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Conventional machining is the most used manufacturing

technique in producing structures and forms with high

accuracy. The milling, turning and drilling tools used

must fulfi ll exacting demands to achieve this precision.

The form of the cutting edges is one important feature

with a large infl uence on the machining process |1|.

The cutting edges are located on the tip between the

tool’s rake and clearance surface (Fig. 2). Their radius is

typically between 3 and 50 μm. In addition to the radius,

the edge symmetry, the fl attening and the chipping

have a large infl uence on the machining process.

Für die Herstellung hochgenauer geometrischer Strukturen und

Formen ist die zerspanende Bearbeitung das meist genutzte

Fertigungsverfahren. Um hohe Genauigkeiten zu erreichen,

müssen die eingesetzten Fräs-, Dreh- und Bohrwerkzeuge

hohe Ansprüche erfüllen. Ein wichtiges Qualitätsmerkmal

der Schneidwerkzeuge ist die Form der Schneidkante |1|.

Die Schneidkanten, gebildet aus dem Keil zwischen Span-

und Freifl äche, sind typischerweise mit Radien zwischen

3 bis 50 μm verrundet (Abb. 2). Neben dem Verrundungsradius

haben die Kantensymmetrie, die Abfl achung und die Schartig-

keit großen Einfl uss auf den zerspanenden Fertigungsprozess.

Für diese Messaufgabe wurde vom IOF ein streifenprojek-

tionsbasierter 3D-Sensor entwickelt, mit dem die Topografi e

der Schneidkante erfasst werden kann (Abb. 1). Diese

Entwicklung erfolgte im Rahmen des Applikationszentrums

mikrooptische Systeme (amos). Aus der Topographie

können Schneidkantengeometrien abgeleitet werden. Die

Topographie der Schneidkante wird in einem Volumen von

700 x 500 x 50 μm³ mit einer lateralen Aufl ösung von 1,2 μm

erfasst, wodurch die Bestimmung von Verrundungsradien bis

3 μm mit einer Wiederholpräzision des Radius von ≤ 1 μm

ermöglicht wird. Die erfasste Oberfl ächentopographie wird

durch einen neu entwickelten Algorithmus verarbeitet,

3D-SCHNEIDKANTENVERMESSUNG VON PRÄZISIONSSCHNEIDWERKZEUGEN

3D MEASUREMENT OF CUTTING EDGES ON PRECISION CUTTING TOOLS

S α

Sγ

d

R

clearance surface rake surface

cover chamfer

α

γ

S

Sk =

21

1 Schneidkantensensor mit einer Wendeschneidplatte. |

3D-Cutting edge sensor with indexable insert.

2 Kenngrößen an der Schneidkantenverrundung (R – Verrundungs-

radius, S & S – Schneidenabschnitte, k – Symmetrie-Faktor,

d – Abfl achung). | Characteristic parameters of a rounded cutting

edge (R – edge rounding radius, S & S – edge sections, k – symmetry-

factor, d – fl attened area).

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ENERGIE UND UMWELT

ENERGY AND ENVIRONMENT

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A fringe projection based 3D sensor was developed for this

measurement task by IOF with which the topography of the

cutting edge can be recorded (Fig.1). This development was

done within the scope of the “Application Centre Microoptical

Systems (amos)”. The geometry of the cutting edge can be

derived from this topography. The fringe projection sensor-

head allows measuring the cutting edge topography in a

volume of 700 x 500 x 50 μm³. The lateral resolution of 1.2 μm

enables the determination of edge rounding radii down to

3 μm with repeatability of the radius ≤ 1 μm. The recorded

surface topography of the cutting edge is processed with a

newly developed algorithm to determine the characteristic

parameters. The three-dimensional data of the edge is reduced

to a 2D cross-section through mathe matical methods. In this

way the infl uence of surface roughness and sensor noise on the

evaluation is reduced. The radius, the symmetry, the fl attening

and the chipping of the cutting edge are calculated from the

determined cross-section (Fig. 3).

um die charakteristischen Kenngrößen der Schneidkante

zu ermitteln. Die dreidimensionale Form der Kante wird

durch mathematische Verfahren reduziert, wodurch der

Einfl uss von Oberfl ächenrauheit und Sensorrauschen auf

die Auswertung vermindert wird. Aus dem ermittelten

Querschnitt werden der Radius, die Symmetrie, die

Abfl achung und die Schartigkeit berechnet (Abb. 3).

Literatur/References

|1| Denkena, B. (Hrsg): Lasertechnologie für die Generierung

und Messung der Mikrogeometrie an Zerspanwerkzeugen.

Garbsen: PZH Produktionstechnisches Zentrum GmbH,

2005.

AUTHORSPeter Kühmstedt

Roland Ramm

Matthias Heinze

Ingo Schmidt

Gunther Notni

CONTACTDr. Peter Kühmstedt

Phone +49 3641 807-230

peter.kuehmstedt@iof.fraunhofer.de

3 Protokoll der Schneidkanten-Auswertung. |

Report of the cutting edge evaluation.