KR20210037698A

KR20210037698A - 산업 장치의 2개의 전자 디바이스 간의 통신을 위한 무선 디지털 통신 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20210037698A
Application number: KR1020217005573A
Authority: KR
Inventors: 로버토 파도바니
Original assignee: 마포스 쏘시에타 페르 아지오니
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2021-04-06
Also published as: EP3831126B1; JP7515457B2; KR102628296B1; JP2021533632A; WO2020025507A1; US11477061B2; EP3831126A1; US20210273833A1; ES2927837T3

Abstract

산업 장치(1)의 2개의 전자 디바이스(3, 16) 간의 통신을 위한 무선 디지털 통신 방법으로서, - 대응하는 수(N-1)의 사일런스 간격들(26)과 교호하는 특정 수(N)의 펄스들(25)의 각각의 시퀀스에 의해 각각의 정보 비트를 인코딩하는 단계 - 각각의 펄스는 ns보다 짧거나 그와 동등한 펄스 지속기간(TI)을 갖고 상기 사일런스 간격들은 30ns보다 길거나 그와 동등한 각각의 사일런스 지속기간들(TSj)을 가짐 - 제1 전자 디바이스에 의해, 어떠한 무선 반송파도 변조하지 않고 펄스들의 시퀀스에 대응하는 복수의 무선 펄스를 포함하는 무선 신호(RS)를 송신하는 단계, 및 - 다른 전자 디바이스에 의해, 상기 무선 신호를 수신 및 디코딩하여 상기 정보 비트를 획득하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 전자 디바이스들 간에 정보를 교환하기 위한 추가적인 단계들을 포함할 수 있는데 그에 따라 상기 전자 디바이스들 하나는, 대기 상태에 있는 동안, 요청 메시지를 송신하고, 다른 전자 디바이스로부터의 응답 메시지를 기다리고(일부 조건들이 충족되면), 응답 메시지가 수신되면, 2개의 전자 디바이스가 서로 통신적으로 결합되는 동작 상태로 전환한다.

Description

산업 장치의 2개의 전자 디바이스 간의 통신을 위한 무선 디지털 통신 방법 및 시스템

본 발명은 산업 장치의 2개의 전자 디바이스 간의 통신을 위한 무선 디지털 통신 방법 및 와 대응하는 무선 디지털 통신 시스템에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 적어도 이동식 프로브와 공작 기계의 프레임에 고정된 적어도 하나의 기지국 간의 통신에서 유리하지만 배타적이지 않은 응용을 발견하고, 그에 대해 이하의 설명은 순전히 예로서 언급할 것이다.

산업 장비 및 장치의 분야에서 사용되는 무선 통신 시스템들은, 예를 들어 프로브, 예를 들어 필러 디바이스(feeler device)를 포함하는 프로브와, 공작 기계의 프레임에 고정된 기지국 간의 무선 통신을 위해 알려져 있다. 그러한 무선 통신 시스템들은 정보를 포함하는 변조 신호에 의해 적절하게 변조되는 특성을 갖는 반송파 신호, 예를 들어 적외선 대역의 광 반송파(optical carrier) 또는 무선 반송파(radio carrier)를 사용하여 전자 디바이스로부터 다른 디바이스로 그러한 정보를 송신한다. 변조되는 반송파의 특성은, 예를 들어, 진폭, 위상 또는 주파수이다.

변조되는 반송파의 특성이 무엇이든 그리고 변조 신호의 정보 콘텐츠가 무엇이든 간에, 정보 콘텐츠의 송신 동안 반송파 신호가 지속적으로 송신되는데, 즉, 변조된 반송파에 기초한 무선 통신은 전자기장의 지속적인 방출을 생성한다.

산업 응용 분야의 단점들은 다음과 같다:

- 배터리로 전력이 공급되는 이동식 프로브에서 특히 바람직하지 않은, 상당한 전력 소비,

- 동일한 작업 영역에 공존하는 더 많은 무선 통신 시스템들 간의 간섭, 및

- 그 존재가 선험적으로 알려져 있지 않은 많은 금속 물체들, 및 움직이는 많은 사람들이 존재하는 실제 산업 작업 환경에서 식별하는 것이 실질적으로 불가능한 강력한 상쇄 간섭의 영역들을 생성하는, 다중 경로 페이딩(multi-path fading)이라고 불리는 현상의 존재.

더욱이, 산업 장치의 임의의 프로브는 전형적으로 기지국에 통신적으로 결합되어야 해서 그것들은 그것들의 통신 중에 서로를 인식할 수 있게 되고 특정 공작 기계의 기지국은 다른 공작 기계와 관련하여 동작하는 프로브의 송신을 고려하지 못하게 된다. 무선 통신 프로토콜을 이용하는 알려진 시스템들에서는, 프로브와 기지국 간의 상호 인식 또는 인증은 인식 절차 또는 인증을 시작하기 위해 운영자 또는 외부 시스템의 개입을 필요로 한다.

본 발명의 목적은 위에 기술된 단점들이 없고 그와 동시에 저렴하게 구현하고 용이하게 생산할 수 있는 산업 장치의 2개의 전자 디바이스 간의 무선 통신 방법 및 관련 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 첨부된 청구범위에서 정의된 바와 같은 산업 장치의 2개의 전자 디바이스 간의 통신을 위한 무선 디지털 통신 방법, 산업 장치의 2개의 전자 디바이스 간의 통신을 위한 무선 디지털 통신 시스템 및 산업 장치가 제공된다.

본 발명의 비제한적인 실시예가 다음의 첨부 도면들을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
- 도 1은 본 발명에 따른 무선 통신 방법에 의하여 서로 통신하는 2개의 전자 디바이스를 포함하는 산업 장치를 개략적으로 도시한다.
- 도 2는 본 발명에 따른 무선 통신 방법의 일부를 예시하는 타임 차트이다.
- 도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 무선 통신 방법의 인코딩 단계의 상이한 실시예들을 예시하는 타임 다이어그램들이다.

도 1에서, 숫자 1은 공작 기계(2)와 "접촉 트리거(touch trigger)" 유형의 프로브(3)를 포함하는 산업 장치를 전체적으로 나타낸다.

공작 기계(2)는 베이스(4), 베이스(4)에 견고하게 결합된 프레임(5), 공작물(7)이 배치된 작업 영역(6), 및 예를 들어, 공작물(7)을 기계가공하도록 적응된 공구(9)를 운반하는 스핀들(spindle)을 포함하는 이동식 작동 헤드(8)를 포함한다. 작동 헤드(8)는 작업 영역(6)에서 이동할 수 있도록 프레임(5)에 고정된 가이드들(10)을 따라 미끄러질 수 있는 방식으로 프레임(5) 상에 장착된다. 공작 기계(2)는 숫자 11로 표시된 수치 제어 유닛을 더 포함한다.

프로브(3)는 작동 헤드(8)에 연결가능하고, 더 구체적으로 그것은 공작물(7)에 대한 검사를 수행하기 위해, 그리고 특히 공작물(7)의 기계가공 전, 그 동안 및 그 후에 그것의 위치 및 치수를 검사하고, 대응하는 판독치들을 제공하기 위해 작동 헤드(8)의 바디에 고정될 수 있다. 전형적으로, 프로브(3) 및 작동 헤드(8)는 대안적으로 공구(9)에 결합되지만, 설명의 단순함을 위해, 도 1은 프로브(3) 및 공구(9) 둘 다가 동시에 작동 헤드(8)에 고정된 것을 보여준다.

특히, 프로브(3)는 한쪽 단부에 필러(13)가 제공되는 이동식 암(12), 필러(13)가 공작물(7)에 접촉하자마자 전기 신호를 생성하도록 적응된, 예를 들어 마이크로스위치를 포함하는 검출 디바이스(14), 및 검출 디바이스(14)에 결합되어 후자로부터 접촉에 의해 생성된 전기 신호를 수신하는, 제어 유닛(15), 예를 들어 마이크로컨트롤러를 포함한다. 이동식 암(12)), 필러(13) 및 검출 디바이스(14)는 접촉 트리거 프로브를 형성한다는 점에 유의해야 한다.

공작 기계(2)는, 도면에 개략적으로 도시된 바와 같이, 프레임(5)에 연결될 수 있는 기지국(16)을 포함하고, 통신 인터페이스(18)에 의하여 수치 제어 유닛(11)에 연결된 제어 유닛(17), 예를 들어 마이크로컨트롤러를 포함한다.

프로브(3)는 적어도 하나의 미리 결정된 방향을 따라 가속도를 검출하기 위한 가속도계(19)를 더 포함한다.

산업 장치(1)는 프로브(3)와 기지국(16)으로 구성된 2개의 전자 디바이스 간의 통신을 위해, 일반적으로 20으로 표시된 무선 디지털 통신 시스템을 포함한다. 2개의 전자 디바이스 중 하나 및 다른 하나는 제1 전자 디바이스 및 제2 전자 디바이스로서 식별될 수 있다. 통신 시스템(20)은 본 발명의 방법 또는 무선 디지털 통신 프로토콜을 구현한다.

통신 시스템(20)은, 2개의 전자 디바이스(3 및 16) 각각에 대해, 정보 비트들을 인코딩하고 이에 따라 송신될 신호들을 획득하기 위한 그리고 수신된 신호들을 디코딩하고 따라서 정보 비트들을 결정하기 위한 각각의 인코딩 및 디코딩 디바이스(21 및 22)를 포함한다. 2개의 전자 디바이스(3 및 16)는 또한 상대 인코딩 및 디코딩 디바이스들(21 및 22)에 연결된 각각의 무선 트랜시버들(23 및 24)을 포함한다. 도 2는 프로브(3)로부터 기지국(16)으로 또는 그 반대로 디지털 신호의 송신을 나타낸다. 각각의 인코딩 및 디코딩 디바이스(21, 22)는 디지털 신호의 적어도 하나의 정보 비트, 바람직하게는 각각의 정보 비트를, 대응하는 수(N-1)의 사일런스 간격들(26)로 교호되는 특정 수(N)의 펄스들(25)의 각각의 시퀀스로 인코딩하도록 구성된다. 다시 말해서, 2개의 인접한 펄스들(25)는 사일런스 간격(26)만큼 이격된다. N개의 펄스(25)의 시퀀스는 TB로 표시된 비트 시간과 동등한 총 지속기간을 갖는다. 각각의 펄스들(25)는 실질적으로 에너지가 제한되고 10ns보다 짧거나 그와 동등한 펄스 지속기간 TI, 바람직하게는 각각의 펄스들(25)에 대해 동일한 지속기간 TI를 갖는 시간 함수에 의해 정의된다. 사일런스 간격들(26)은, 각각 30ns보다 길거나 그와 동등한, 각각의 사일런스 지속기간들 TSj를 갖는다.

도 2는 각각의 펄스들(25)를 직사각형 파형을 갖는 것으로서 개략적으로 예시하지만, 이는 본 발명의 필수적인 특징은 아니다.

송신하는 전자 디바이스(3)(또는 16)의 트랜시버(23)(또는 24)는 도 1에서 RS로 표시된 무선 신호를 송신하도록 구성되고, 이 무선 신호는 어떠한 무선 반송파도 변조하지 않고, 펄스들(25)의 시퀀스에 대응하는 복수의 무선 펄스를 포함한다. 다시 말해서, 무선 신호 RS의 각각의 펄스는 실질적으로 에너지 제한된 펄스이고 실질적으로 동일한 펄스 지속기간 TI를 갖고 무선 신호 RS의 펄스들은 실질적으로 사일런스 지속기간들 TSj로 이격된다. 수신하는 전자 디바이스(16)(또는 3)의 트랜시버(24)(또는 23)는 무선 신호 RS를 수신하고 이를 각각의 인코딩 및 디코딩 디바이스(22)(또는 21)에 공급하도록 구성되고, 후자는 그러한 무선 신호 RS를 디코딩하여 각각의 정보 비트를 획득하도록 구성된다.

통신 시스템(20)은 프로브(3)에 의해 제공되는 판독치들을 기지국(16)에 디지털 형식으로 송신하기 위해 산업 장치(1)에서 유리하게 사용된다. 기지국(16)의 제어 유닛(17)은 통신 시스템(20)을 통해 수신된 판독치들을 수집하도록 구성된다. 특히, 프로브(3)의 제어 유닛(15)은 검출 디바이스(14)에 의해 공급된 전기 신호를 비트 또는 전형적으로 더 많은 비트들의 시퀀스인 디지털 신호로 변환하도록 구성되고, 이는 도 2를 참조하여 위에 기술된 방식으로 인코딩 및 디코딩 디바이스(21)에 의해 인코딩되고 각각의 트랜시버(23)에 의해 무선(무선 신호 RS)을 통해 송신된다. 기지국(16)에서, 트랜시버(24)는 무선 신호 RS를 수신하고, 각각의 인코딩 및 디코딩 디바이스(22)는 무선 신호 RS를 디코딩하여 제어 유닛(17)에 의해 수집되는 디지털 신호를 획득한다.

통신 시스템(20)은 또한 반대 방향으로의 송신을 위해, 즉, 기지국(16)으로부터 프로브(3)로 명령 및 프로그래밍 제어를 디지털 형식으로 송신하기 위해 사용된다.

특히 도 3을 참조하면, 각각의 인코딩 및 디코딩 디바이스(21, 22)는 대응하는 정보 비트의 값에 기초하여 N개의 펄스의 각각의 시퀀스의 펄스들(25)의 극성들을 변조하도록 구성된다. 도 3의 예에서는, 위상 변조에서, 예를 들어 BPSK 변조에서 흔히 의도된 바와 같이, 정보 비트가 높은 논리 값(도 3의 비트=1)을 가진다면, 펄스들(25)은 모두 양의 값을 갖고, 그렇지 않고 정보 비트가 낮은 논리 값(도 3에서 비트 =0)을 가진다면, 펄스들(25)은 모두 음의 값, 즉, 반대 극성을 갖는다. 사일런스 지속기간들 TSj는 서로 동일하다.

도 3의 실시예의 변형인, 도 4에 예시된 본 발명의 추가 실시예에 따르면, 정보 비트가 높은 논리 값을 가진다면, 펄스들(25)의 시퀀스는 양의 펄스들(25a) 및 음의 펄스들(25b)의 교대를 특징으로 하고, 그렇지 않고 정보 비트가 낮은 논리 값을 가진다면, 펄스들(25)의 시퀀스는 펄스들의 상이한 교대를 특징으로 한다. 그러한 상이한 교대는 인코딩 및 디코딩 디바이스(21, 22)에 의해 수행되는 디코딩 동안 높은 논리 값과 낮은 논리 값의 정보 비트들을 쉽게 구별할 수 있게 하기 위해 높은 로직 레벨을 갖는 정보 비트를 특징으로 하는 것과 반대되는, 또는 바람직하게는, 그에 직교하는 극성을 갖는 펄스들로 구성될 수 있다. 서로 직교하는 펄스들의 시퀀스들은 낮은 상호 교차상관관계를 갖는 펄스들의 시퀀스들을 의미한다.

도 5에 예시된 본 발명의 추가 실시예에 따르면, 각각의 인코딩 및 디코딩 디바이스(21, 22)는 대응하는 정보 비트의 값의 함수로서 N개의 펄스(25)의 각각의 시퀀스에서 사일런스 지속기간들 TSj를 변조하고(펄스 위치 변조), 특히 높은 논리 값과 낮은 논리 값의 정보 비트들을 쉽게 구별할 수 있게 하기 위해 2개의 별개의 지속기간의 시퀀스에 따라 변조하도록 구성된다.

도 5에 예시된 예에서, 정보 비트가 높은 논리 값을 가진다면, 사일런스 지속기간들 TSj는, 예를 들어, 제2 값 TS2보다 더 큰 제1 값 TS1에서 시작하는 2개의 값 TS1 및 TS2의 제1 교대에 따라 변조된다. 그렇지 않고 정보 비트가 낮은 논리 값을 가진다면, 사일런스 지속기간들 TSj는 제2 값 TS2에서 시작하는 동일한 2개의 값 TS1 및 TS2의 제2 교대에 따라 변조된다. 다시 말해서, 사일런스 지속기간들 TSj가 변조되는 2개의 별개의 지속기간들의 시퀀스는 이치 시퀀스들(binary sequences)로서 정의될 수 있다.

도 5의 실시예의 변형들이고 도면들에 예시되지 않은, 본 발명의 추가 실시예들에 따르면, 사일런스 지속기간들 TSj가 변조되는 2개의 별개의 지속기간들의 시퀀스는 삼치 시퀀스들(ternary sequences)이거나(즉 그것들은 서로 교대하는 사일런스 지속기간들 TSj의 3개의 상이한 값을 포함한다), 또는 3보다 큰 차수의 시퀀스들이다.

도 6에 예시된 본 발명의 추가 실시예에 따르면, 각각의 인코딩 및 디코딩 디바이스(21, 22)는 OOK(On-Off Keying) 변조에 따라, 특히 억제되는, 즉, 송신되지 않는 상이한 수의 펄스들에 대해 상이한 2개의 상이한 펄스 시퀀스에 따라 대응하는 정보 비트의 값의 함수로서 N개의 펄스의 각각의 시퀀스의 펄스들(25)의 진폭을 변조하도록 구성된다. 사일런스 지속기간들 TSj는 서로 동일하다.

도 6의 예에서, 존재하는 펄스들은 25c로 표시되고 억제된 펄스들은 점선으로 예시되고 25d로 표시된다.

도면에 도시되지 않은 본 발명의 추가 실시예들에서는, 위에 기술된 펄스들(25)의 변조 기법들(진폭 또는 극성/위상 변조)의 그리고 사일런스 지속기간들 TSj의 적어도 일부가 서로 조합되어 통신의 견고성을 향상시킬 있는 혼합 변조를 정의한다. 예를 들어, 각각의 인코딩 및 디코딩 디바이스(21, 22)는 2개의 별개의 지속기간들의 시퀀스에 따라 펄스들(25)의 극성들과 동시에 사일런스 지속기간들 TSj를 변조하도록 구성된다.

예로서, 정보가 1Mbps의 속도로 송신되고, 각각의 정보 비트에 대해 펄스의 수 N=32이고 펄스 지속기간 Tl=2ns이면, 1ps의 기간 동안, 즉 하나의 정보 비트를 송신하기 위해 필요한 시간 기간 동안, 전자기장이 64ns의 기간 동안만, 즉 6.4%의 시간 동안만 방출된다. 이는 상당한 에너지 효율성을 보장하는 것을 허용한다. 이 예에서 사일런스 지속기간들 TSj는 약 30.2ns와 동등하다는 것을 알 수 있다.

전자기파들의 전파 속도는 진공에서 빛의 속도, 즉 3×10⁸m/s보다 약간 낮기 때문에 신호 RS는 약 3.3ns에 1m 거리와 약 33ns에 10m의 거리에 걸쳐 진행된다. 이는 펄스 지속기간 TI가 3.3ns보다 짧고 사일런스 간격이 33ns보다 길면, 반경 1m의 내부 원주와 반경 10m의 외부 원주 사이에 구성된 고리의 영역에서, 또한 프로브(3)와 기지국(16) 사이에 존재하는 임의의 장애물들의 표면들에서의 몇 번의 반사 후에 펄스들(25)의 빠른 감쇠 덕분에, 펄스들(25)은 겹치지 않는다. 사실, 극도로 감소된 펄스 지속기간 TI는 신호 RS의 스펙트럼 콘텐츠가 전파 거리가 증가함에 따라 강하게 감쇠되는 매우 높은 주파수들로 시프트되게 한다.

극도로 감소된 펄스 지속기간 TI와 펄스 지속기간 Tl보다 훨씬 긴 사일런스 지속기간들 TSj(예를 들어 펄스 지속기간 TI의 10배의 지속기간) 및 변조된 반송파의 부재는 다중 경로 페이딩 현상을 크게 감소시키는 것을 허용한다. 사실, 무선 반송파의 지속적인 방출은 송신기로부터 소정의 거리를 두고 전자기장의 분포를 생성하는데, 이는 전자기파들의 전파 시간들과 비교하여, 실질적으로 고정되고 많은 금속 물체들 및 움직이는 사람들이 존재하는 실제 산업 작업 환경에서 식별하기가 실질적으로 불가능한 보강 및 상쇄 간섭의 영역들의 공간에서 무한한 수의 반복을 갖는다. 2개의 전자 디바이스(3 및 16) 중 하나가 상쇄 간섭의 영역에 배치되면, 통신의 품질이 악화될 것이고, 이는 통신 손실을 야기할 수도 있다. 매우 짧은 지속기간의 무선 펄스들을 특징으로 하는 신호 RS는 다중 경로 페이딩을 감소시키는데 그 이유는 그것은 상기 고정된 전자기장의 분포를 생성하지 않고 심지어, 위에 언급된 예에서와 같이, 펄스 지속기간 Tl와 사일런스 지속기간들 TSj 사이의 비율을 적절하게 선택하는 것에 의해 결정된 유한 치수의 영역에서 다중 경로 페이딩을 제거하기 때문이다.

유리하게는, 각각의 트랜시버(23 및 24)는 신호의 모든 지향되지 않은 경로들로부터 에너지를 수집하고 따라서 통신을 더 경고하게 만들기 위해, 즉 수신시 신호와 잡음 간의 더 높은 비율을 획득하기 위해 신호 RS로부터 유래하는 반사 신호의 적어도 일부를 수신하기 위해 소위 레이크 수신기로서 구성된 각각의 수신기(도시되지 않음)를 포함한다. 레이크 수신기의 작업은 신호 RS의 반사된 펄스들이 서로 시간적으로 그리고 직접 펄스로부터 충분히 분리되어 있다는 가설에서 용이하게 된다.

본 발명의 무선 디지털 통신 방법 및 대응하는 통신 시스템(20)의 다른 이점은 여러 통신 시스템들이 동일한 영역에서 공존하는 - 즉 동시에 동작하는 것을 허용하는 가능성이다. 그러한 공존은, 서로 상이한 펄스의 수 N 및 사일런스 지속기간들 TSj에 관한 한, 정보 비트의 인코딩 방식들을 선택하는 가능성 덕분에 가능하게 된다. 특히, 각각의 인코딩 방식은 높은 자기상관관계, 즉 동일한 방식으로 코딩된 신호의 시간 시프트된 복제본에 대해 높은 상관관계, 및 낮은 교차상관관계,즉 상이한 인코딩 방식들로 코딩된 신호의 시간 시프트된 복제본에 대해 낮은 상관관계를 나타내야 한다.

본 발명의 추가 양태에 따르면, 제어 유닛들(15 및 17)은 위에 기술된 무선 디지털 통신 프로토콜에 기초하여 프로브(3)와 기지국(16) 간에 정보를 교환하는 방법을 구현하도록 구성된다.

작동 헤드(8)에 고정되기 전에, 프로브(3)는 전형적으로 매거진에 수용되고 전기 에너지의 소비를 최소로 감소시키기 위해 대기 상태에 있다. 프로브(3)가 대기 상태일 때, 그것의 제어 유닛(15)은 주기적으로 이벤트를 생성하고, 그 결과 프로브(3)는 기지국(16)으로 보내지도록 의도된 요청 메시지를 송신한다. 요청 메시지는 이전에 기술된 무선 디지털 통신 프로토콜에 따라 송신되는데, 즉, 요청 메시지는 각각이 무선 신호 RS의 무선 펄스들의 시퀀스에 대응하는 N개의 펄스(25)의 시퀀스로 인코딩된 복수의 비트를 포함한다.

요청 메시지는 또한 요청 메시지의 제1 정보 비트의 펄스들(25)의 시퀀스 중 제1 펄스의 송신 순간을 나타내는 타임스탬프를 포함한다. 송신 순간은 제어 유닛(15)의 내부 클록에 기초하여 그리고 코더 및 디코더(21)의 내부 지연들에 기초하여 결정된다.

기지국(16)은 요청 메시지를 수신하고 그것을 디코딩하여 송신 순간에 대한 정보를 포함하는 타임스탬프를 추출한다. 기지국(16)의 제어 유닛(17)은, 각각의 트랜시버(24)와 협력하여, 수신된 요청 메시지의 제1 펄스의 수신 순간을 검출한다.

이 시점에 제어 유닛(17)은 요청 메시지의 비행 시간, 즉 송신 순간 및 수신 순간에 기초하여 프로브(3)에 의해 기지국(16)에 요청 메시지를 가져온 무선 신호 RS의 전파 시간을 계산하고, 비행 시간의 함수로서 프로브(3)와 기지국(16) 사이의 거리를 추정한다. 추정된 거리가 미리 결정된 조건을 충족시킨다면, 예를 들어, 그러한 추정된 거리가 작업 영역(6)의 확장을 나타내는 미리 결정된 거리보다 작다면, 기지국(16)은 응답 메시지를 송신한다.

프로브(3)는, 응답 메시지를 수신할 때, 2개의 전자 디바이스(3, 16)가 서로 통신적으로 결합되고 프로브(3)가 기지국(16)에 통신할 수 있는 동작 상태로 전환한다.

위에 기술된 정보 교환 방법은 제어 유닛들(15 및 17)의 내부 클록들이 서로 코디네이션될 것을 필요로 한다. 대안적인 실시예에 따르면, 클록들의 코디네이션은 프로브(3)와 기지국(16) 간의 메시지들의 이중 교환에 의해 2개의 클록 간의 차이를 보상하는 것에 의해 획득될 수 있고, 그러한 메시지들은 메시지 자체의 제1 펄스의 송신 순간에 대응하는 타임스탬프를 포함한다.

본 발명의 추가 실시예에 따르면, 응답 메시지는 주기적으로 생성된 내부 이벤트의 결과로서 프로브(3)에 의해 송신되지 않고, 대기 상태 동안에 검출된 상이한 이벤트의 결과로서 송신된다.

가속도계(19)는 프로브(3)가 대기 상태에 있는 동안 특정 방향을 따라, 예를 들어 작동 헤드(8)의 종축에, 특히 프로브(3)가 작동 헤드(8)에 고정될 때 스핀들의 종축에 평행한 방향을 따라 가속도를 검출하기 위해 활성이다. 이러한 방식으로, 작동 헤드(8)가 프로브(3)와 맞물리고 그것을 잡을 때 발생되는 진동들이 가속도계(19)에 의해 가속도로서 검출될 수 있다. 검출된 가속도가 결정된 특징들을 가진다면, 프로브(3)는 요청 메시지를 송신한다. 특히, 가능한 실시예에 따르면, 검출된 가속도가 임계 가속도 값보다 큰 진폭과 임계 시간 값보다 짧은 지속기간을 갖는 피크를 가진다면, 프로브(3)는 요청 메시지를 송신한다.

도면들에 예시되지 않은, 본 발명의 추가 실시예에 따르면, 적어도 기지국(16)의 트랜시버(24)는 요청 메시지를 수신하기 위해 미리 결정된 상호 거리를 두고 배치된 2개의 각각의 안테나들을 포함하는 2개의 수신기를 포함한다. 기지국(16)의 제어 유닛(17)은 상기 2개의 수신기로부터 제1 수신된 요청 메시지 및 제2 수신된 요청 메시지를 수집하고 2개의 각각의 수신 순간을 검출한다.

제어 유닛(17)은 2개의 수신 순간의 함수로서 도착 시간 차이를 계산하고 도착 시간 차이에 기초하여 요청 메시지의 도착 각도를 추정하도록 구성된다. 기지국(16)은, 추정된 거리에 대해 미리 결정된 조건이 만족되는 것에 더하여, 또한 추정된 도착 각도가 추가 미리 결정된 조건을 충족시킨다면, 예를 들어, 추정된 도착 각도가 기지국(16)의 위치에 대한 작업 영역(6)의 위치를 나타내는 미리 결정된 각도보다 작다면, 응답 메시지를 송신한다. 도면들에 도시되지 않은 대안적인 실시예에 따르면, 제2 전자 디바이스(16)와 실질적으로 동등한 추가적인 제2 전자 디바이스가 그것으로부터 미리 결정된 거리를 두고 배치된다. 다시 말해서, 기계의 2개의 상이한 지점에 배치되고 통신 인터페이스(18)에 의해 상호 연결된 2개의 기지국(16)이 요청 메시지를 수신한다. 또한 이 경우에 수신된 제1 요청 메시지 및 수신된 제2 요청 메시지는 통신 인터페이스(18)를 통해 연결된 각각의 제어 유닛들(17)에서 처리되고, 각각의 수신 순간들이 검출된다. 후속 처리는 이전에 기술된 실시예에서와 동일하고, 그들 사이에서 대화하는 하나 또는 둘 모두의 제어 유닛들(17)에 의해 수행되고, 기지국들(16) 중 적어도 하나는 거리 및 각도에 관하여 이전에 기술된 조건들이 만족된다면 응답 메시지를 송신한다.

트랜시버(24) 및 제어 유닛(17)은 펄스 지속기간 TI의 100분의 1 정도의 시간들을 검출하는 것을 허용하는 알려진 유형의 디지털 전자 회로들로 제조된다. 따라서, 위에 기술된 방법은 1 센티미터 크기 정도의 분해능으로 프로브(3)와 기지국(16) 사이의 거리를 추정하는 것을 허용한다. 위에 기술된 정보 교환 방법은 실질적으로 자기 인식의 절차를 수행하고, 그들의 산업 장치들 내에서만 대화해야 하는 각각의 기지국들 및 프로브들이 제공되는 상이한 산업 장치들이 존재하는 큰 영역에서, 프로브(3)가 어떠한 운영자 또는 외부 시스템의 개입도 없이 기지국(16)에 통신적으로 결합되어야 할 때 특히 유리하다.

위의 설명은 특정 실시예를 참조하지만, 본 발명은 이 실시예에 제한되는 것으로 간주되어서는 안 되는데, 그 이유는 첨부된 청구범위가 커버하는 모든 변경들, 수정들, 단순화들 및 응용들이 그것의 범위에 속하기 때문이다. 예를 들어 접촉 트리거 프로브(3)에 더하여, 또는 그 대신에 다른 센서(들)가 제공될 수 있다.

Claims

산업 장치의 제1 전자 디바이스와 제2 전자 디바이스 간의 통신을 위한 무선 디지털 통신 방법으로서, 상기 방법은:
- 상기 제1 전자 디바이스(3, 16)에 의해, 대응하는 수(N-1)의 사일런스 간격들(26)과 교호하는 특정 수의 펄스들(N)을 갖는 각각의 펄스들(25)의 시퀀스에 의해 적어도 하나의 정보 비트를 인코딩하는 단계 - 상기 펄스들(25)의 시퀀스의 각각의 펄스(25)는 10ns보다 짧거나 그와 동등한 펄스 지속기간(Tl)을 갖고 상기 사일런스 간격들(26)은 30ns보다 길거나 그와 동등한 각각의 사일런스 지속기간들(TSj)을 가짐 -;
- 상기 제1 전자 디바이스(3, 16)에 의해, 어떠한 무선 반송파도 변조하지 않고, 상기 펄스들(25)의 시퀀스에 대응하는 복수의 무선 펄스를 포함하는 무선 신호(RS)를 송신하는 단계; 및
- 상기 제2 전자 디바이스(16, 3)에 의해, 상기 무선 신호(RS)를 수신하고 디코딩하여 상기 적어도 하나의 정보 비트를 획득하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 펄스들(25)의 시퀀스에 의해 적어도 하나의 정보 비트를 인코딩하는 단계는:
- 상기 적어도 하나의 정보 비트의 값의 함수로서 상기 펄스들(25)의 시퀀스의 펄스들의 극성을 변조하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 펄스들(25)의 시퀀스에 의해 적어도 하나의 정보 비트를 인코딩하는 단계는:
- 상기 적어도 하나의 정보 비트의 값의 함수로서 상기 펄스들(25)의 시퀀스에 관한 상기 사일런스 지속기간들(TSj)을 변조하는 단계를 포함하는, 방법.
제3항에 있어서, 상기 정보 비트의 값의 함수로서 상기 펄스들(25)의 시퀀스에 관한 상기 사일런스 지속기간들(TSj)을 변조하는 단계는:
상기 적어도 하나의 정보 비트가 제1 논리 값을 갖는지, 또는, 각각, 제2 논리 값을 갖는지에 따라 제1 지속기간들의 시퀀스 또는 제2 지속기간들의 시퀀스로 상기 사일런스 지속기간들(TSj)을 변조하는 단계를 포함하는, 방법.
제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 지속기간들의 시퀀스들 각각은 2개의 지속기간 값들(TS1 , TS2)의 각각의 교대를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 펄스들(25)의 시퀀스로 적어도 하나의 정보 비트를 인코딩하는 단계는:
- OOK(On-Off Keying) 변조에 따라 상기 적어도 하나의 정보 비트의 값의 함수로서 상기 펄스들(25)의 시퀀스의 펄스들의 진폭을 변조하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 제1 전자 디바이스(3)에 의해, 그것이 대기 상태에 있을 때,복수의 정보 비트를 포함하는 요청 메시지 및 상기 요청 메시지의 제1 정보 비트의 상기 펄스들(25)의 시퀀스의 제1 펄스의 송신 순간을 송신하는 단계;
- 상기 제2 전자 디바이스(16)에 의해, 상기 요청 메시지를 수신하고 상기 수신된 요청 메시지로부터 상기 송신 순간을 추출하고 상기 수신된 요청 메시지의 제1 펄스의 수신 순간을 검출하는 단계;
- 상기 제2 전자 디바이스(16)에 의해, 상기 송신 순간 및 상기 수신 순간에 기초하여 상기 요청 메시지의 비행 시간을 계산하는 단계;
- 상기 제2 전자 디바이스(16)에 의해, 상기 비행 시간의 함수로서 상기 2개의 전자 디바이스(16, 3) 사이의 거리를 추정하는 단계;
- 상기 추정된 거리가 미리 결정된 조건을 충족시킨다면, 상기 제2 전자 디바이스(16)에 의해, 응답 메시지를 송신하는 단계; 및
- 상기 응답 메시지가 수신되면, 상기 제1 전자 디바이스(3)에 의해, 상기 2개의 전자 디바이스(16)가 서로 통신적으로 결합되는 동작 상태로 전환하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제7항에 있어서, 상기 제1 전자 디바이스(3)에 의해, 그것이 대기 상태에 있을 때, 요청 메시지를 송신하는 단계는:
- 주기적으로 이벤트를 생성하는 단계; 및
- 각각의 이벤트에서 상기 요청 메시지를 송신하는 단계를 포함하는, 방법.
제7항에 있어서, 상기 제1 전자 디바이스(3)에 의해, 그것이 대기 상태에 있을 때, 요청 메시지를 송신하는 단계는:
- 상기 제1 전자 디바이스(3) 상의 가속도계에 의하여 적어도 특정 방향을 따라 가속도를 검출하는 단계; 및
- 상기 검출된 가속도가 결정된 특징들을 가진다면, 상기 요청 메시지를 송신하는 단계를 포함하는, 방법.
제9항에 있어서, 상기 검출된 가속도의 상기 결정된 특징들은 임계 가속도 값보다 큰 진폭과 임계 시간 값보다 짧은 지속기간을 가진 피크를 포함하는, 방법.
제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 전자 디바이스(16)는 미리 결정된 상호 거리를 두고 배치된 2개의 각각의 안테나들을 포함하는 2개의 수신기를 포함하고,
- 상기 요청 메시지를 수신하는 단계는:
상기 2개의 수신기에 의하여, 상기 요청 메시지를 수신하는 단계를 포함하고;
- 상기 수신된 요청 메시지의 제1 펄스의 수신 순간을 검출하는 단계는:
상기 2개의 수신기에 의해 수신된 제1 수신된 요청 메시지 및, 각각, 제2 수신된 요청 메시지의 2개의 수신 순간을 검출하는 단계를 포함하고;
- 상기 방법은 또한:
상기 제2 전자 디바이스(16)에 의해, 상기 2개의 수신 순간의 함수로서 도착 시간 차이를 계산하고 상기 도착 시간 차이에 기초하여 상기 요청 메시지의 도착 각도를 추정하는 단계를 포함하고;
상기 추정된 거리가 상기 미리 결정된 조건을 충족시키고 상기 추정된 도착 각도가 추가 미리 결정된 조건을 충족시킨다면 상기 응답 메시지가 송신되는, 방법.
제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 통신 인터페이스(18)를 통해 상기 제2 전자 디바이스(16)에 연결되고 그로부터 미리 결정된 거리를 두고 배치된, 상기 상기 제2 전자 디바이스(16)와 실질적으로 동등한, 추가적인 제2 전자 디바이스를 포함하고,
- 상기 요청 메시지를 수신하는 단계는:
상기 제2 전자 디바이스 및 추가적인 제2 전자 디바이스의 수신기들을 통해 상기 요청 메시지를 수신하는 단계를 포함하고;
- 상기 수신된 요청 메시지의 제1 펄스의 수신 순간을 검출하는 단계는:
상기 제2 전자 디바이스(16) 및 상기 추가적인 제2 전자 디바이스에 의한 각각 제1 수신된 요청 메시지 및 제2 수신된 요청 메시지의 2개의 수신 순간을 검출하는 단계를 포함하고;
상기 방법은 또한:
- 상기 제2 전자 디바이스(16) 및/또는 추가적인 제2 전자 디바이스에 의해, 상기 2개의 수신 순간의 함수로서 도착 시간 차이를 계산하고 상기 도착 시간 차이에 기초하여 상기 요청 메시지의 도착 각도를 추정하는 단계를 포함하고;
상기 추정된 거리가 상기 미리 결정된 조건을 충족시키고 상기 추정된 도착 각도가 추가 미리 결정된 조건을 충족시킨다면 상기 제2 전자 디바이스(16)에 의해 및/또는 상기 추가적인 제2 전자 디바이스에 의해 상기 응답 메시지가 송신되는, 방법.
산업 장치의 제1 전자 디바이스와 제2 전자 디바이스(3, 16) 간의 통신을 위한 무선 디지털 통신 시스템으로서, 상기 무선 디지털 통신 시스템(20)은, 상기 제1 및 제2 전자 디바이스들(3, 16) 각각에 대해, 각각의 인코딩 및 디코딩 디바이스들(21, 22) 및 각각의 무선 트랜시버들(23, 24)을 포함하고, 상기 인코딩 및 디코딩 디바이스들(21, 22) 및 상기 무선 트랜시버들(23, 24)은 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 무선 디지털 통신 시스템.
제1 및 제2 전자 디바이스들(3, 16) 및 제13항에 따른 무선 디지털 통신 시스템(20)을 포함하는 산업 장치.
제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전자 디바이스들(3, 16) 각각은 상기 각각의 인코딩 및 디코딩 디바이스들(21, 22) 및 상기 각각의 무선 트랜시버들(23, 24)을 포함하는, 장치.
각각의 인코딩 및 디코딩 디바이스들(21, 22), 각각의 무선 트랜시버들(23, 24) 및 각각의 제어 유닛들(15, 17)을 각각 포함하는 제1 및 제2 전자 디바이스들(3, 16)을 포함하는 산업 장치로서, 상기 인코딩 및 디코딩 디바이스들(21, 22) 및 상기 무선 트랜시버들(23, 24)은 상기 제1 및 제2 전자 디바이스들(3, 16) 간의 통신을 위한 무선 디지털 통신 시스템(20)을 형성하고, 상기 무선 디지털 통신 시스템(20) 및 상기 제어 유닛들(15, 17)은 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하도록 구성되는, 산업 장치.
각각의 인코딩 및 디코딩 디바이스들(21, 22), 각각의 무선 트랜시버들(23, 24) 및 각각의 제어 유닛들(15, 17)을 각각 포함하는 제1 및 제2 전자 디바이스들(3, 16)을 포함하는 산업 장치로서, 상기 인코딩 및 디코딩 디바이스들(21, 22) 및 무선 트랜시버들(23, 24)은 상기 2개의 전자 디바이스(3, 16) 간의 통신을 위한 무선 디지털 통신 시스템(20)을 형성하고, 적어도 상기 제2 전자 디바이스(16)의 상기 무선 트랜시버들(23, 24)은 미리 결정된 상호 거리로 두고 배치된 각각의 안테나들을 갖는 2개의 수신기를 포함하고; 상기 무선 디지털 통신 시스템(20) 및 상기 제어 유닛들(15, 17)은 제11항에 따른 방법을 구현하도록 구성되는, 산업 장치.
제1 전자 디바이스(3), 제2 전자 디바이스(16) 및 상기 제2 전자 디바이스(16)로부터 미리 결정된 거리를 두고 배치되고 상기 제2 전자 디바이스(16)와 실질적으로 동등한 추가적인 제2 전자 디바이스를 포함하는 산업 장치로서, 상기 전자 디바이스들 각각은 각각의 인코딩 및 디코딩 디바이스들(21, 22), 각각의 무선 트랜시버들(23, 24) 및 각각의 제어 유닛들(15, 17)을 포함하고, 상기 인코딩 및 디코딩 디바이스들(21, 22) 및 상기 무선 트랜시버들(23, 24)은 상기 전자 디바이스들(3, 16) 간의 통신을 위한 무선 디지털 통신 시스템(20)을 형성하고, 상기 무선 디지털 통신 시스템(20) 및 상기 제어 유닛들(15, 17)은 제12항에 따른 방법을 구현하도록 구성되는, 산업 장치.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 프레임(5) 및 상기 프레임(5) 상에 장착된 이동식 작동 헤드(8)를 포함하는 공작 기계(2)를 포함하고; 상기 제1 전자 디바이스(3)는 작동 헤드(8)에 연결가능하고 상기 제2 전자 디바이스(16)는 상기 프레임(5)에 연결되는, 장치.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전자 디바이스는 공작물(7)에 대한 검사를 수행하고 대응하는 판독치들을 제공하기 위한 프로브(3)로 구성되고, 상기 제2 전자 디바이스는 상기 무선 디지털 통신 시스템(20)을 통해 상기 판독치들을 수집하도록 구성된 제어 유닛(17)을 포함하는 기지국(16)으로 구성되는, 장치.