DE102004057462B4 - Method for the evaluation of measured data - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Auswertung von Messdaten zylindrischer Bauteile, bei welchen die Abweichung der gemessenen Kontur von der Kreisform ermittelt wird, wobei die Messdaten mittels einer Messvorrichtung aufgenommen werden, die folgenden Aufbau aufweist: – mindestens drei, innerhalb des Zylinders äquidistant zueinander angeordnete Sensoren, – die Sensoren sind relativ zueinander fest auf einem Sensorträger angeordnet, – die Sensoren messen den Abstand gegen die Innenwand der zylindrischen Bauteile, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Sensoren (4) wenigstens zwei Abstandsmessungen (m1i, m2i) in der gleichen Ebene des zylindrischen Bauteils erfolgen, wobei der Sensorträger (3) mit den darauf angeordneten Sensoren (4) zwischen den Abstandsmessungen (m1i, m2i) um einen Winkel Alpha um die Längsachse des zylindrischen Bauteils verdreht wird, wobei der Winkel Alpha ein ganzzahliges Vielfaches des Quotienten 360° durch die Anzahl (k) der Sensoren (4) beträgt.Method for evaluating measured data of cylindrical components, in which the deviation of the measured contour from the circular shape is determined, the measured data being recorded by means of a measuring device having the following construction: - at least three sensors arranged equidistantly within the cylinder, - the sensors are arranged relative to one another firmly on a sensor carrier, - the sensors measure the distance against the inner wall of the cylindrical components, characterized in that by means of the sensors (4) at least two distance measurements (m1i, m2i) take place in the same plane of the cylindrical component, the sensor carrier (3) with the sensors (4) arranged thereon is rotated between the distance measurements (m1i, m2i) by an angle alpha about the longitudinal axis of the cylindrical component, the angle alpha being an integer multiple of the quotient 360 ° by the number (k ) of the sensors (4) is.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswerten von Messdaten nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for evaluating measured data according to the preamble of patent claim 1.

Die Vermessung zylindrischer Teile ist insbesondere für die Konstruktion und Fertigung von Verbrennungsmotoren von Bedeutung. Im klassischen Hubkolbenmotor wird der Arbeitsraum des Motors von einem Zylinderrohr gebildet, der durch Zylinderkopf und Kolben begrenzt wird. Der innerhalb des Zylinders angeordnete Kolben ist dabei mittels Kolbenringen gegen die Zylinderwand abgedichtet. Der Kolbenring füllt den Spalt zwischen Zylinder und Kolben, wobei dessen Füllvermögen im Betrieb des Motors einen wesentlichen Einfluss auf das Betriebsverhalten des Motors hat. Die Durchblasverluste, der Ölverbrauch und die Reibungsverluste hängen maßgeblich von den Dichtflächen der Kolbenringe zum Zylinder ab. Im Betrieb des Motors treten bei der Bewegung des Kolbens zusätzlich zur Hubbewegung sogenannte Kolbensekundärbewegungen auf, bei welchen sich der Kolben horizontal innerhalb des Zylinders außermittig verlagert oder innerhalb der Zylinderlaufbahn kippt. Weiterhin sind die Zylinderlaufbuchsen aufgrund der Fertigungstoleranzen und der im Betrieb auftretenden thermischen Verformungen nicht ideal kreiszylindrisch. Es treten Abweichungen von der Kreisform auf, welche als Zylinderverzug bezeichnet werden. Verzugsarme Zylinderrohre sind hinsichtlich des Dichtverhaltens, der Reibungswerte und des Verschleißes vorteilhaft. Für eine gute Abdichtung zwischen Kolben und Zylinderwand wird eine Zylinderkontur angestrebt, die durch das Formfüllungsvermögen der Kolbenringe möglichst gut ausgeglichen werden kann. Hinsichtlich dieses Formfüllungsvermögens und der geometrischer Randbedingungen im Motor sind besonders Kreisformabweichungen der 2., 3. und 4. Ordnung relevant.The measurement of cylindrical parts is particularly important for the design and manufacture of internal combustion engines. In the classic reciprocating engine, the working space of the engine is formed by a cylinder tube, which is delimited by the cylinder head and piston. The arranged inside the cylinder piston is sealed by means of piston rings against the cylinder wall. The piston ring fills the gap between the cylinder and the piston, and its filling capacity during operation of the engine has a significant influence on the operating behavior of the engine. The blow-through losses, the oil consumption and the friction losses depend significantly on the sealing surfaces of the piston rings to the cylinder. During operation of the engine, in addition to the lifting movement, so-called secondary piston movements occur during the movement of the piston, in which case the piston displaces horizontally within the cylinder eccentrically or tilts within the cylinder bore. Furthermore, the cylinder liners are not ideal circular cylindrical due to the manufacturing tolerances and the thermal deformations occurring during operation. There are deviations from the circular shape, which are referred to as cylinder distortion. Low-distortion cylinder tubes are advantageous in terms of sealing behavior, friction values and wear. For a good seal between the piston and cylinder wall, a cylinder contour is sought, which can be compensated as well as possible by the shape filling capacity of the piston rings. With regard to this shape-filling capacity and the geometric boundary conditions in the engine, circularity deviations of the 2nd, 3rd and 4th order are particularly relevant.

Für die Konstruktion und Fertigung von verzugsarmen Zylinderrohren ist es daher notwendig, den Zylinderverzug vorzugsweise im Betrieb des Verbrennungsmotors zu ermitteln.For the construction and production of low-distortion cylinder tubes, it is therefore necessary to determine the cylinder distortion preferably during operation of the internal combustion engine.

Im Stand der Technik sind dafür verschiedene Vorrichtungen und Messverfahren vorbekannt. Eine Zusammenfassung der vorbekannten Vorrichtungen und Verfahren findet sich in der Reihe Fortschritt-Berichte VDI Reihe 12, Nr. 469 von Olaf Josef. Insbesondere die inneren Messverfahren (beginnend ab S. 26 des genannten Berichtes), bei welchen Sensoren in den Kolben eingebracht werden und im Betrieb des Motors den Abstand zwischen Kolben und Lauffläche messen, sind hierbei zur Messung des Verzuges im dynamischen Motorbetrieb geeignet. Es sind verschiedene Arten von Sensoren, wie Taststifte, optische Sensoren und Hall-Sensoren beschrieben. In vorteilhafter Weise werden umfangsverteilt mehrere Sensoren angeordnet. Die aufgenommenen Abstandswerte können damit in einem nachfolgenden Auswerteverfahren in Abstandsänderungen aufgrund der Kolbensekundärbewegung und Abstandsänderungen aufgrund des Zylinderverzuges unterschieden werden. Problematisch ist bei allen Messverfahren, dass zur Messung des Zylinderverzuges eine sehr hohe Genauigkeit der Messvorrichtung und des Auswerteverfahrens gegeben sein muss, da der Zylinderverzug im Bereich weniger μm (typischer Messbereich < 50 μm) erfasst werden muss. Hierbei beeinflusst unter anderem die exemplarspezifische Streuung der Sensoren und die aufgrund der Verformung des Sensorträgers (Kolben oder Kolbenring oder gesondertes Trägerelement) hervorgerufenen Abweichungen die Messung.In the prior art, various devices and measuring methods for this purpose are previously known. A summary of the prior art devices and methods can be found in the series Progress Reports VDI Series 12, No. 469 by Olaf Josef. In particular, the internal measuring method (starting from page 26 of said report), in which sensors are introduced into the piston and measure the distance between the piston and the running surface during operation of the engine are suitable for measuring the distortion in dynamic engine operation. Various types of sensors are described, such as styli, optical sensors, and Hall sensors. Advantageously, a plurality of sensors are arranged circumferentially distributed. The recorded distance values can thus be distinguished in a subsequent evaluation method in distance changes due to the secondary piston movement and changes in distance due to the cylinder distortion. The problem with all measuring methods is that for measuring the cylinder distortion a very high accuracy of the measuring device and the evaluation must be given, since the cylinder distortion in the range of a few microns (typical measuring range <50 microns) must be detected. Among other things, the specimen-specific scattering of the sensors and the deviations caused by the deformation of the sensor carrier (piston or piston ring or separate carrier element) influence the measurement.

Wird für die Messung nur ein Sensorelement genutzt (o. g. Fortschritt-Bericht S. 29), so ist die exemplarspezifische Streuung zwischen Sensoren nicht gegeben, es muss jedoch für die nacheinander erfolgenden, verschiedenen Messungen davon ausgegangen werden, dass die überlagerte Kolbensekundärbewegung in gleichen Betriebszuständen des Motors über den Verlauf der Messung gleich bleibt. Die Vorrichtung kann dabei durch das drehende Kolbenoberteil mit einem Sensor einen Großteil der Zylinderoberfläche abtasten, wobei jedoch die Messungen nacheinander durchgeführt werden müssen. Die Vorrichtung weist durch das drehende Kolbenoberteil einen hohen baulichen Aufwand auf.If only one sensor element is used for the measurement (see Progress Report p. 29), then the specimen-specific scattering between sensors is not given, but it must be assumed for the successive, different measurements that the superimposed second piston movement in the same operating states of the Motor remains the same over the course of the measurement. The device can scan through the rotating piston upper part with a sensor a large part of the cylinder surface, but the measurements must be performed sequentially. The device has by the rotating piston upper part on a high construction costs.

Die Verwendung mehrerer umfangsverteilter Sensoren vereinfacht das Verfahren der Synthese von Zylinderverzug und Kolbensekundärbewegung aus den Abstandsmessungen. Es sind hierzu verschiedene Auswerteverfahren im Stand der Technik bekannt. Es wird beispielsweise die Annahme einer kreisrunden Referenzkontur beschrieben. Diese liegt in vorteilhafter Weise innerhalb der Zylinderkontur nahe dem unteren Totpunkt, da hier der Einfluss der Schraubverbindungen vernachlässigt und der Zylinderverzug auf temperaturproportionale Durchmessererweiterung vereinfacht werden kann. Die Beschreibung der Abweichung von der Kreisform wird allgemein üblich mittels einer Fourier-Analyse beschrieben, wie in Dunaevsky, V. V.: Analysis of distortions and conformability of piston rings. Tribology Transactions Band 33 (1990) Nr. 1, S. 33–40 bereits angegeben. Es wird die durch die Messdaten ermittelte Kontur mittels einer Fourier-Analyse nachgebildet und auf Basis einer Ordnungsanalyse der Fourier-Reihe kann aus den Messdaten die Kolbensekundärbewegung isoliert werden, da diese der ersten Ordnung der durch die Fourier-Analyse gewonnenen Funktion entspricht. Die Funktionsanteile erster Ordnung werden von den Messdaten subtrahiert und die Zylinderkontur kann anschließend aus den Koeffizienten der Fourier-Analyse höherer Ordnung synthetisiert werden.The use of multiple circumferentially distributed sensors simplifies the process of synthesis of cylinder distortion and secondary piston motion from the distance measurements. For this purpose, various evaluation methods are known in the prior art. For example, the assumption of a circular reference contour is described. This is advantageously within the cylinder contour near the bottom dead center, since the influence of the screw connections neglected and the cylinder distortion can be simplified to temperature-proportional diameter enlargement. The description of the deviation from the circular shape is generally described by means of a Fourier analysis, as in Dunaevsky, V. V .: Analysis of distortions and conformability of piston rings. Tribology Transactions Vol. 33 (1990) No. 1, pp. 33-40. The contour determined by the measured data is simulated by means of a Fourier analysis and, based on an order analysis of the Fourier series, the piston secondary motion can be isolated from the measured data since this corresponds to the first order of the function obtained by the Fourier analysis. The first-order function components are subtracted from the measurement data, and the cylinder contour can then be synthesized from the coefficients of Fourier higher-order analysis.

Aus Fujimoto, H., u. a.: Measurement of Cylinder Bore Deformation by means of a Turning Piston with a Gap Sensor during Engine Operation, JSME International Journal, Series 2, Vol. 34, No. 3, 1991, Seiten 391–396 und der Offenlegungsschriften DE 44 06 132 A1 und DE 100 52 360 A1 sind Einrichtungen zum Vermessen von Zylinderdeformationen bekannt. From Fujimoto, H., et al.: Measurement of Cylinder Bore Deformation by Means of a Turning Piston with a Gap Sensor during Engine Operation, JSME International Journal, Series 2, Vol. 3, 1991, pages 391-396 and the publications DE 44 06 132 A1 and DE 100 52 360 A1 are devices for measuring cylinder deformations known.

Problematisch an dem im Stand der Technik beschriebenen Auswerteverfahren ist die für die Verzugsmessung geforderte hohe Genauigkeit, die aufgrund der geringen Verzugswerte gemessen werden muss. Insbesondere die exemplarspezifischen Abweichungen der Einzelsensoren und deren Übertragungskette beeinflussen maßgeblich das Messergebnis. Es ist daher notwendig, die Messdatenerfassung und deren Auswertung insbesondere hinsichtlich der Genauigkeit zu steigern und dabei Messfehler weitgehend zu vermeiden oder zu kompensieren.The problem with the evaluation method described in the prior art is the high accuracy required for the distortion measurement, which must be measured on the basis of the low distortion values. In particular, the sample-specific deviations of the individual sensors and their transmission chain significantly influence the measurement result. It is therefore necessary to increase the measurement data acquisition and its evaluation, in particular with regard to accuracy, while largely avoiding or compensating for measurement errors.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Auswertung von Messdaten zylindrischer Bauteile zu schaffen, welches den Verzug der Zylinderkontur insbesondere der 2., 3. und 4. Verzugsordnung mit hoher Genauigkeit ermittelt.The invention is therefore based on the object to provide a method for evaluating measurement data of cylindrical components, which determines the delay of the cylinder contour, in particular the 2nd, 3rd and 4th default with high accuracy.

Diese Aufgabe wird bei gattungsgemäßen Verfahren zur Messwerterfassung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention in the generic method for measured value detection by the characterizing features of claim 1.

Erfindungsgemäß vorteilhaft wird eine Messung innerhalb des Zylinders mit wenigstens drei in ihrer Relativlage fest zueinander angeordneten Sensoren vorgenommen, wobei in einer Messebene des Zylinders wenigstens zwei Messungen vorgenommen werden. Pro Messung werden die Abstandswerte aller auf dem Träger angeordneten Sensoren erfasst. Es wird nachfolgend mindestens eine weitere Messung durchgeführt, wobei der Vorteil der Erfindung darin besteht, dass die Messung um einen definierten Winkelwert versetzt zur ersten Messung in derselben Ebene des Zylinders erfolgt. Der Winkelwert, um welchen die Messungen versetzt sind, ist dabei ein ganzzahliges Vielfaches des Quotienten 360° durch die Anzahl k der Sensoren. Es wird damit erreicht, dass dieselbe Zylinderposition von einem zweiten Sensor hinsichtlich des Abstandes zum Sensor gemessen wird, wobei in der zweiten Messung ein anderer Sensor an derselben Position der Zylinderinnenwand den Abstand zu dieser aufnimmt. Auf Basis der zweiten Messung ist es möglich, die absoluten Sensorfehler relativ zueinander zu bestimmen. Dies bietet die Möglichkeit, insbesondere für die Bestimmung des Zylinderverzuges größer der ersten Ordnung, mit der Kenntnis der relativen Fehler der Sensoren zueinander, ein hochgenaues Messergebnis zu erhalten.According to the invention, a measurement is advantageously carried out within the cylinder with at least three sensors which are arranged fixedly relative to one another in their relative position, at least two measurements being made in a measuring plane of the cylinder. For each measurement, the distance values of all sensors arranged on the carrier are recorded. At least one further measurement is subsequently carried out, the advantage of the invention being that the measurement takes place by a defined angle value offset from the first measurement in the same plane of the cylinder. The angle value by which the measurements are offset is an integer multiple of the quotient 360 ° by the number k of the sensors. It is thus achieved that the same cylinder position is measured by a second sensor with respect to the distance to the sensor, wherein in the second measurement, another sensor at the same position of the cylinder inner wall takes the distance to this. Based on the second measurement, it is possible to determine the absolute sensor errors relative to each other. This offers the possibility, in particular for the determination of the cylinder distortion greater than the first order, with the knowledge of the relative errors of the sensors to each other to obtain a highly accurate measurement result.

Erfindungsgemäß vorteilhaft wird der Zylinderverzug als Verformungswert beschrieben, der sich ausgehend von der Mittelpunktlage des Zylinders aus der Summe des Abstandsmesswertes vom Mittelpunkt, dem Messfehler und einem Anteil aus der Exzentrizität des Sensorträgers zum Mittelpunkt zusammensetzt. Ausgehend von den Abstandsmessdaten wird die Sekundärbewegung des Kolbens und des daran angeordneten Sensorträgers aus den Messdaten rechnerisch eliminiert, indem die Kontur und deren Abweichung von der Kreisform mittels einer Fourier-Analyse beschrieben werden und der Anteil erster Ordnung, in welchem sich die Kolbensekundärbewegung wiederspiegelt, aus der Konturbeschreibung entfernt wird und die Weiterverarbeitung der Daten mittels einer aus den Anteilen höherer Ordnung synthetisierten Kontur erfolgt.Advantageously according to the invention, the cylinder distortion is described as a deformation value which, starting from the center position of the cylinder, is composed of the sum of the distance measurement value from the center, the measurement error and a component from the eccentricity of the sensor carrier to the center. Based on the distance measurement data, the secondary movement of the piston and the sensor carrier arranged thereon is mathematically eliminated from the measurement data by describing the contour and its deviation from the circular shape by means of a Fourier analysis and the first-order fraction in which the piston secondary motion is reflected the contour description is removed and the further processing of the data is carried out by means of a contour synthesized from the higher-order components.

Erfindungsgemäß vorteilhaft werden die Daten im dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine aufgenommen, wobei die Abstandswerte aller Sensoren in verschiedenen Ebenen des Zylinders aufgenommen werden und nachfolgend der Sensorträger um den Winkel Alpha verdreht wird und eine weitere Messreihe von Abstandsmesswerten in denselben Ebenen des Zylinders aufgenommen wird.Advantageously, according to the invention, the data are recorded in the dynamic operation of the internal combustion engine, wherein the distance values of all sensors are recorded in different planes of the cylinder and subsequently the sensor carrier is rotated by the angle alpha and another measurement series of distance measurement values is recorded in the same planes of the cylinder.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.Further details of the invention are described in the drawing with reference to schematically illustrated embodiments.

Hierbei zeigen:Hereby show:

1 eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung zum Ermitteln der Abstandsmesswerte für die Zylinderverzugsmessung; 1 a schematic representation of a measuring device for determining the distance measured values for the cylinder distortion measurement;

2 eine modellhafte Darstellung des Zylinderverzuges ausgehend von den Messwerten eines mit 8 Sensoren bestückten Sensorträgers; 2 a model representation of the cylinder distortion starting from the measured values of a sensor carrier equipped with 8 sensors;

3 (S. 1 Darstellung neues Verfahren) eine modellhafte Darstellung des Zylinderverzuges mit den Abstandsmesswerten und der erfindungsgemäßen Beschreibung der Verformungen über Exzentrizität, Messwert und systematischen Sensorfehler; 3 (Page 1 illustration new method) a model representation of the cylinder distortion with the distance measured values and the description according to the invention of the eccentricity, measured value and systematic sensor errors;

4 eine Darstellung der Messwerte der Verzugsmessungen mit Drehung des Sensorträgers um den Winkel Alpha. 4 a representation of the measured values of the distortion measurements with rotation of the sensor carrier by the angle alpha.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung zum Ermitteln der Abstandsmesswerte für die Zylinderverzugsmessung. In einem Zylinder 1 ist relativbeweglich zu diesem ein Kolben 2 angeordnet. Auf dem Kolben 2 ist ein Sensorträger 3, der in Form eines Ringes ausgebildet ist, angeordnet, in welchem umfangsverteilt 8 Sensoren 4 befestigt sind. Die Sensoren 4 messen den Abstand zur gegenüberliegenden Innenwand des Zylinders 1 und deren Messsignal wird zu einer Auswerteeinheit (nicht dargestellt) übertragen. Die Übertragung kann dabei telemetrisch, optisch oder drahtgebunden erfolgen. Die Sensoren 4 können sowohl auf optischem, induktivem oder mechanischem Prinzip arbeitende Abstandssensoren sein. In vorteilhafter Weise ist der Sensorträger 3 aus einem nahezu starren und wenig thermisch verformbaren Material, um den Einfluss der Verlagerung der Sensoren zueinander während der Messungen zu minimieren. 1 shows a schematic representation of a measuring device for determining the distance measured values for the cylinder distortion measurement. In a cylinder 1 is relatively movable to this a piston 2 arranged. On the piston 2 is a sensor carrier 3 , which is formed in the form of a ring, arranged in which circumferentially distributed 8th sensors 4 are attached. The sensors 4 measure the distance to the opposite inner wall of the cylinder 1 and the measurement signal is transmitted to an evaluation unit (not shown). The transmission can be done telemetrically, optically or by wire. The sensors 4 can be on both optical, inductive or mechanical principle working distance sensors. Advantageously, the sensor carrier 3 made of a nearly rigid and less thermally deformable material, to minimize the influence of the displacement of the sensors to each other during the measurements.

2 zeigt eine modellhafte Darstellung des Zylinderverzuges eines mit 8 Sensoren bestückten Sensorträgers. Aus den durch die Abstandsmessung gewonnenen Daten kann mittels der Fourier-Analyse eine Kontur nachgebildet werden. Schematisch dargestellt ist ein Schnitt durch einen Zylinder mit ideal kreisförmiger Kontur 1a und eine Zylinderkontur 1b mit einem kleeblattförmigen Zylinderverzug vierter Ordnung, der sich in der Ordnungsanalyse, der die Kontur beschreibenden Fourier-Reihe, als Anteil vierter Ordnung abbildet. Der Verzug der Zylinderkontur 1b ist dabei stark vergrößert dargestellt. Die Anteile höherer Ordnung sind für die Verzugsmessung besonders wichtig, da diese Abweichungen von der Kreisform durch das Formfüllvermögen von Kolbenringen nicht ausgefüllt werden können. Der kleeblattförmige Verzug vierter Ordnung ist eine typische Verformungserscheinung für einen mit 4 Verschraubungen versehenen Zylinder. 2 shows a model representation of the cylinder distortion of a equipped with 8 sensors sensor carrier. From the data obtained by the distance measurement, a contour can be reproduced by means of the Fourier analysis. Schematically represented is a section through a cylinder with an ideal circular contour 1a and a cylinder contour 1b with a cloverleaf-shaped cylinder distortion of the fourth order, which is represented in the order analysis, the Fourier series describing the contour, as a fourth-order fraction. The delay of the cylinder contour 1b is shown greatly enlarged. The higher-order components are particularly important for the distortion measurement, since these deviations from the circular shape can not be filled by the mold filling capacity of piston rings. The fourth-order cloverleaf distortion is a typical deformation phenomenon for a 4-bolt cylinder.

3 zeigt eine modellhafte Darstellung des Zylinderverzuges mit den Verformungen vi. Die Verformung vi wird dabei auf Basis der Abstandsmesswerte mi durch die erfindungsgemäße Beschreibung mittels der Exzentrizitäten ey; ex und dem systematischen Sensorfehler fx des jeweiligen Abstandsmesswertes mi beschrieben. Ausgehend vom Sensorträger 3 messen die Sensoren 4 gegen die Zylinderwand. Zu den Abstandsmesswerten mi muss dabei noch der Radius des Sensorträgers 3 addiert werden, um den Abstand vom Mittelpunkt und damit die Verformung vi zu ermitteln. Weist der Sensorträger keine Abweichung aus seiner Referenzlage auf und sind die Abstandsmesswerte im Idealfall nicht fehlerbehaftet, dann entspricht die Summe aus Abstandsmesswerten mi und der Radius des Sensorträgers der Verformung vi. Besteht kein Zylinderverzug, sind die Verformungen vi alle gleich groß. Der Zylinderverzug ist damit über die Abweichungen der Verformungen vi von der kreisförmigen Referenzkontur beschreibbar. Die Sensorfehler fi überlagern dabei den Abstandsmesswert mi und werden erfindungsgemäß in der Beschreibung der Verformung mit erfasst, um sie wie nachfolgend dargestellt durch eine weitere, um ein ganzzahliges Vielfaches des Quotienten 360°/Anzahl der Sensoren versetzte Messung zu kompensieren. 3 shows a model representation of the cylinder distortion with the deformations v i . The deformation v i is based on the distance measurement values m i by the description according to the invention by means of the eccentricities e y ; e x and the systematic sensor error f x of the respective distance measured value m i described. Starting from the sensor carrier 3 measure the sensors 4 against the cylinder wall. For the distance measured values m i still the radius of the sensor carrier 3 be added to determine the distance from the center and thus the deformation v i . If the sensor carrier has no deviation from its reference position and the distance measurement values are ideally not affected by errors, then the sum of distance measurement values m i and the radius of the sensor carrier correspond to the deformation v i . If there is no cylinder distortion, the deformations v i are all the same size. The cylinder distortion can thus be described by the deviations of the deformations v i from the circular reference contour. The sensor errors f i are superimposed on the distance measurement value m i and according to the invention are included in the description of the deformation in order to compensate them as described below by another measurement offset by an integer multiple of the quotient 360 ° / number of sensors.

4 zeigt eine Beschreibung der Verformungen vi, wobei zwei Messungen pro Ebene durchgeführt werden und die Verformung damit an einer Stelle der Messebene zweimal, jedoch mit unterschiedlichen Sensoren gemessen wird. Die Indizierung der Messwerte wird dabei um einen Index n erweitert, der die Nummer der Messungen angibt. Die linke Darstellung zeigt dabei Messwerte für die erste Messung, wobei die Abstandsmesswerte mni aufgenommen werden mit n = 1. Erfindungsgemäß wird für eine zweite Messung der Sensorträger um ein ganzzahliges Vielfaches des Quotienten 360°/Anzahl der Sensoren verdreht. Die rechte Darstellung zeigt daher eine Messung mit einem gegenüber der ersten Messung um 45° verdrehten Sensor. So misst beispielsweise Sensor Nummer 2 nunmehr den Abstand Kolben – Zylinder, der in der vorherigen Messung vom Sensor Nummer eins gemessen wurde. Die Verformungen und die Exzentrizität sind somit mittels der folgenden Gleichungen beschreibbar. 4 shows a description of the deformations v i , wherein two measurements per plane are performed and the deformation is thus measured twice at one point of the measuring plane, but with different sensors. The indexing of the measured values is thereby extended by an index n, which indicates the number of the measurements. The left-hand representation shows measured values for the first measurement, wherein the distance measurement values m ni are recorded with n = 1. According to the invention, the sensor carrier is rotated by an integer multiple of the quotient 360 ° / number of sensors for a second measurement. The right-hand illustration therefore shows a measurement with a sensor rotated by 45 ° with respect to the first measurement. For example, sensor number 2 now measures the piston-cylinder distance measured by sensor number one in the previous measurement. The deformations and the eccentricity can thus be described by means of the following equations.

Für die Messung n = 1 ergeben sich v1 = m11 + f1 – e1x v2 = m12 + f2 + e1x·sin45° – e1y·cos45° v3 = m13 + f3 + e1y v4 = m14 + f4 + e1x·cos45° + e1y·sin45° v5 = m15 + f5 + e1x v6 = m16 + f6 + e1x·sin45° – e1y·cos45° v7 = m17 + f7 – e1y v8 = m18 + f8 – e1x·cos45° – e1y·sin45°

Figure DE102004057462B4_0002
für die Messung n = 2 v1 = m22 + f2 – e2x v2 = m23 + f3 + e2·sin45° – e2y·cos45° v3 = m24 + f4 + e2y v4 = m25 + f5 + e2x·cos45° + e2y·sin45° vs = m26 + f6 + e2x v6 = m27 + f7 + e2x·sin45° – e2y·cos45° v7 = m28 + f8 – e2y v8 = m21 + f1 – e2x·cos45° – e2y·sin45°
Figure DE102004057462B4_0003
For the measurement n = 1 arise v 1 = m 11 + f 1 -e 1x v 2 = m 12 + f 2 + e 1x · sin45 ° - e 1y · cos45 ° v 3 = m 13 + f 3 + e 1y v 4 = m 14 + f 4 + e 1x · cos45 ° + e 1y · sin45 ° v 5 = m 15 + f 5 + e 1x v 6 = m 16 + f 6 + e 1x · sin45 ° - e 1y · cos45 ° v 7 = m 17 + f 7 - e 1y v 8 = m 18 + f 8 - e 1x · cos45 ° - e 1y · sin45 °
Figure DE102004057462B4_0002
for the measurement n = 2 v 1 = m 22 + f 2 - e 2x v 2 = m 23 + f 3 + e 2 · sin45 ° - e 2y · cos45 ° v 3 = m 24 + f 4 + e 2y v 4 = m 25 + f 5 + e 2x · cos45 ° + e 2y · sin45 ° v s = m 26 + f 6 + e 2x v 6 = m 27 + f 7 + e 2x · sin45 ° - e 2y · cos45 ° v 7 = m 28 + f 8 - e 2y v 8 = m 21 + f 1 - e 2x · cos45 ° - e 2y · sin45 °
Figure DE102004057462B4_0003

Das Gleichungssystem ist in sich überbestimmt. Die relativen Sensorfehler sind damit analytisch ermittelbar. Der Zylinderverzug, insbesondere größer der ersten Ordnung, ist durch die Kenntnis des absoluten Messfehlers der Sensoren relativ zueinander, mit hoher Genauigkeit ermittelbar. Die Verformungen v und die Exzentrizität e beschreiben den Zylinderverzug sehr genau, wobei die absoluten Messfehler der Sensoren relativ zueinander durch die zweite Messung kompensiert werden können.The equation system is over-determined in itself. The relative sensor errors can thus be determined analytically. The cylinder distortion, in particular greater than the first order, can be determined with high accuracy by knowing the absolute measurement error of the sensors relative to one another. The deformations v and the eccentricity e describe the cylinder distortion very accurately, whereby the absolute measurement errors of the sensors relative to each other can be compensated by the second measurement.

Die Messungen erfolgen weiterhin in verschiedenen Messebenen, um dreidimensional den Zylinderverzug zu erfassen.The measurements continue to be carried out in different measuring levels in order to record three-dimensional cylinder distortion.

In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Bestimmung der absoluten Messfehler der Sensoren relativ zueinander durch eine zweite, um den Winkel Alpha versetzte Messung, wobei Alpha ein ganzzahliges Vielfaches des Quotienten 360° durch die Anzahl (k) der Sensoren (4) ist. Nach der Bestimmung der Sensorfehler können weitere Zwischenwerte gemessen werden, wofür der Sensorträger um einen beliebigen Winkelwert verschwenkt werden kann. Diese Messungen sind nunmehr mit hoher Genauigkeit möglich, da aus den beiden vorangegangenen Messungen die absoluten Fehler der Sensoren relativ zueinander bekannt sind.In a development of the invention, the determination of the absolute measurement errors of the sensors takes place relative to one another by a second measurement offset by the angle α, where α is an integer multiple of the quotient 360 ° by the number (k) of the sensors ( 4 ). After the sensor errors have been determined, further intermediate values can be measured, for which purpose the sensor carrier can be swiveled by any angle value. These measurements are now possible with high accuracy, since from the two previous measurements, the absolute errors of the sensors are known relative to each other.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Zylindercylinder
1a1a
Zylinderkontur kreisförmigCylindrical contour circular
1b1b
Zylinderkontur mit Verzug vierter OrdnungCylinder contour with fourth order distortion
22
Kolbenpiston
33
Sensorträgersensor support
44
Sensorensensors
vv
Verformungdeformation
ff
Sensorfehlersensor error
ee
Exzentrizitäteccentricity
ii
Nummerierung der SensorenNumbering of the sensors
yy
Anteil in y-Richtung der ExzentrizitätProportion in y-direction of the eccentricity
xx
Anteil in x-Richtung der ExzentrizitätProportion in the x direction of the eccentricity
nn
Nummer der MessungNumber of the measurement
mm
Abstandsmessungdistance measurement
kk
Anzahl der SensorenNumber of sensors

Claims (6)

Verfahren zur Auswertung von Messdaten zylindrischer Bauteile, bei welchen die Abweichung der gemessenen Kontur von der Kreisform ermittelt wird, wobei die Messdaten mittels einer Messvorrichtung aufgenommen werden, die folgenden Aufbau aufweist: – mindestens drei, innerhalb des Zylinders äquidistant zueinander angeordnete Sensoren, – die Sensoren sind relativ zueinander fest auf einem Sensorträger angeordnet, – die Sensoren messen den Abstand gegen die Innenwand der zylindrischen Bauteile, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Sensoren (4) wenigstens zwei Abstandsmessungen (m1i, m2i) in der gleichen Ebene des zylindrischen Bauteils erfolgen, wobei der Sensorträger (3) mit den darauf angeordneten Sensoren (4) zwischen den Abstandsmessungen (m1i, m2i) um einen Winkel Alpha um die Längsachse des zylindrischen Bauteils verdreht wird, wobei der Winkel Alpha ein ganzzahliges Vielfaches des Quotienten 360° durch die Anzahl (k) der Sensoren (4) beträgt.Method for evaluating measured data of cylindrical components, in which the deviation of the measured contour from the circular shape is determined, the measured data being recorded by means of a measuring device having the following construction: - at least three sensors arranged equidistantly within the cylinder, - the sensors are arranged relative to each other firmly on a sensor carrier, - the sensors measure the distance against the inner wall of the cylindrical components, characterized in that by means of the sensors ( 4 ) at least two distance measurements (m 1i , m 2i ) take place in the same plane of the cylindrical component, wherein the sensor carrier ( 3 ) with the sensors ( 4 ) between the distance measurements (m 1i , m 2i ) is rotated by an angle alpha about the longitudinal axis of the cylindrical component, wherein the angle alpha is an integer multiple of the quotient 360 ° by the number (k) of the sensors ( 4 ) is. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmessungen (mi) innerhalb eines Zylinders (1) eines Verbrennungsmotors erfolgen, wobei der Sensorträger (3) ein im Zylinder (1) beweglicher Kolben (2) oder ein auf dem Kolben (2) drehbar angeordneter Kolbenring ist und die Sensoren (4) zwischen den Abstandsmessungen (m1i, m2i) innerhalb des Zylinders (1) um dessen Längsachse verdreht werden, indem der Sensorträger (3) um den Winkel Alpha verdreht wird und nachfolgend die relativen Sensorfehler (fi) rechnerisch durch eine zweite Messung kompensiert werden.Method according to claim 1, characterized in that the distance measurements (m i ) within a cylinder ( 1 ) of an internal combustion engine, wherein the sensor carrier ( 3 ) in the cylinder ( 1 ) movable piston ( 2 ) or one on the piston ( 2 ) rotatably arranged piston ring and the sensors ( 4 ) between the distance measurements (m 1i , m 2i ) within the cylinder ( 1 ) are rotated about its longitudinal axis by the sensor carrier ( 3 ) is rotated by the angle alpha and subsequently the relative sensor errors (f i ) are computationally compensated by a second measurement. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in einer Ebene pro Messung (n = 1, 2, ...) erfassten Abstandsmesswerte (mni) ausgewertet werden, indem die gemessenen Abstandswerte mittels einer Fourier-Analyse bewertet werden, indem mittels einer Fourier-Reihe die Zylinderkontur nachgebildet wird und die Sekundärbewegung des Sensorträgers durch Entfernen der Funktionsanteile erster Ordnung der Fourier-Reihe eliminiert werden, wobei nachfolgend für jede Messung in der gleichen Ebene des Zylinders Abstandsmesswerte (mni) vorliegen, die den Zylinderverzug in der jeweiligen Ebene kennzeichnen.Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the distance measurement values (m ni ) recorded in one plane per measurement (n = 1, 2,...) Are evaluated by evaluating the measured distance values by means of a Fourier analysis, by the cylinder contour is reproduced by means of a Fourier series and the secondary movement of the sensor carrier is eliminated by removing the first-order function parts of the Fourier series, wherein for each measurement in the same plane of the cylinder distance measurements (m ni ) present, which characterize the cylinder distortion in the respective plane. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderverzug über eine Verformung (vi) auf Basis der Exzentrizität (ex, ey) und der gemessenen Abstandswerte (mi) und des Sensorfehlers (fi) des jeweiligen Sensors definiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder distortion over a deformation (v i ) based on the eccentricity (e x , e y ) and the measured distance values (m i ) and the sensor error (f i ) of the respective sensor defined becomes. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abstandsmesswerte (mi) jedes Sensors auf Basis der wenigstens zwei (n = 1, 2, ...) um den Winkel Alpha versetzten Abstandsmessungen (mni) ein Gleichungssystem der Verformungen (vi) und der Exzentrizitäten (ex, ey) aufgestellt und zur Berechnung der Verformungen vi gelöst wird und der Zylinderverzug anhand der Verformungen beschrieben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the distance measurement values (m i ) of each sensor on the basis of the at least two (n = 1, 2, ...) offset by the angle alpha distance measurements (m ni ) an equation system of the deformations (v i ) and the eccentricities (e x , e y ) are set up and solved for the calculation of the deformations v i and the cylinder distortion is described on the basis of the deformations. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen in verschiedenen Ebenen des Zylinders erfolgen, wobei erst in einer festen Position des Sensorträgers zum Kolben die Abstandsmesswerte (m1i) für verschiedene Ebenen des Zylinders aufgenommen werden und die Aufnahme weiterer Messwerte (mni), die um den Winkel Alpha versetzt sind, nach Aufnahme der Abstandsmesswerte (m1i) in den gewünschten Zylinderebenen erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measurements take place in different planes of the cylinder, wherein only in a fixed position of the sensor carrier to the piston, the distance measured values (m 1i ) are recorded for different levels of the cylinder and recording further measured values (m ni ) which are offset by the angle alpha, after taking the distance measurement values (m 1i ) in the desired cylinder planes .
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