球柵

球柵（Ballgrid）是一種新型的位移感測器，隨著球柵技術的不斷發展，球柵系列產品在國內的套用領域越來越廣，特別是在機械行業的套用範圍逐漸擴大，由重、大型工具機延伸到中、小型工具機，球柵產品的性能和質量也逐步趨於成熟。

基本介紹

• 中文名：球柵
• 外文名：Ballgrid或BallGrid
• 概念：位移感測器
• 優點：抗磁能力強

基本概念

球柵（英文名稱Ballgrid或BallGrid）是20世紀70年代發展起來的一種位移感測器。

位移感測器的主要作用是將連續變化的機械位移量（模擬信號）轉換為正弦波或TTL方波形式的電信號（模擬信號或數位訊號）。

利用球柵測量技術對機械設備的線位移或角位移進行數字測量的位移測量系統稱之為球柵測量系統。

由球柵位移感測器及其數字顯示儀表組成的數字測量系統則稱為球柵數顯系統。

球柵測量原理

球柵測量系統基於電磁感應原理，和傳統的電源變壓器類同。電源變壓器一般有兩組線圈，即輸入（傳送）線圈和輸出（讀取）線圈，當輸入激磁交流電時，在輸出線圈中便得到交流輸出電壓，根據輸入線圈和輸出線圈間介質的不同（導磁率不同），輸出電壓的大小是不一樣的。空氣導磁率約為1，如果在輸入線圈和輸出線圈之間放入導磁金屬，在輸出線圈中得到的感應電壓就增大了，導磁金屬越多，輸出電壓便越大。見圖一：

根據以上球柵數顯的結構和原理，可以知道：

1、球柵尺的精度主要取決於鋼球的精度，即鋼球的直徑和園度需要精加工保障。由於球的半直徑精度可以精選且能互相補償，因此球柵尺可以達到較高的精度。

2、鋼球的直徑即為球柵尺的測量周期，增加鋼球的數量就可以增大量程，只要裝鋼球的不鏽鋼管足夠長，量程便不受其他因素的限制。

球柵的優點

與其他位移感測器相比，球柵具有許多獨特的優點：

（1）採用全密封結構，球柵尺的高精度鋼球、線圈和相關電子電路均被完全密封，防護等級可達IP67，是防護等級最高的一種位移感測器。可以在水中和油中工作，這一特點特別適合水下機械和一些必須在浸在水中進行加工的機械。

（2）尺體為金屬結構，保護良好，不會因冷卻水、冷卻液、金屬切屑、粉末和塵土等的影響而污損，特別適合惡劣環境條件下的加工。

（3）金屬殼體剛性強、密封好，即使用噴槍清理工具機時，直接噴射到球柵尺上也不會損壞。

（4）基準鋼球的線膨脹係數與工具機相同，對車間溫度的變化極小。

（5）抗磁能力強，能在強磁場和強輻射條件下工作，可用於原子反應堆。

（6）抗震、抗衝擊、耐磨，球柵尺的損壞率很小。

（7）球柵數顯主要部件為組裝式結構，安裝簡單，維護方便，操作容易。

（8）球柵尺單根最長可達14米，並可無限接長，幾乎能滿足所有重型工具機的加工。

（9）保用期可長達10年，免除經常維修帶來的餘悸和憂患。

基本組成

球柵數顯系統主要由以下三部分組成：

1、球柵尺：在一根非導磁的不鏽鋼管內裝入導磁的高精密鋼球組成。特殊材質的導磁鋼球經高精度加工、研磨、篩選，裝入不鏽鋼管並在預載條件下校正、封裝、檢測，可終身使用。

2、讀數頭：包含6組線圈，每組線圈均包括輸入（傳送）和輸出（讀取）線組。線圈及相關的電子電路全部用環氧樹脂密封，以隔絕和防止冷卻液、機油及其他物質的侵害。

3、<strong>數顯表</strong>：將接收到的模擬信號進行插補和數位化處理並直觀顯示出來的顯示儀表，內含電流、電路板、顯示數碼器件等。按顯示的坐標數劃分可分為單坐標、兩坐標和三坐標等，按工具機套用類型劃分可分為標準型、銑床型和車床型，按功能不同可劃分可分為RDS型、B50型、ND80型等。

套用特點

球柵數顯系統主要套用於新工具機的數顯配套和老設備的技術改造，原先多用於工作環境較為惡劣的臥式鏜床、落地鏜銑床、龍門刨床、立式車床等重、大型工具機，目前已逐步適用於臥車、萬能升降台銑床、萬能迴轉頭銑床、龍門銑床等中、小型工具機。其實質是對傳統機械位移測量和檢驗方式的變革，把過去的標尺、刻度盤、卡量工具的讀數變成直觀、準確的數字顯示，不受環境、外界、人為等因素的客觀干擾。對節省測量時間、降低廢品率、節約能源、提高生產工作效率、提高產品加工精度、保證產品質量、減輕工人勞動強度等都具有重要意義，可為企業帶來明顯的經濟效益和社會效益。

發展概況

20世紀50年代起，世界各國都在致力於發展數字位移測量技術，隨著微電子技術的發展和微處理器的出現，數字測量技術得到了飛速發展，感應同步器、光柵、磁柵、容柵和球柵數顯系統相繼問世。採用數顯裝置的工具機和量具量儀能夠明顯提高測量和加工的精度和效率，數顯化率因而也反映了一個國家現代製造業的發展水平。

我國的數顯技術起步較晚，直到80年代中後期才逐步開始在國內推廣數顯技術。由於國內數顯產品難以滿足國內工具機行業的需求，陸續引進了日本SONY磁柵數顯系統、德國HEIDENHAIN和西班牙FAGOR光柵數顯系統、英國NEWALL球柵數顯系統等國外數顯產品，同時極大促進了我國數顯產業的發展和提高。目前，我國已成為位移感測器的生產大國，其中光柵尺的銷售量已占世界市場的一半以上。

球柵數顯系統是發展較晚的一種位移測量系統，被引入國內的時間也相對較晚，直到90年代末才被國內的工具機廠家所使用。與光柵的情況有所不同，球柵的生產廠家為數很少，進口的僅有英國NEWALL公司一家，國內則是上海球柵測量系統有限公司一家獨大，目前國內的球柵市場也被這兩家公司所壟斷。繼英國NEWALL公司在1975年率先推出柵距12.7mm、解析度為5μm的球柵尺以來，上海球柵測量系統有限公司也推出了柵距5mm、解析度1μm的高精度微型球柵尺，填補了國內空白。目前，普通球柵尺和微型球柵尺的單根最大測量長度已分別可達14米和2米。隨著球柵測量技術的不斷進步和生產技術的不斷革新，球柵的套用領域和適用範圍也將進一步擴大。