during processing at a comparatively high speed. If the cutting wheel diameter, for example, 2 mm and the speed 20 U / sec. or 1200 rpm, the resulting local pulse spacing between two successive pulses is about 0.25 μm, which is far below a beam diameter. The individual pulses can thus not be recognized on the laser-machined cutting wheel surface, that is to say the side surface, or only to a very limited extent.
Im Folgenden werden verschiedene charakteristische Merkmale des mit dem zuvor beschriebenen Verfahren geglätteten und geschärften Schneidrädchens beschrieben.In the following, various characteristics of the cutting blade smoothed and sharpened by the method described above will be described.
Die
Aus dieser Beschreibung werden die Unterschiede und die damit verbundenen Vorteile deutlich. Es gibt also verschiedene Parameter zur Charakterisierung der Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit der Schneidkante und der angrenzenden Abschnitte der Seitenflächen, die einzeln oder auch in beliebigen Kombinationen miteinander verknüpft angewendet werden können.From this description the differences and the associated advantages become clear. There are therefore various parameters for characterizing the geometry and surface condition of the cutting edge and the adjacent sections of the side surfaces, which can be used individually or else linked together in any combination.
Die Graustufen in
Sowohl aus den gemessenen dreidimensionalen Daten als auch aus daraus abgeleiteten zweidimensionalen Ansichten, wie sie beispielsweise in
Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Schneidkante innerhalb des in die Auswertung eingehenden Eingangsbildes von oben nach unten verläuft. Bei der Aufnahme der dreidimensionalen Struktur wird daher das Schneidrädchen daher möglichst mittig angeordnet.In the following, it is assumed that the cutting edge runs from top to bottom within the input image that is being evaluated. When recording the three-dimensional structure, therefore, the cutting wheel is therefore arranged as centrally as possible.
Zu Beginn der Auswertung wird im Eingangsbild zunächst die horizontale Lage der Schneidkante bzw. die vertikale Lage der Schneidrädchenachse gesucht und hierum symmetrisch der Auswertebereich festgelegt.At the beginning of the evaluation, the horizontal position of the cutting edge or the vertical position of the cutting wheel axis is first of all searched for in the input image and, therefore, the evaluation range is determined symmetrically.
Des Weiteren kann aus den Messdaten die Geometrie des Schneidrädchens näher bestimmt werden. Bei der Analyse des Auswertebereichs wird dazu die Geometrie des Schneidrädchens zunächst durch ein ideal rundes und an den gegenüberliegenden Schneidflanken ebenes, glattes Schneidrädchen angenähert.Furthermore, the geometry of the cutting wheel can be determined in more detail from the measured data. In the analysis of the evaluation range, the geometry of the cutting wheel is first approximated by an ideally round, and on the opposite cutting edges flat, smooth cutting wheel.
Aus der Annäherung an ein ideal rundes und unstrukturiertes, also keine Zahnstruktur aufweisendes Schneidrädchen können zunächst der Schneidwinkel und der Durchmesser des Schneidrädchens bestimmt werden.From the approach to an ideally round and unstructured, so no tooth structure exhibiting cutting wheel, first of all the cutting angle and the diameter of the cutting wheel can be determined.
Weiterhin sind in
Bei der Analyse des Auswertebereichs kann als ein wichtiger Parameter die Geradlinigkeitsabweichung der Schneidkante ermittelt werden. Die Schneidkante wird zunächst durch die horizontale Lage der höchsten Punkte jeder Zeile im Auswertebereich definiert. Da die Schneidkante je nach Ausrichtung des Eingangsbildes teilweise diagonal durch den Auswertebereich verläuft, ermittelt sich die Geradlinigkeitsabweichung als Abweichung von einer interpolierten linearen Schneidkante.When analyzing the evaluation range, the straightness deviation of the cutting edge can be determined as an important parameter. The cutting edge is first defined by the horizontal position of the highest points of each line in the evaluation area. Since the cutting edge runs partly diagonally through the evaluation area, depending on the orientation of the input image, the straight-line deviation is determined as a deviation from an interpolated linear cutting edge.
In
In
Die unterhalb der Messwerte mit einem Abstand verlaufende wellige Kurve
Die
Die
In den
In
Es werden vorzugsweise zwei verschiedene Mittelungsmethoden angewendet.Two different averaging methods are preferably used.
Bei einer ersten Alternative wird die zeilenweise gemittelte Schneidenform durch die Werte des gemessenen Profils in Bezug auf den Maximalwert in jeder Zeile, d. h. bezogen auf eine nicht begradigte Schneidkante ermittelt.In a first alternative, the line-average averaged shape of the cutting edge is represented by the values of the measured profile with respect to the maximum value in each line, i. H. determined based on a non-straightened cutting edge.
Bei einer zweiten Alternative wird die zeilenweise gemittelte Schneidenform in Bezug auf den an eine interpolierte Schneidkantenform angenäherten Kreisbogen ermittelt. Die angenäherte Kreisbogenform wurde oben in Bezug auf die
Wie aus
Dagegen zeigt
Die Differenz zwischen den beiden Kurven
Die
Die Skalierung ist in beiden Diagrammen gleich gewählt worden, so dass die Verläufe der einzelnen Kurven direkt miteinander verglichen werden können.The scaling has been chosen the same in both diagrams, so that the curves of the individual curves can be directly compared with each other.
Die in den
Die in den
Die Kurvenform der Linien
In
Die Breite der Kurve
Dagegen verläuft die Kurve
In den
Ein Vergleich zwischen den Amplituden der beiden Kurven
Aus dem Verlauf der Kurve
Aus
Aus der
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- WO 2009/036743 [0006] WO 2009/036743 [0006]
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