DE2833369C3

DE2833369C3 - Arrangement for incremental measurement of the relative position of two objects by means of ultrasonic waves

Info

Publication number: DE2833369C3
Application number: DE19782833369
Authority: DE
Inventors: Alfons Dipl.-Ing. 8221 Seebruck Spies
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1978-07-29
Filing date: 1978-07-29
Publication date: 1985-05-30
Also published as: DE2833369B2; DE2833369A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum inkrementalen Messen der Relativlage zweier Objekte mittels Ultraschallwellen, insbesondere für Werkzeug- und Meßmaschinen, mit wenigstens einem magnetostriktiven Leiter, an dem ortsfest ein Sendeelement oder wenigstens ein Empfangselement für die Ultraschallwellen angeordnet ist, das mit dem einen Objekt verbinden ist, und an dem längsverschiebiich ein Sendeelement oder wenigstens ein Empfangselement für die Ultraschallwellen vorgesehen ist, das an dem anderen Objekt angekoppelt ist.The invention relates to an arrangement for incremental Measuring the relative position of two objects by means of ultrasonic waves, especially for tool and Measuring machines with at least one magnetostrictive conductor on which a transmitting element or at least one stationary a receiving element for the ultrasonic waves is arranged, which is connected to the one object, and on the longitudinally displaceable a transmitting element or at least one receiving element for the ultrasonic waves is provided that is coupled to the other object.

In der US-PS 38 98 555 ist eine absolute Längenmeßeinrichtung beschrieben, bei der die Laufzeil eines Torsionsschwingungsimpulses in einem magnetostriktiven Schalleiter von einem mit einem beweglichen Maschinenteil verbundenen Permanentmagneten zu einem ortsfesten Empfangselement als Mpß für die Entfernung des Permanentmagneten vom ortsfesten Empfangselement gemessen wird. Der Torsionsschwin- <,o gungsimpuls wird am Ort des Permanentmagneten durch die Oberlagerung des Magnetfeldes des Permanentmagneten und des Magnetfeldes eines längs eines im hohlen magnetostriktiven Schalleher verlaufenden elektrischen Leiters wandernden Stromimpulses er- (,5 zeugt. Als nachteilig erweist sich, daß Permanentmagnet, elektrischer Leiter und magnetostriktiver Schalleiter räumlich relativ weit voneinander entfernt sind; es können keine kurzen Torsionsschwingungsimpulse entstehen, so daß die Auflösung dieser Meßeinrichtung begrenzt ist Weiterhin beeinflussen Veränderungen der radialen Lage von Permanentmagnet, elektrischem Leiter und magneiostriktivem Schalleiter zueinander die Meßgenauigkeit. Die Lage des mechanischen Nullpunkts ist durch die Lage eines Wandlermoduls bestimmt Verändert sich die Länge des Leiterstücks zwischen dem Wandlermodul und der festen Einspannung, so ändert sich die Lage des mechanischen Nullpunkts. Ferner bewirken Inhomogenitäten im magnetostriktiven Schalleiter unterschiedliche Laufzeiten des Torsionsschwingungsimpulses und beeinflussen dadurch das Meßergebnis. Die Laufgeschwindigkeit des Torsionsschwingungsimpulses ist temperaturabhängig; es ist aber bei dieser Einrichtung keine Temperaturkompensation vorgesehen.In US-PS 38 98 555 an absolute length measuring device is described in which the running line of a torsional vibration pulse in a magnetostrictive sound conductor from a permanent magnet connected to a movable machine part to a stationary receiving element is measured as Mpß for the distance of the permanent magnet from the stationary receiving element. The torsional oscillation pulse is generated at the location of the permanent magnet by the superposition of the magnetic field of the permanent magnet and the magnetic field of a current pulse traveling along an electrical conductor running in a hollow magnetostrictive sound conductor (, 5. A disadvantage is that permanent magnet, electrical Conductor and magnetostrictive sound conductor are spatially relatively far apart; no short torsional oscillation pulses can arise, so that the resolution of this measuring device is limited determined by the position of a converter module If the length of the conductor section between the converter module and the fixed clamping changes, the position of the mechanical zero point changes n Sound conductors have different transit times of the torsional oscillation pulse and thereby influence the measurement result. The running speed of the torsional oscillation pulse is temperature-dependent; however, no temperature compensation is provided in this device.

Aus der US-PS 38 46 580 ist eine Einrichtung zur absoluten Lagebestimmung einer Vorrichtung in zwei Koordinatenrichtungen A"und Vdurch die Messung der Laufzeit von in magnetostriktiven Drähten erzeugten Uitraschallwellenimpulsen bekannt. Dazu ist an der Vorrichtung eine kleine Sendespule befestigt, die ein veränderliches Magnetfeld und dadurch Ultraschallwellenimpulse am Ort der Vorrichtung in den magnetostriktiven Drähten erzeugt, die in der Meßebene in Matrixform in X- und K-Richtung aufgespannt sind. Am Anfang dieser magnetostriktiven Drähte sind senkrecht zu diesen als ortsfeste Empfangselemente jeweils ein elektrischer Leiter angeordnet, die die Ultraschallwellenimpulse in elektrische Signale umwandeln.From US-PS 38 46 580 a device is known for determining the absolute position of a device in two coordinate directions A "and V by measuring the transit time of ultrasonic wave pulses generated in magnetostrictive wires thereby generating ultrasonic wave pulses at the location of the device in the magnetostrictive wires, which are spanned in the measuring plane in matrix form in the X and K directions convert electrical signals.

Da die magnetostriktiven Drähte an den Enden keine Dämpfungselemente aufweisen, kann die Genauigkeit der Messung durch Reflexionen der Ultraschallwellenimpulse an den Drahtenden beeinflußt werden.Since the magnetostrictive wires have no damping elements at the ends, the accuracy can the measurement can be influenced by reflections of the ultrasonic wave impulses at the wire ends.

Die vorgenannten Einrichtungen weisen gemeinsam noch die Nachteile auf, daß die Meßgenauigkeit durch Amplitudenschwankungen und durch Dispersion des Torsionsschwingungsimpulses bzw. des Ultraschallwellenimpulses beeinträchtigt wird. Hinzu kommt, daß bei diesen mit Schallimpulsen arbeitenden Einrichtungen die elektronischen Auswerteschaltungen breitbandig ausgelegt werden müssen, so daß sich ein geringes Signal-Rauschvcrhältnis ergibt und Störimpulse leichte)· das Meßergebnis beeinflussen können.The aforementioned devices still have the disadvantages that the measurement accuracy is due to Amplitude fluctuations and through dispersion of the torsional vibration pulse or the ultrasonic wave pulse is affected. In addition, these devices work with sound pulses the electronic evaluation circuits must be designed broadband, so that a small Signal-to-noise ratio and interference pulses can influence the measurement result.

In der US-PS 31 21 955 ist eine Einrichtung zum inkrementalen Messen der Relativlage zweier Objekte mittels Ultraschallwellen beschrieben, bei der als magnetostriktiver Leiter ein dünnwandiges Rohr vorgesehen ist. Dieses dünnwandige Rohr liefert zwar ein für die Auswertung großes Signal, ist aber aufwendig in der Herstellung und mechanisch leicht deformierbar und weist neben einer großen Querabmessung relativ große Inhomogenitäten auf, die der Meßgenauigkeil abträglich sind.In US-PS 31 21 955 a device for incremental measurement of the relative position of two objects is described by means of ultrasonic waves, in which a thin-walled tube is used as a magnetostrictive conductor is provided. Although this thin-walled tube delivers a large signal for the evaluation, it is complex Easily deformable in manufacture and mechanically and, in addition to a large transverse dimension, has relative large inhomogeneities that are detrimental to the measuring accuracy wedge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum inkrementalen Messen der Relativlage zweier Objekte mittels Ultraschallwellen anzugeben, die einfach in der Herstellung und mechanisch stabil sowie flexibler einsetzbar ist und die Präzisionsmessungen erlaubt, wie sie bei Werkzeug- und Meßmaschinen gefordert werden.The invention is based on the object of an arrangement for incremental measurement of the relative position to indicate two objects by means of ultrasonic waves, which are easy to manufacture and mechanically stable as well as can be used more flexibly and allows precision measurements, as is the case with machine tools and measuring machines are required.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the combination of the characterizing features of the Claim 1 solved.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit der vorgeschlagenen Meßanordnung gegenüber den bekannten Anordnun-The advantages achieved by the invention are in particular that with the proposed Measuring arrangement compared to the known arrangement

gen eine höhere Meßgenauigkeit erzielt wird, da das Auswerteverfahren nicht von der Amplitude des ausgesandten und empfangenen elektrischen Signals abhängig ist. Durch die Verwendung eines ringförmigen Spulenkörpers für das Sende- und Empfangselement sind die Induktion und somit auch der magnetostriktive Effekt im Draht unabhängig von der Lage des Drahtes in der Sende- und Empfangsspule.gen a higher measurement accuracy is achieved because the Evaluation method does not depend on the amplitude of the transmitted and received electrical signal is dependent. By using an annular bobbin for the transmitter and receiver element induction and thus also the magnetostrictive effect in the wire are independent of the position of the wire in the transmitter and receiver coil.

Der Wirkungsgrad der Signalumwandlung in der Sende- und Empfangsspule ist wesentlich höher als bei bekannten Anordnungen, da der Luftspalt in der Sende- und Empfangsspule auf die halbe Wellenlänge der Ultraschallwelle abgestimmt ist; das Signal-Rauschverhältnis der elektrischen Signale ist wesentlich höher, da schmalbandige Resonanzverstärker verwendet werden können, die auf die Sendefrequenz abgestimmt sind.The efficiency of the signal conversion in the transmitter and receiver coil is much higher than with known arrangements, since the air gap in the transmitter and receiver coil to half the wavelength of the Ultrasonic wave is tuned; the signal-to-noise ratio of the electrical signals is much higher because narrow-band resonance amplifiers can be used, which are matched to the transmission frequency.

Ferner haben Verschiebungen des magnetostriktiven Leiters in axialer Richtung während der Messung keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit.Furthermore, displacements of the magnetostrictive conductor in the axial direction during the measurement no influence on the measurement accuracy.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention are shown in the drawing and will be described in more detail below explained. It shows

F i g. 1 eine schematische Anordnung nach der Erfindung mit einem magnetostriktiven Draht,F i g. 1 shows a schematic arrangement according to the invention with a magnetostrictive wire,

Fig.2 eine elektrische Schaltungsanordnung zur Auswertung der Messungen der Anordnung nach Fig. 1,2 shows an electrical circuit arrangement for evaluating the measurements of the arrangement according to Fig. 1,

Fig.3 eine schematische Anordnung mit einem magnetostriktiven Band,3 shows a schematic arrangement with a magnetostrictive belt,

Fig. 4 eine weitere Anordnung mit einem piezoelektrischen Sendeelement,4 shows a further arrangement with a piezoelectric Sending element,

F i g. 5 eine Kompensationsanordnung undF i g. 5 a compensation arrangement and

Fig. 6 eine elektrische Schaltungsanordnung zur Auswertung der Messungen der Kompensationsanordnung nach F i g. 56 shows an electrical circuit arrangement for evaluating the measurements of the compensation arrangement according to FIG. 5

Die schematisch in F i g. 1 dargestellte Anordnung besteht aus einem Draht 1 aus einem magnetostriktiven Material, beispielsweise einer speziellen Eisen-Nickellegierung, der an beiden Enden durch Dämpfungselemente 2 in Trägerelementen 2' reflexionsfrei abgeschlossen ist. Entsprechend den Forderungen der Leitungstheorie müssen diese abschließenden Dämpfungselemente 2 den Wellenwiderstand des Drahtes 1 besitzen; ein geeignetes Dämpfungsmaterial ist z. B. PVC.The schematic in F i g. The arrangement shown in FIG. 1 consists of a wire 1 made of a magnetostrictive material, for example a special iron-nickel alloy, which is sealed at both ends without reflection by damping elements 2 in carrier elements 2 '. According to the requirements of line theory, these final damping elements 2 must have the characteristic impedance of wire 1; a suitable damping material is e.g. B. PVC.

Radialsymmetrisch um den Draht 1 sind an einem Ende ein ortsfestes Sendeelement 3 sowie ein Empfangselement 3a angeordnet, das mit einem in Msßrichtung, beispielsweise in '-Richtung, verschiebbaren, nicht dargestellten Schlitten einer Werkzeug- oder Meßmaschine verbunden istRadially symmetrical around the wire 1 are a stationary transmitter element 3 and a stationary transmitter element at one end Arranged receiving element 3a, which is displaceable in the measuring direction, for example in the 'direction, not shown slide of a machine tool or measuring machine is connected

Es ist auch möglich, das Empfangselement ortsfest und das Sendeelement verschiebbar anzuordnen.It is also possible to arrange the receiving element in a stationary manner and the transmitting element in a displaceable manner.

Das Sendeelement 3 besteht aus einem radialsymmetrisch um den Draht 1 angeordneten Schalenkern 4 aus Ferrit, der einen Luftspalt s aufweist Im Schalenkern 4 befindet sich eine auf einem Spulenkörper aus Kunststoff aufgewickelte Spule 5. Das gleichartig aufgebaute Empfangselement 3a besitzt dementsprechend einen radialsymmetrisch um den Draht I angeordneten Schalenkern 4a aus Ferrit mit einem Luftspalt s' wobei sich im Schalenkern 4a eine auf einem Spulenkörper aus Kunststoff aufgewickelte Spule Sa befindetThe transmitting element 3 consists of a cup core 4 made of ferrite, which is arranged radially symmetrically around the wire 1 and has an air gap s arranged cup core 4a made of ferrite with an air gap s', with a coil Sa wound on a bobbin made of plastic located in the cup core 4a

Zur Messung der Lage des Empfangselements 3a bezüglich des Sendeeiemems 3 wird an die Spule 5 eine hochfrequente Wechselspannung angelegt. Der in der Spule 5 fließende Wechselstrom erzeugt im Luftspalt s einen wechselnden Magnetfluß, durch den der im Luftspalt s befindliche Teil des Drahtes 1 auf Grund des magnetostriktiven Effektes in Richtung der magnetisehen Feidlinien alternierend mit der Wechselstromfrequenz eine Kontraktion und eine Dilation erfährt. Diese mechanische Deformation breitet sich als longitudinale Ultraschallwelle entlang des Drahtes 1 mit einer für das Material des Drahtes 1 charakteristischen Schallgeschwindigkeit c aus. Im Empfangselement 3a wird der umgekehrte magnetostriktive Effekt ausgenutzt. Bei der elastischen Spannungsänderung im Draht 1 infolge der magnetostriktiven Deformation ändert sich die Permeabilität des Drahtes 1. Durch die den Draht 1 im Bereich des Luftspaltes s' des Empfangselements 3a durchlaufende Ultraschallwelle wird in der Spule 5a eine Wechselspannung der gleichen Frequenz wie die des durch die Spule 5 des Sendeelements 3 fließenden Wechselstroms erzeugt.To measure the position of the receiving element 3 a with respect to the transmitting device 3, a high-frequency alternating voltage is applied to the coil 5. The alternating current flowing in the coil 5 generates an alternating magnetic flux in the air gap s through which the part of the wire 1 located in the air gap s experiences a contraction and dilation due to the magnetostrictive effect in the direction of the magnetic field lines, alternating with the alternating current frequency. This mechanical deformation propagates as a longitudinal ultrasonic wave along the wire 1 with a speed of sound c which is characteristic of the material of the wire 1. The reverse magnetostrictive effect is used in the receiving element 3a. In the elastic voltage change in the wire 1 due to the magnetostrictive deformation, the permeability of the wire changes 1. By the wire 1 in the region of the air gap s' of the receiving element 3a continuous ultrasonic wave in the coil 5a is an alternating voltage of the same frequency as that of through the Coil 5 of the transmitting element 3 generates flowing alternating current.

Da der durch die Spule 5 des Sendeelements 3 fließende Wechselstrom der an der Spule 5 anliegenden Wechselspannung infolge des Blindwiderstandes um einen bestimmten Phasenwinkel nacheilt, ist es zweckmäßig, der Spule 5 einen Kondensator 16 parallel zu schalten (Fig.2), der so bemessen ist, daß die an der Spule 5 anliegende Wechselspannung und der durch die Spule 5 fließende Wechselstrom keine Phasenverschiebung aufweisen.
Die Phasenlage der in der Spule Sa des Empfangselements 3a erzeugten Wechselspannung bezüglich der an der Spule S des Sendeelements 3 anliegenden Wechselspannung hängt von der zwischen der Mitte des Spaltes s des Sendeelementes 3 und der Mitte des Spaltes s'des Empfangselements 3a liegenden Länge χ des Drahtes 1 ab. Beträgt die Länge χ ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge λ der Ultraschallwelle im Draht 1, dann sind die Wechselspannungen in den Spulen 5, 5a in Phase; bei einer Verschiebung des Empfangselements 3a in x-Richtung im Bereich zwischen einem Vielfachen der Wellenlänge λ und dem nächstgrößeren Vielfachen liegt der Phasenwinkel zwischen den beiden Wechselspannungen zwischen 0° und 360° entsprechend der Verschiebung; die Phasenlage zwischen den beiden Wechselspannungen des Sendeelements 3 und des Empfangselements 3a hängt somit von der Verschiebung des Empfangselements 3a in r-Richtung ab.Since the alternating current flowing through the coil 5 of the transmitter element 3 lags the alternating voltage applied to the coil 5 by a certain phase angle due to the reactance, it is advisable to connect a capacitor 16 in parallel with the coil 5 (FIG. 2), which is dimensioned in this way that the alternating voltage applied to the coil 5 and the alternating current flowing through the coil 5 have no phase shift.
The phase position of the alternating voltage generated in the coil Sa of the receiving element 3a with respect to the alternating voltage applied to the coil S of the transmitting element 3 depends on the length χ of the wire lying between the center of the gap s of the transmitting element 3 and the center of the gap s'of the receiving element 3a 1 from. If the length χ is an integral multiple of the wavelength λ of the ultrasonic wave in the wire 1, then the alternating voltages in the coils 5, 5a are in phase; with a displacement of the receiving element 3a in the x-direction in the range between a multiple of the wavelength λ and the next larger multiple, the phase angle between the two alternating voltages is between 0 ° and 360 ° corresponding to the displacement; the phase position between the two alternating voltages of the transmitting element 3 and the receiving element 3a thus depends on the displacement of the receiving element 3a in the r direction.

Zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades beträgt die Breite des Spaltes s des Sendeelements 3 und des Spaltes s' des Empfaneselements 3a die halbe Wellenlänge λ der im Draht 1 erzeugten Ultraschallwelle. Die Frequenz der Wechselspannung an der Spule 5 des Sendeelements 3, die umgekehrt proportional zur Wellenlänge λ der erzeugten Ultraschallwelle mit der Schallgeschwindigkeit c der Üitraschaüwelie als Proportionalitätsfaktor ist, bemißt sich nach der je nach der gewünschten Auflösung für die Messung gewählten Wellenlänge λ der Ultraschallwelle, da die Wellenlänge Λ das Meßinkremem darstelltIn order to achieve good efficiency, the width of the gap s in the transmitting element 3 and of the gap s ′ in the receiving element 3 a is half the wavelength λ of the ultrasonic wave generated in the wire 1. The frequency of the alternating voltage on the coil 5 of the transmitter element 3, which is inversely proportional to the wavelength λ of the ultrasonic wave generated with the speed of sound c of the Üitraschaüwelie as the proportionality factor, is measured according to the wavelength λ of the ultrasonic wave chosen depending on the desired resolution for the measurement, since the wavelength Λ represents the measurement increment

μ Zur Linearisierung und weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades sind je ein kleiner Permanentmagnet 6, 6a am Sendeelement 3 und am Empfangselement 3a derart angeordnet, daß ihre Magnetfelder parallel zum Draht 1 gerichtet sind, so daß der Arbeitspunkt des Sendeelements 3 sowie des Empfangselements 3a in ein Gebiet mit linearer Kennlinie und maximaler Magnetostriktion verschoben wird. Die Linearisierung kann auch durch eine Gleichstromvormagnetisierung der Spule 5μ For linearization and further improvement of the efficiency, a small permanent magnet 6, 6a is arranged on the transmitter element 3 and on the receiver element 3a in such a way that their magnetic fields are directed parallel to the wire 1, so that the working point of the transmitter element 3 and of the receiver element 3a in one area is shifted with a linear characteristic and maximum magnetostriction. The linearization can also be carried out by direct current biasing of the coil 5

des Sendeelements 3 und der Spule 5a des Empfangselements Za erzielt werden.of the transmitting element 3 and the coil 5a of the receiving element Za can be achieved.

In der F i g. 2 ist eine geeignete elektrische Auswerteschaltungsanordnung für die Meßanordnung nach Fig. 1 dargestellt. Von einem Hochfrequenzoszillator 7 wird eine Wechselspannung erzeugt, deren Frequenz /o ein Vielfaches Ndtr an der Spule 5 des Sendeelements 3 anliegenden Wechselspannung beträgt. Die Frequenz /o wird in einem Teiler 8 um den Faktor N heruntergeteilt und einem Phasendetektor 9 zugeleitet.In FIG. 2 shows a suitable electrical evaluation circuit arrangement for the measuring arrangement according to FIG. An alternating voltage is generated by a high-frequency oscillator 7, the frequency of which is a multiple Ndtr of the alternating voltage applied to the coil 5 of the transmitting element 3. The frequency / o is divided down by the factor N in a divider 8 and passed to a phase detector 9.

Die von der Ultraschallwelle im Draht I in der Spule 5a des Empfangselements 3a erzeugte Wechselspannung wird über einen Verstärker 10 ebenfalls dem Phasendetektor 9 zugeführt, der ein der Phasendifferenz der beiden an ihm anliegenden Wechselspannungen proportionales Gleichspannungssignal erzeugt, das über einen Verstärker 11 einem gleichspannungsgesteuerten Oszillator 12 zugeführt wird.The alternating voltage generated by the ultrasonic wave in the wire I in the coil 5a of the receiving element 3a is also fed to the phase detector 9 via an amplifier 10, which one of the phase difference of the two alternating voltages applied to it generates a direct voltage signal proportional to the an amplifier 11 is fed to a DC voltage controlled oscillator 12.

Der Oszillator 12 schwingt mit einer Mittenfrequenz /ο, die der vom Oszillator 7 erzeugten Frequenz /o entspricht. Durch die vom Phasendetektor 9 kommende Gleichspannung kann aber die Frequenz k des Oszillators 12 um einen geringen Betrag ±4/'verändert werden. Die vom Oszillator 12 ausgehende Wechselspannung mit der Frequenz /o + id/wird in einem Teiler 13 um den Faktor N frequenzmäßig geteilt und über einen Leistungsverstärker 14 an die Spule 5 des Sendeelements 3 angelegt.The oscillator 12 oscillates at a center frequency / o which corresponds to the frequency / o generated by the oscillator 7. Due to the direct voltage coming from the phase detector 9, however, the frequency k of the oscillator 12 can be changed by a small amount ± 4 / '. The alternating voltage with the frequency / o + id / emanating from the oscillator 12 is divided in terms of frequency in a divider 13 by the factor N and applied to the coil 5 of the transmitter element 3 via a power amplifier 14.

Die von den Oszillatoren 7 und 12 erzeugten Wechselspannungen werden außerdem einem Differenzzähler 15 zugeführt, der die Differenz der Frequenzen der beiden anliegenden Wechselspannungen fortlaufend aufaddiert. Bei Frequenzgleichheit ändert sich die Anzeige nicht; ist die Frequenz des Oszillators 7 höher als die des Oszillators 12, wird sich die Anzeige mit der Zeit fortlaufend zu positiven Werten hin erhöhen. Bei umgekehrten Frequenzverhältnissen ändert sich die Anzeige fortlaufend zu negativen Werten hin.The alternating voltages generated by the oscillators 7 and 12 are also used in a differential counter 15 supplied, which is the difference in the frequencies of the two AC voltages applied continuously added up. If the frequencies are the same, the display does not change; is the frequency of the Oscillator 7 is higher than that of oscillator 12, the display will gradually become positive over time Increase values. If the frequency ratios are reversed, the display changes continuously to negative values.

Wird die Spule 5a des Empfangselements 3a relativ zur Spule 5 des Sendeelements 3 bewegt, ändert sich die Phasenlage der beiden an den Spulen 5, 5a anliegenden Wechselspannungen, und der Phasendetektor 9 erzeugt eine Gleichspannung, die eine Erhöhung (oder Erniedrigung) der Frequenz /Ό des Oszillators 12 erzeugt. Durch die höhere Frequenz ίο+Δίάζτ Wechselspannung des Oszillators 12 verändert sich die Phasenlage der an der Spule 5 des Sendeelements 3 und an der Spule 5a des Empfangselements 3a anliegenden Wechselspannungen fortlaufend, bis Phasengleichheit erreicht ist. Bei Phasengieichheit besitzt der Oszillator 12 wieder die Frequenz /ö.If the coil 5a of the receiving element 3a is moved relative to the coil 5 of the transmitting element 3, the phase position of the two alternating voltages applied to the coils 5, 5a changes, and the phase detector 9 generates a direct voltage that increases (or decreases) the frequency / Ό of the oscillator 12 is generated. Due to the higher frequency ίο + Δίάζτ alternating voltage of the oscillator 12, the phase position of the alternating voltages applied to the coil 5 of the transmitting element 3 and to the coil 5a of the receiving element 3a changes continuously until phase equality is achieved. If the phases are identical, the oscillator 12 again has the frequency / δ.

Die vom Differenzzähler 15 aufsummierte Frequenzdifferenz ist proportional zur relativen Verschiebung des Empfangselements 3a bezüglich des Sendeelements 3. Bei einer Verschiebung um die Wellenlänge λ der Ultraschallwelle ändert sich der Zählerstand des Differenzzählers 15 um den Teilerfaktor Λ/der beiden in dem Phasenregelkreis angeordneten Teiler 8 und 13. Mit dem Teilerfaktor N kann also bequem die gewünschte digitale Auflösung der inkrementalen Meßanordnung eingestellt werden.The frequency difference summed up by the difference counter 15 is proportional to the relative displacement of the receiving element 3a with respect to the transmitting element 3. In the case of a shift by the wavelength λ of the ultrasonic wave, the count of the difference counter 15 changes by the division factor Λ / of the two dividers 8 and 13 arranged in the phase-locked loop With the division factor N , the desired digital resolution of the incremental measuring arrangement can easily be set.

Um den Wirkungsgrad sowie das Signal-Rauschverhältnis zu erhöhen, ist es zweckmäßig, analog zur Parallelschaltung des Kondensators 16 zur Spule 5 des Sendeelements 3 ebenso zur Spule 5a des Empfangselements 3a einen Kondensator 16a parallel zu schalten, um somit zwei Resonanzkreise mit der Mittenfrequenz fts zu schaffen.In order to increase the efficiency and the signal-to-noise ratio, it is useful to connect a capacitor 16a in parallel to the coil 5a of the receiving element 3a, analogous to the parallel connection of the capacitor 16 to the coil 5 of the transmitter element 3, in order to thus connect two resonance circuits with the center frequency fts create.

Fig. 3 zeigt eine schematische Meßanordnung mit einem metallischen Band 17 aus magnetostriktiven Material, das an beiden Enden durch Dämpfungselemente 18 in Trägerelementen 18' reflexionsfrei abgeschlossen ist. Das Sendeelement 19 besteht aus einer Spule 20, die auf einen Ferritkern 21 von rechteckigem Querschnitt gewickelt ist, wobei die Breite des Ferritkerns 21 der Breite des Bandes 17 entspricht. DerFig. 3 shows a schematic measuring arrangement with a metallic band 17 made of magnetostrictive Material that is closed at both ends without reflection by damping elements 18 in support elements 18 ' is. The transmitting element 19 consists of a coil 20, which is on a ferrite core 21 of rectangular Cross-section is wound, the width of the ferrite core 21 corresponds to the width of the band 17. Of the

ίο Ferritkern 21 weist einen schneidenförmig ausgebildeten Luftspalt s" auf, dessen Breite die halbe Wellenlänge λ der erzeugten Ultraschallwelle beträgt.ίο ferrite core 21 has an air gap s ″ designed in the shape of a cutting edge, the width of which is half the wavelength λ of the ultrasonic wave generated.

Das gleichartig aufgebaute Empfangselement 19a besteht aus einer Spule 20a, die auf einen Ferritkern 21 β von rechteckigem Querschnitt gewickelt ist, wobei die Breite des Ferritkerns 21a der Breite des Bandes 17 entspricht. Der Ferritkern 21a weist einen schneidenförmig ausgebildeten Luftspalt s'" auf, dessen Breite ebenfalls die halbe Wellenlänge λ der Ultraschallwelle beträgt. Mit den Permanentmagneten 22 und 22a, deren Magnetfelder parallel zum Band 17 gerichtet sind, wird ein für das Sendeelement 19 und das Empfangselement 19a günstiger Arbeitspunkt mit maximaler Magnetostriktion eingestellt.The similarly constructed receiving element 19a consists of a coil 20a which is wound on a ferrite core 21 β of rectangular cross-section, the width of the ferrite core 21a corresponding to the width of the strip 17. The ferrite core 21a has a blade-shaped air gap s'" , the width of which is also half the wavelength λ of the ultrasonic wave. With the permanent magnets 22 and 22a, whose magnetic fields are directed parallel to the belt 17, a for the transmitting element 19 and the receiving element 19a favorable working point set with maximum magnetostriction.

Die Ferritkerne 21 und 21a liegen mit den Luftspaiten s", s'" tangierend am Band 17 an. Wird an die Spule 20 des Sendeelements 19 eine hochfrequente Wechselspannung angelegt, so wird in dem am Luftspalt s"des Ferritkerns 21 anliegenden Teil des Bandes 17 auf Grund des magnetostriktiven Effekts eine Ultraschallwelle erzeugt, die im Empfangselement 19a durch den umgekehrten magnetostriktiven Effekt wieder in eine elektrische Wechselspannung umgewandelt wird. Aus den schon dargelegten Gründen sind ebenso der Spule 20 des Sendeelements 19 ein Kondensator 23 und der Spule 20a des Empfangselements 19a ein Kondensator 23a parallel geschaltet.The ferrite cores 21 and 21a are tangent to the belt 17 with the air spaces s ", s'". If a high-frequency alternating voltage is applied to the coil 20 of the transmitting element 19, an ultrasonic wave is generated in the part of the band 17 lying against the air gap s "of the ferrite core 21 due to the magnetostrictive effect, which is converted back into a in the receiving element 19a by the reverse magnetostrictive effect For the reasons already explained, a capacitor 23 is also connected in parallel to the coil 20 of the transmitting element 19 and a capacitor 23a to the coil 20a of the receiving element 19a.

In der Fig.4 wird eine Ausführungsform vorgeschlagen, bei der als Sendeelement 24 ein piezoelektrisches Element, beispielsweise aus piezoelektrischer Keramik, an einem Ende eines magnetostriktiven Drahtes 25 an einem Trägerelement 26 angeordnet ist, der am anderen Ende durch ein Dämpfungselement 27 in einem Trägerelement 28 reflexionsfrei abgeschlossen ist. Die vom Sendeelement 24 erzeugte Ultraschallwelle wird in einem längs des magnetostriktiven Drahtes 25 beweglichen Empfangselement 24a, das wie das Empfangselement 3a nach Fig. 1 aufgebaut ist, in eine elektrische Wechselspannung umgewandelt.In Figure 4, an embodiment is proposed in which the transmitting element 24 is a piezoelectric element, for example made of piezoelectric ceramic, at one end of a magnetostrictive wire 25 a carrier element 26 is arranged, the other end by a damping element 27 in a Carrier element 28 is completed without reflection. The ultrasonic wave generated by the transmission element 24 is in a along the magnetostrictive wire 25 movable receiving element 24a, which like the receiving element 3a is constructed according to FIG. 1, converted into an electrical alternating voltage.

Die Auswertung der Phasenlage der elektrischen Wechselspannungen im Empfangselement 19a nach Fig.3 und im Empfangselement 24a nach Fig.4 zur Bestimmung der relativen Lage des Empfangselements 19a bezüglich des Sendeelements 19 bzw. des Empfangselements 24a bezüglich des Sendeelements 24 kann durch die elektrische Schaltungsanordnung nach F i g. 2 erfolgen.The evaluation of the phase position of the electrical alternating voltages in the receiving element 19a according to 3 and in the receiving element 24a according to FIG Determination of the relative position of the receiving element 19a with respect to the transmitting element 19 or the receiving element 24a with respect to the transmitting element 24 can be made by the electrical circuit arrangement F i g. 2 take place.

Bei den bisher beschriebenen Meßanordnungen ist die Genauigkeit der Messungen von der Konstanz derIn the measurement arrangements described so far, the accuracy of the measurements depends on the constancy of

ω Frequenz /der Wechselspannungen in den Sendeelementen 3, 19, 24 und der Schallgeschwindigkeit c der Ultraschallwelle in den magnetostriktiven Leitern 1,17, 25 abhängig, da die Wellenlänge λ der Ultraschallwelle mit diesen beiden Größen durch λ — c/f verknüpf t ist.ω frequency / the alternating voltages in the transmitter elements 3, 19, 24 and the speed of sound c of the ultrasonic wave in the magnetostrictive conductors 1, 17, 25, since the wavelength λ of the ultrasonic wave is linked to these two quantities by λ - c / f .

In der F i g. 5 ist eine Meßanordnung gezeigt, bei der die Wellenlänge λ der Ultraschallwelle durch eine Kompensation konstant gehalten wird. Diese Meßanordnung besteht aus einem magnetostriktiven Draht 29,In FIG. 5 shows a measuring arrangement in which the wavelength λ of the ultrasonic wave by a Compensation is kept constant. This measuring arrangement consists of a magnetostrictive wire 29,

9 109 10

der an beiden Enden durch Dämpfungselemente 30 in nungen Ui, Ui werden über Verstärker 35', 35" einem Trägerelementen 31 reflexionsfrei abgeschlossen ist. ersten Phasendetektor 36 zugeführt, der ein der Am magnetostriktiven Draht 29 sind ein längsverschieb- Phasendifferenz der beiden an ihm anliegenden bares Sendeelement 32 sowie an den Enden zwei Wechselspannungen Ui, Ui proportionales Gleichspanortsfeste Empfangselemente 32a', 32a"angeordnet. Das s nungssignal erzeugt, das über ein Integrierglied 37 Sendeelement 32 bzw.die Empfangselemente 32a',32a" einem ersten gleichspannungsgesteuerten Oszillator 38 sind wie das in F i g. 1 gezeigte Sendeelement 3 bzw. zugeführt wird. Der erste Oszillator 38 schwingt mit Empfangselement 3a aufgebaut Die beiden ortsfesten einer Mittenfrequenz /Ό, die durch die vom ersten Empfangselemente 32a, 32a"sind auf einer Grundplatte Phasendetektor 36 ausgehende integrierte Gleichspan-33 fest angeordnet, die aus einem Material mit einem io nung um einen geringen Betrag Af verändert werden sehr geringen thermischen Längenausdehnungskoeffi- kann. Die vom ersten Oszillator 38 ausgehende zienten, beispielsweise aus Quarzglas, besteht. Wechselspannung mit der Frequenz f-f_o±Af wird inwhich at both ends by damping elements 30 in openings Ui, Ui are terminated reflection-free via amplifiers 35 ', 35 "to a carrier element 31. The first phase detector 36 is fed to the magnetostrictive wire 29 is a longitudinal shift phase difference of the two bars adjacent to it Transmitting element 32 and at the ends two alternating voltages Ui, Ui proportional direct voltage fixed receiving elements 32a ', 32a "are arranged. The voltage signal is generated, which is fed via an integrating element 37 to the transmitting element 32 or the receiving elements 32a ', 32a "to a first DC voltage-controlled oscillator 38 like the transmitting element 3 or shown in FIG. 1. The first oscillator 38 oscillates with the receiving element 3a constructed The two stationary one center frequency / Ό, which are fixed by the from the first receiving elements 32a, 32a ″ are on a base plate phase detector 36 outgoing integrated DC voltage 33, which are made of a material with an ion voltage changed by a small amount Af low thermal expansion coefficient. The zient emanating from the first oscillator 38 consists, for example, of quartz glass. AC voltage with the frequency ff _o ± Af is in

Der Abstand der beiden Empfangselemente 32a', einem ersten Teiler 39 um den Faktor N frequenzmäßigThe distance between the two receiving elements 32a ', a first divider 39 by the factor N, in terms of frequency

32a" ist so gewählt, daß er bei einer Mittenfrequenz k 32a "is chosen so that at a center frequency k geteilt und über einen zweiten Phasendetektor 40 unddivided and via a second phase detector 40 and

der Wechselspannung des Sendeelements 32 die η-fache 15 einen Verstärker 41 einem zweiten gieichspannungsge-the alternating voltage of the transmitting element 32 η times 15 an amplifier 41 a second equal voltage

Welienlänge Λ der erzeugten Ultraschallwelle beträgt. steuerten Oszillator 42 zugeführt. Dieser zweiteThe wavelength Λ of the generated ultrasonic wave. controlled oscillator 42 supplied. This second one Die in den beiden Empfangselementen 32a', 32a" Oszillator 42 schwingt ebenfalls mit einer Mittenfre-The oscillator 42 in the two receiving elements 32a ', 32a "also oscillates at a center frequency

entstehenden elektrischen Wechselspannungen sind quenz /Ό, die der vom ersten Oszillator 38 erzeugtenresulting electrical alternating voltages are quenz / Ό, those generated by the first oscillator 38

dann in Phase; diese gegenseitige Phasenlage wird Frequenz /o entspricht. Aufgrund der vom erstenthen in phase; this mutual phase position will correspond to frequency / o. Because of the first

durch die Lage des Sendeelements 32 nicht beeinflußt 20 Oszillator 38 ausgehenden Wechselspannung mit dernot influenced by the position of the transmitting element 32 20 oscillator 38 outgoing AC voltage with the

In einem Koordinatensystem mit dem Ursprung im Frequenz /—/o±2/ erzeugt der zweite Oszillator 42The second oscillator 42 generates in a coordinate system with the origin in the frequency / - / o ± 2 / Sendeelement 32 und der x-Achse parallel zum ebenfalls eine Wechselspannung mit der FrequenzSending element 32 and the x-axis parallel to also an alternating voltage with the frequency

magnetostriktiven Draht 29 haben die Empfangsele- f—k±Af, die durch einen zweiten Teiler 43 frequenz-Magnetostrictive wire 29 have the receiving element f — k ± Af, which is frequency-dependent by a second divider 43

rnente32a'32a "die Koordinaten xi,x₂ und den Abstand mäßig um den Faktoi N geteilt und über einenrnente32a'32a "the coordinates xi, x ₂ and the distance divided moderately by the factoi N and over a

Xo voneinander. 25 Verstärker 44 der Spule 34 des Sendeelements 32Xo from each other. 25 amplifier 44 of coil 34 of transmitter element 32 Die im Empfangselement 32a'erzeugte Wechselspan- zugeführt wird.The alternating voltage generated in the receiving element 32a 'is supplied.

nung kann durch die Gleichung: Der bisher beschriebene Teil dieser Schaltungsanordnung dient zur Konstanthaltung der Phasenlage /tion can be given by the equation: The part of this circuit arrangement described so far serves to keep the phase position constant /

U\=Hi- t² "''('" ~7~) — = -r der beiden Wechselspannungen Ui, Ui der U \ = Hi- t ² "''('" ~ 7 ~) - = -r of the two alternating voltages Ui, Ui der Empfangselemente 32a', 32a". Wenn infolge vonReceiving elements 32a ', 32a ". If as a result of

und die im Empfangselement 32a "durch die Gleichung: Temperaturänderungen die Schallgeschwindigkeit c derand that in the receiving element 32a ″ by the equation: temperature changes the speed of sound c der

Ultraschallwelle im magnetostriktiven Draht 29 undUltrasonic wave in magnetostrictive wire 29 and

2 r 1.1(1* *'^: ) 2 r 1.1 (1 * * ^':) damit auch die Wellenlänge λ der Ultraschallwelle sichthus also the wavelength λ of the ultrasonic wave itself

U2 = U₀ e ^ c / ₃- ä_n(j_{erti so} daß der Abstand x₀ zwischen den beiden U2 = U ₀ e ^ c / ₃ - ä _{n (} j _{erti so} that the distance x ₀ between the two Empfangselementen 32a', 32a" nicht mehr das n-facheReceiving elements 32a ', 32a "no longer n times

beschrieben werden (/-Frequenz der Wechselspan- der Wellenlänge λ beträgt, wird die Frequenz /=/₀±Af are described (/ -frequency of the alternating span wavelength is λ, the frequency becomes / = / ₀ ± Af

nung im Sendeelement 32 und c= Schallgeschwindigkeit der Wechselspannung an der Spule 34 des Sendeele-voltage in the transmitter element 32 and c = speed of sound of the alternating voltage at the coil 34 of the transmitter element

der Ultraschallwelle im magnetostriktiven Draht 29). ments 32 solange verändert, bis die Phasenlagethe ultrasonic wave in the magnetostrictive wire 29). ments 32 changed until the phase position

Mit Xi + X: = Xo ergibt sich: 40 zwischen den beiden Wechselspannungen Uu Ui wiederWith Xi + X: = Xo we get: 40 again between the two alternating voltages Uu Ui

x, X₀ \ *n konstant ist x, X ₀ \ * n is constant

(Λ = U₀ ■ e² ~° \ T ⁺ T") = t/i t"^if~7. (Λ = U ₀ ■ e ² ~ ° \ T ⁺ T ") = t / i t" ^if ~ 7. Zur Auswertung der relativen Verschiebung desTo evaluate the relative displacement of the

Sendeelements 32 bezüglich des Empfangselements 32a'Sending element 32 with respect to the receiving element 32a ' Die Phasenlage der beiden Wechselspannungen ist sind die Spule 34a'des Empfangselements 32a'über denThe phase position of the two alternating voltages is the coil 34a 'of the receiving element 32a' via the

also unabhängig von der Stellung des Sendeelcments 32 45 Verstärker 35' mit dem zweiten Phasendetektor 40 undthus regardless of the position of the transmission element 32 45 amplifier 35 'with the second phase detector 40 and

zwischen den beiden Empfangseiementen 32a', 32a"; sie der Ausgang des ersten Oszillators 38 sowie derbetween the two receiving elements 32a ', 32a "; they are the output of the first oscillator 38 and the

ist nur abhängig von der Schallgeschwindigkeit c der Ausgang des zweiten Oszillators 42 mit einemis only dependent on the speed of sound c the output of the second oscillator 42 with a

Ultraschallwelle bei konstanter Frequenz /der Wech- Differenzzähler 45 verbunden. Diese Auswerteschal-Ultrasonic wave at constant frequency / the Wech differential counter 45 connected. This evaluation switch

selspannung im Sendeelement 32. Da c-A · /ist, ändert tungsanordnung mit den Elementen 35', 38, 39, 40, 41,self-voltage in the transmitter element 32. Since c-A

sich bei Veränderung der Schallgeschwindigkeit c, 50 42, 43, 44,45 entspricht der Auswerteschaltungsanord-changes in the speed of sound c, 50 42, 43, 44, 45 corresponds to the evaluation circuit arrangement

beispielsweise durch Temperatureinflüsse, auch die nung nach F i g. 2 und hat die gleiche Arbeitsweise. Aus Sfor example by temperature influences, also the voltage according to FIG. 2 and works in the same way. From S.

Wellenlänge Λ und somit die Genauigkeit der Messung. den oben angegebenen Gründen sind der Spule 34 ein IWavelength Λ and thus the accuracy of the measurement. For the reasons given above, the coil 34 is an I. Für den Ausdruck /*, der die Phasenlage der beiden Kondensator 46, der Spule 34a' ein Kondensator 46a'For the expression / *, the phase position of the two capacitors 46, the coil 34a 'a capacitor 46a'

cc und der Spule 34a ein Kondensator 46a" paralleland a capacitor 46a ″ in parallel with coil 34a

Wechselspannungen der Empfangselemente 32a' 32a" 55 geschaltetAC voltages of the receiving elements 32a '32a "55 switched

bestimmt, kann man auch schreiben: / ^ = &. _Da die _J Weiter wird vorgeschlagen, für die Grundplatte 33definitely, you can also write: / ^ = & . _A s _J is also proposed for the base plate 33

r λ r λ das gleiche Material wie das der Werkzeugmaschinethe same material as that of the machine tool

Strecke xo eine Konstante ist, ist auch die Wellenlänge Λ oder des zu bearbeitenden Werkstücks bzw. derDistance xo is a constant, is also the wavelength Λ or of the workpiece to be machined or the

konstant, wenn die Phasenlage xa/k konstant gehalten Meßmaschine zur direkten Temperaturkonpensationconstant if the phase position xa / k is kept constant. Measuring machine for direct temperature compensation

wird. Dies kann durch Verändern der Frequenz /der w> vorzusehen.will. This can be done by changing the frequency / the w> to be provided.

Wechselspannung im Sendeelement 32 um einen Die Meßgenauigkeit wird weiterhin durch dieAC voltage in the transmitting element 32 by one

kleinen Betrag Af erfolgen, der sich aus der Formel Gleichmäßigkeit der Schallgeschwindigkeit c dersmall amount Af made from the formula uniformity of the speed of sound c the

A-c//ergibt Ultraschallwelle längs der magnetostriktiven Drähte I₁ Ac // gives an ultrasonic wave along the magnetostrictive wires I ₁ In der Fig.6 ist eine geeignete elektrische Schal- 25, 29 beeinflußt Eine höhere Genauigkeit kannIn FIG. 6 a suitable electrical circuit 25, 29 is influenced. A higher accuracy can

tungsanordnung zur Auswertung der Messungen der 65 dadurch erzielt werden, daß mehrere parallel zueinan-arrangement for evaluating the measurements of 65 can be achieved in that several parallel to one another

Kompensationsanordnung nach Fig.5gezeigt. Die von der angeordnete magnetostriktive Drähte 1, 25, 29Compensation arrangement shown in Figure 5. The magnetostrictive wires 1, 25, 29 arranged by the

der Ultraschallwelle in den Spulen 34a', 34a", der vorgesehen sind, deren Durchmesser klein gegenüberof the ultrasonic wave in the coils 34a ', 34a "which are provided, the diameter of which is small compared to

Empfangselemente 32a'.32a "induzierten Wechselspan- der Wellenlänge λ der Ultraschallwelle sind. DieReceiving elements 32a'.32a "are induced alternating voltage of the wavelength λ of the ultrasonic wave. The

Sendeelemente 3, 24, 32 und die Empfangselemente 3a, 24a, 32a' 32a" umfassen gleichzeitig jeweils alle parallelen magnetostriktiven Drähte 1, 25, 29, so daß Inhomogenitäten in den magnetostriktiven Drähten 1, 25,29, die statistisch verteilt sind, gemittelt werden.Sending elements 3, 24, 32 and the receiving elements 3a, 24a, 32a '32a "include all of them at the same time parallel magnetostrictive wires 1, 25, 29, so that inhomogeneities in the magnetostrictive wires 1, 25.29, which are statistically distributed, can be averaged.

Die Anordnungen nach der Erfindung zum inkrementalen Messen der Relativlage zweier Objekte sind nicht auf eine Meßrichtung, beispielsweise die v-Richiung beschränkt. The arrangements according to the invention for incremental Measuring the relative position of two objects are not restricted to one measuring direction, for example the v-direction.

Hierzu 3 Blatt ZcichiuiimcnFor this purpose 3 sheets of zcichiuiimcn

Claims

JO patent claims:

1. Arrangement for incremental measurement of the Relative position of two objects by means of ultrasonic waves. especially for machine tools and measuring machines, with at least one magnetostrictive conductor on which a stationary transmitter element or at least one receiving element for the ultrasonic waves is arranged. the one with the one object connected is. and on the longitudinally displaceable a transmitting element or at least one receiving element is provided for the ultrasonic waves, which is coupled to the other object, wherein the Phase position between an alternating voltage in the transmitter element that is used to generate the ultrasonic wave serves in the magnetostrictive conductor, and one of the ultrasonic wave in the receiving element induced alternating voltage is a measure of the relative position of the receiving element to the transmitting element represents, characterized by the combination of the following features:

a) The magnetostrictive conductor (1, 17, 25, 29) is at least one flexible metallic element of high length constancy in the form of a wire, ^2d tape or the like. Provided;

b) the transmitting element (3, 19, 32) has a ferrite core (4, 21) arranged on the magnetostrictive conductor (1,17, 29) and having an air gap (s, s ") ;

c) the receiving element (3a. 19a, 24a, 32a ', 32a ") has a ferrite core (4a, 2 \ a) arranged on the magnetostrictive conductor (1,17, 25, 29) with an air gap fs', s'") on;

d) the width of the air gap ft 5 ") of Sendeele- ^lr> mems (3, 19, 32) and the air gap (s \ s '") of the receiving element (3a, 19a, 24a, 32a', 32a "; be the half the wavelength (A) of the ultrasonic wave generated in the magnetostrictive conductor (1, 17, 25, 29) ... ^w

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that at least one wire is provided as the magnetostrictive conductor (1) and that the ferrite core (4) with the air gap (s) of the transmitting element (3) and the ferrite core (Aa) with the air gap ( s') of the receiving element (3a) are arranged radially symmetrically around the magnetostrictive conductor (1).

3. Arrangement according to claim 1, characterized marked v> is characterized in that is provided as magnetostruktiver conductor (17) a metallic strip, that the ferrite core (21) of the transmission element (19) and the core (21 a,} of the receiving element (19a, } have a rectangular cross-section, the width of the ferrite cores (21, 2 \ a) corresponding to the width of the magnetostrictive conductor (17), and that the ferrite cores (2t, 21a, l with the blade-shaped air gaps (s ", s'" ) touch the magnetostrictive conductor (17).

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that at least one wire is provided as the magnetostrictive conductor (29), at the ends of which a fixed receiving element (32a ', 32a ") are arranged, the mutual distance (xo) of which is an integral multiple of Wavelength (A) of the ultrasonic wave in the magneiosirictive conductor (29).

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the two stationary receiving elements (32a ', 32a') are fixedly arranged on a base plate (33).

6. Arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the transmitting element (3; 29) and the receiving element (3a; \ SaJ a permanent magnet (6; 22; 6a; 22a) is arranged such that its magnetic field is parallel to magnetostrictive conductor (1; 17) directed isL

7. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that a coil (5) of the transmitting element (3) and a coil (5a,) of the receiving element (3a,} each have a direct current bias exhibit.

8. Arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the coil (5; 20) of the transmitting element (3; 19) has a capacitor (16; 23) and the coil (5a; 20a) of the receiving element (3a; \ 9a) a capacitor (16a; 23a,) are connected in parallel.

9. Arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that a transmitting element (24) is a piezoelectric element is used.

10. The arrangement according to claim 9, characterized in that the transmission element (24) from piezoelectric ceramic.

U. Arrangement according to claim 5, characterized in that the base plate (33) consists of a Material with a very low coefficient of thermal expansion, in particular Quartz glass.

12. The arrangement according to claim 5, characterized in that the base plate (33) from the same material as the measuring machine or the machine tool or the one to be processed Workpiece.

13. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that the magnetostrictive Head (1, 17, 25, 29) made of an iron-nickel alloy or of another suitable material.

14. Arrangement according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the magnetostrictive Head (1, 17, 29) at both ends by a respective damping element (2, 18, 30) made of suitable Material, in particular PVC, is closed without reflection.

15. Arrangement according to claim 1, characterized in that the magnetostrictive conductor (25) at one end by a damping element (27) made of a suitable material, in particular PVC, is completed without reflection.

16. Circuit arrangement for evaluating the measuring arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that a high-frequency generator (7) via a divider (8) with a division factor (N) with a first input of a phase detector (9) and the coil (5a) of the Receiving elements (3a,} are connected via an amplifier (10) to a second input of the phase detector (9), the output of which is connected via an amplifier (11) to the input of a DC voltage-controlled oscillator (12), the output of which is connected via a divider (13 ) is connected to the coil (5) of the transmitter element (3) with a division factor (N) and an amplifier (14).

17. Shuttering arrangement according to claim 16, characterized in that the outputs of the

High frequency generator (7) and the DC voltage controlled Oscillator (12) are connected to the inputs of a differential counter (15).

IS. Circuit arrangement for evaluation of the measuring arrangement according to claim I or 4, characterized in that the coil (34VJ of the receiving element {32 ') via an amplifier (35') and the coil (34a ") of the receiving element {32") top an amplifier (35 ") are connected to the inputs of a first phase detector (36), the output of which is connected via an integrator (37) to the input of a first DC-controlled oscillator (38), the output of which is connected to a division factor (N) via a first divider (39) , a second phase detector (40) and an amplifier (41) is connected to the input of a second DC-controlled oscillator (42), and its output via a second divider (43) with a division factor (7 \ ', ^v and an amplifier (44 ) is connected to the coil (34) of the transmitting element (32)

19. Circuit arrangement according to claim 18, characterized in that the coil {34a ') of the receiving element {32a) is connected via the amplifier (35') to a second input of the second phase detector (40), and that the outputs of the first DC voltage-controlled The oscillator (38) and the second DC-controlled oscillator (42) are connected to the inputs of a differential counter (45).

20. Circuit arrangement according to claim 18, characterized in that the coil (34) of the transmitting element (32) has a capacitor (46), the coil (34a '^ of the receiving element (32a ') a capacitor (46a ') and the coil (34a ") of the receiving element (32a",; a capacitor (4Sa ") are connected in parallel.