IT201800007652A1

IT201800007652A1 - WIRELESS DIGITAL COMMUNICATION METHOD AND SYSTEM FOR COMMUNICATION BETWEEN TWO ELECTRONIC DEVICES OF AN INDUSTRIAL EQUIPMENT, AND RELATED INDUSTRIAL EQUIPMENT

Info

Publication number: IT201800007652A1
Application number: IT102018000007652A
Authority: IT
Inventors: Roberto Padovani
Original assignee: Marposs Societa' Per Azioni
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2018-07-31
Publication date: 2020-01-31

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: of the patent for Industrial Invention entitled:

“METODO E SISTEMA DI COMUNICAZIONE DIGITALE WIRELESS PER LA COMUNICAZIONE TRA DUE DISPOSITIVI ELETTRONICI DI UNA APPARECCHIATURA INDUSTRIALE, E RELATIVA APPARECCHIATURA INDUSTRIALE” "METHOD AND WIRELESS DIGITAL COMMUNICATION SYSTEM FOR COMMUNICATION BETWEEN TWO ELECTRONIC DEVICES OF AN INDUSTRIAL EQUIPMENT, AND RELATED INDUSTRIAL EQUIPMENT"

SETTORE DELLA TECNICA TECHNIQUE SECTOR

La presente invenzione è relativa ad un metodo di comunicazione digitale wireless per la comunicazione tra due dispositivi elettronici di una apparecchiatura industriale ed un corrispondente sistema di comunicazione digitale wireless. The present invention relates to a wireless digital communication method for the communication between two electronic devices of an industrial equipment and a corresponding wireless digital communication system.

In particolare, la presente invenzione trova vantaggiosa, ma non esclusiva applicazione nella comunicazione tra almeno una sonda mobile ed almeno una stazione base fissata al telaio di una macchina utensile, cui la descrizione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità. In particular, the present invention finds advantageous, but not exclusive application in the communication between at least one mobile probe and at least one base station fixed to the frame of a machine tool, to which the following description will make explicit reference without thereby losing generality.

ARTE ANTERIORE ANTERIOR ART

Sono noti sistemi di comunicazione wireless utilizzati nell’ambito delle apparecchiature industriali, ad esempio per la comunicazione wireless tra una sonda, ad esempio una sonda comprendente un dispositivo tastatore, ed una stazione base fissata al telaio di una macchina utensile. Tali sistemi di comunicazione wireless trasmettono le informazioni da un dispositivo elettronico ad un altro sfruttando un segnale portante, ad esempio una portante ottica nella banda dell’infrarosso oppure una portante radio, opportunamente modulato in una sua caratteristica con un segnale modulante che contiene tali informazioni. La caratteristica della portante che viene modulata è, ad esempio, l’ampiezza, la fase oppure la frequenza. Wireless communication systems are known used in industrial equipment, for example for wireless communication between a probe, for example a probe comprising a feeler device, and a base station fixed to the frame of a machine tool. These wireless communication systems transmit information from one electronic device to another using a carrier signal, for example an optical carrier in the infrared band or a radio carrier, suitably modulated in one of its characteristics with a modulating signal that contains such information. The characteristic of the carrier that is modulated is, for example, the amplitude, the phase or the frequency.

Qualsiasi sia la caratteristica della portante che viene modulata, e qualunque sia il contenuto informativo del segnale modulante, durante la trasmissione del contenuto informativo il segnale portante è continuamente trasmesso, ossia la comunicazione wireless basata su una portante modulata produce una emissione continua di campo elettromagnetico. Whatever the characteristic of the carrier that is modulated, and whatever the information content of the modulating signal, during the transmission of the information content the carrier signal is continuously transmitted, i.e. wireless communication based on a modulated carrier produces a continuous emission of electromagnetic field.

Gli svantaggi nel campo delle applicazioni industriali sono un notevole consumo di potenza, che è particolarmente indesiderato in una sonda mobile alimentata a batteria, l’interferenza tra più sistemi di comunicazione wireless coesistenti in una stessa area di lavoro e l’esistenza del fenomeno cosiddetto multi-path fading, che produce zone di forte interferenza distruttiva praticamente impossibili da individuare nello spazio in un ambiente di lavoro reale come quello industriale, dove ci sono un gran numero di oggetti metallici, la cui presenza non è nota a priori, e di persone che cambiano ripetutamente posizione. The disadvantages in the field of industrial applications are a considerable power consumption, which is particularly undesirable in a battery-powered mobile probe, the interference between multiple wireless communication systems coexisting in the same work area and the existence of the so-called multi -path fading, which produces areas of strong destructive interference practically impossible to identify in space in a real work environment such as the industrial one, where there are a large number of metal objects, the presence of which is not known a priori, and of people who repeatedly change positions.

Una qualsiasi sonda di una apparecchiatura industriale deve essere tipicamente accoppiata comunicativamente ad una stazione base in modo tale che si riconoscano l’una con l’altra durante le loro comunicazioni e si eviti che la stazione base di una certa macchina utensile prenda in considerazione le trasmissioni di una sonda afferente ad un’altra macchina utensile. Tipicamente, il reciproco riconoscimento o autenticazione tra una sonda ed una stazione base richiede l’intervento di un operatore o di un sistema esterno per lanciare una procedura di riconoscimento o autenticazione. Any probe of an industrial equipment must typically be communicatively coupled to a base station in such a way that they recognize each other during their communications and prevent the base station of a certain machine tool from considering transmissions. of a probe afferent to another machine tool. Typically, mutual recognition or authentication between a probe and a base station requires the intervention of an operator or an external system to launch a recognition or authentication procedure.

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

Scopo della presente invenzione è di fornire un sistema di comunicazione wireless tra due dispositivi elettronici di una apparecchiatura industriale, il quale sia esente dagli inconvenienti sopra descritti e, nello stesso tempo, sia di facile ed economica realizzazione. The object of the present invention is to provide a wireless communication system between two electronic devices of an industrial equipment, which is free from the drawbacks described above and, at the same time, is easy and economical to produce.

In accordo con la presente invenzione vengono forniti un metodo di comunicazione digitale wireless per la comunicazione tra due dispositivi elettronici di una apparecchiatura industriale, un sistema di comunicazione digitale wireless per la comunicazione tra due dispositivi elettronici di una apparecchiatura industriale ed una apparecchiatura industriale secondo quanto definito nelle rivendicazioni allegate. In accordance with the present invention, a wireless digital communication method is provided for the communication between two electronic devices of an industrial equipment, a wireless digital communication system for the communication between two electronic devices of an industrial equipment and an industrial equipment as defined in the attached claims.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:

- la figura 1 illustra, in maniera schematica, una apparecchiatura industriale comprendente due dispositivi elettronici dialoganti tra loro mediante il metodo di comunicazione wireless della presente invenzione; Figure 1 schematically illustrates an industrial apparatus comprising two electronic devices communicating with each other by means of the wireless communication method of the present invention;

- la figura 2 è un grafico temporale illustrante parte del metodo di comunicazione wireless della presente invenzione; e Figure 2 is a time graph illustrating part of the wireless communication method of the present invention; And

- le figure da 3 a 6 sono grafici temporali illustranti rispettive forme di attuazione di un passo di codifica del metodo di comunicazione wireless della presente invenzione. Figures 3 to 6 are time charts illustrating respective embodiments of a coding step of the wireless communication method of the present invention.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE PREFERRED FORMS OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Nella figura 1, con 1 è genericamente indicato, nel suo complesso, una apparecchiatura industriale comprendente una macchina utensile 2 ed una sonda 3, del tipo a rilevazione di tocco. In Figure 1, 1 generally indicates, as a whole, an industrial apparatus comprising a machine tool 2 and a probe 3, of the touch detection type.

La macchina utensile 2 comprende un basamento 4, un telaio 5 solidale al basamento 4, un’area di lavoro 6, in cui è disposto un pezzo da lavorare 7, ed una testa operativa 8 mobile comprendente, ad esempio, un mandrino provvisto di un rispettivo utensile 9 atto a lavorare il pezzo 7. La testa operativa 8 è montata sul telaio 5 in modo scorrevole lungo guide 10 solidali al telaio 5 per potersi muovere nell’area di lavoro 6. La macchina utensile 2 comprende inoltre una propria unità di controllo numerico, indicata col numero 11. The machine tool 2 comprises a base 4, a frame 5 integral with the base 4, a work area 6, in which a workpiece 7 is arranged, and a mobile operating head 8 comprising, for example, a spindle provided with a respective tool 9 adapted to work the piece 7. The operating head 8 is mounted on the frame 5 in a sliding way along guides 10 integral with the frame 5 in order to be able to move in the work area 6. The machine tool 2 also comprises its own control unit numerical, indicated by the number 11.

La sonda 3 è fissabile al corpo della testa operativa 8 per effettuare controlli sul pezzo 7, ed in particolare per controllare la posizione e le dimensioni del pezzo 7 prima, durante e dopo la lavorazione dello stesso, e fornire relative rilevazioni. Tipicamente, la sonda 3 è connessa alla testa operativa 8 in alternativa all’utensile 9, anche se, per semplicità di illustrazione, la figura 1 mostra sonda 3 e utensile 9 contemporaneamente fissati a tale testa operativa 8. The probe 3 can be fixed to the body of the operating head 8 to carry out checks on the piece 7, and in particular to check the position and the dimensions of the piece 7 before, during and after its machining, and to provide relative readings. Typically, the probe 3 is connected to the operating head 8 as an alternative to the tool 9, although, for simplicity of illustration, Figure 1 shows the probe 3 and tool 9 simultaneously fixed to this operating head 8.

In particolare, la sonda 3 comprende un braccetto mobile 12, il quale è provvisto, ad una propria estremità, di un tastatore 13, un dispositivo di rilevamento 14, il quale è costituito, ad esempio, da un microinterruttore ed è atto a generare un opportuno segnale elettrico non appena il tastatore 13 tocca il pezzo 7, ed un’unita di controllo 15, ad esempio un microcontrollore, collegata con il dispositivo di rilevamento 14 per ricevere da quest’ultimo il segnale elettrico generato dal tocco. Si fa notare che il braccetto mobile 12, il tastatore 13 ed il dispositivo di rilevamento 14 costituiscono di fatto un sensore di rilevazione di tocco. In particular, the probe 3 comprises a movable arm 12, which is provided, at one end, with a feeler 13, a detection device 14, which is constituted, for example, by a microswitch and is able to generate a appropriate electrical signal as soon as the feeler 13 touches the piece 7, and a control unit 15, for example a microcontroller, connected to the detection device 14 to receive from the latter the electrical signal generated by the touch. It should be noted that the movable arm 12, the feeler 13 and the detection device 14 actually constitute a touch detection sensor.

La macchina utensile 2 comprende una stazione base 16, la quale può essere fissata al telaio 5, come schematicamente indicato nella figura, e comprende un’unità di controllo 17, ad esempio un microcontrollore, collegata all’unità di controllo numerico 11 tramite un’interfaccia di comunicazione 18. The machine tool 2 comprises a base station 16, which can be fixed to the frame 5, as schematically indicated in the figure, and comprises a control unit 17, for example a microcontroller, connected to the numerical control unit 11 by means of a communication interface 18.

La sonda 3 comprende inoltre un accelerometro 19 per rilevare accelerazioni lungo almeno una direzione prestabilita. The probe 3 further comprises an accelerometer 19 for detecting accelerations along at least a predetermined direction.

L’apparecchiatura industriale 1 comprende un sistema di comunicazione digitale wireless, indicato genericamente con 20, per la comunicazione tra i due dispositivi elettronici costituiti dalla sonda 3 e la stazione base 16. Il sistema di comunicazione 20 implementa il metodo o protocollo di comunicazione digitale wireless della presente invenzione. The industrial equipment 1 comprises a wireless digital communication system, generically indicated with 20, for the communication between the two electronic devices constituted by the probe 3 and the base station 16. The communication system 20 implements the wireless digital communication method or protocol of the present invention.

Il sistema di comunicazione 20 comprende, per ciascuno dei due dispositivi elettronici 3 e 16, rispettivi dispositivi codificatori e decodificatori 21 e 22 per codificare i bit di informazione ed ottenere così segnali da trasmettere e per decodificare i segnali ricevuti e risalire in tal modo ai bit di informazione, e rispettivi ricetrasmettitori radio 23 e 24 accoppiati con i relativi dispositivi codificatori e decodificatori 21 e 22. The communication system 20 comprises, for each of the two electronic devices 3 and 16, respective encoding and decoding devices 21 and 22 for encoding the information bits and thus obtaining signals to be transmitted and for decoding the received signals and thus tracing the bits of information, and respective radio transceivers 23 and 24 coupled with the relative encoding and decoding devices 21 and 22.

Con riferimento alla figura 2, per una trasmissione di un segnale digitale dalla sonda 3 alla stazione base 16 o viceversa, ciascun dispositivo codificatore e decodificatore 21, 22 è configurato per codificare ciascun bit di informazione del segnale digitale con una rispettiva sequenza di un certo numero N di impulsi 25, i quali sono alternati ad un corrispondente numero (N-1) di intervalli di silenzio 26, ossia due impulsi 25 adiacenti sono distanziati da un relativo intervallo di silenzio 26. La sequenza di N impulsi 25 ha una durata complessiva pari ad un tempo di bit, indicato con TB. Ciascun impulso 25 è definito da una funzione temporale ad energia sostanzialmente finita e ha una durata di impulso TI minore o uguale a 10 ns, preferibilmente la stessa per ogni impulso 25. Gli intervalli di silenzio 26 hanno rispettive durate di silenzio TSj, ciascuna delle quali è maggiore o uguale a 30 ns. With reference to Figure 2, for a transmission of a digital signal from the probe 3 to the base station 16 or vice versa, each encoder and decoder device 21, 22 is configured to encode each information bit of the digital signal with a respective sequence of a certain number N of pulses 25, which are alternated with a corresponding number (N-1) of silence intervals 26, ie two adjacent pulses 25 are spaced by a relative silence interval 26. The sequence of N pulses 25 has an overall duration equal at a bit time, indicated with TB. Each pulse 25 is defined by a time function of substantially finite energy and has a pulse duration T1 less than or equal to 10 ns, preferably the same for each pulse 25. The silence intervals 26 have respective silence durations TSj, each of which is greater than or equal to 30 ns.

La figura 2 schematizza ciascun impulso 25 come avente una forma d’onda rettangolare, la quale tuttavia non è una caratteristica essenziale per l’invenzione. Figure 2 schematizes each pulse 25 as having a rectangular waveform, which, however, is not an essential feature for the invention.

Il ricetrasmettitore 23, 24 del dispositivo elettronico 3, 16 che trasmette è configurato per trasmettere un segnale radio, indicato con RS nella figura 1, comprendente una pluralità di impulsi radio corrispondente alla sequenza di impulsi 25, senza modulare alcuna portante radio. In altre parole, ciascun impulso del segnale radio RS è un impulso ad energia sostanzialmente finita ed ha sostanzialmente la medesima durata di impulso TI, nei limiti delle non idealità dei circuiti elettronici del ricetrasmettitore 23, 24 che generano il segnale radio RS, e gli impulsi del segnale radio RS sono intervallati sostanzialmente con le durate di silenzio TSj. Il ricetrasmettitore 24, 23 del dispositivo elettronico 16, 3 che riceve è configurato per ricevere il segnale radio RS ed alimentarlo al rispettivo dispositivo codificatore e decodificatore 22, 21, il quale è configurato per decodificare ciascun bit di informazione dal segnale radio ricevuto. The transceiver 23, 24 of the transmitting electronic device 3, 16 is configured to transmit a radio signal, indicated by RS in Figure 1, comprising a plurality of radio pulses corresponding to the sequence of pulses 25, without modulating any radio carrier. In other words, each pulse of the radio signal RS is a substantially finite energy pulse and has substantially the same pulse duration T1, within the limits of the non-idealities of the electronic circuits of the transceiver 23, 24 which generate the radio signal RS, and the pulses of the radio signal RS are substantially interspersed with the silence durations TSj. The transceiver 24, 23 of the receiving electronic device 16, 3 is configured to receive the radio signal RS and feed it to the respective encoder and decoder device 22, 21, which is configured to decode each bit of information from the received radio signal.

Il sistema di comunicazione 20 viene vantaggiosamente impiegato dall’apparecchiatura industriale 1 per trasmettere in formato digitale le rilevazioni effettuate dalla sonda 3 alla stazione base 16. L’unità di controllo 17 della stazione base 16 è configurata per raccogliere le rilevazioni ricevute attraverso il sistema di comunicazione 20. Il particolare, l’unità di controllo 15 della sonda 3 è configurata per convertire il segnale elettrico fornito dal dispositivo di rilevamento 14 in un segnale digitale, ossia un bit o tipicamente una sequenza di più bit, che viene codificata dal dispositivo codificatore e decodificatore 21, nel modo descritto sopra con riferimento alla figura 2, e trasmessa via radio dal rispettivo ricetrasmettitore 23. Dal lato stazione base 16, il ricetrasmettitore 24 riceve il segnale radio RS, il rispettivo dispositivo codificatore e decodificatore 22 decodifica il segnale radio RS per ottenere un segnale digitale che viene raccolto dall’unità di controllo 17. The communication system 20 is advantageously used by the industrial equipment 1 to transmit in digital format the readings made by the probe 3 to the base station 16. The control unit 17 of the base station 16 is configured to collect the readings received through the control system. communication 20. In particular, the control unit 15 of the probe 3 is configured to convert the electrical signal supplied by the detection device 14 into a digital signal, i.e. a bit or typically a sequence of several bits, which is encoded by the coding device and decoder 21, in the manner described above with reference to Figure 2, and transmitted by radio from the respective transceiver 23. From the base station side 16, the transceiver 24 receives the radio signal RS, the respective encoder and decoder device 22 decodes the radio signal RS to obtain a digital signal which is collected by the control unit 17.

Il sistema di comunicazione 20 è utilizzato anche in senso contrario, ossia per trasmettere in formato digitale comandi e programmazioni dalla stazione base 16 alla sonda 3. The communication system 20 is also used in the opposite direction, i.e. to transmit commands and programming in digital format from the base station 16 to the probe 3.

Con particolare riferimento alla figura 3 , ciascun dispositivo codificatore e decodificatore 21, 22 è configurato per modulare la polarità degli impulsi 25 di ciascuna sequenza di N impulsi in funzione del valore del corrispondente bit di informazione. Nell’esempio della figura 3, se il bit di informazione ha valore logico alto (bit=1 in figura 3), allora gli impulsi 25 hanno tutti valore positivo, altrimenti se il bit di informazione ha valore logico basso (bit=0 in figura 3), allora gli impulsi 25 hanno tutti valore negativo, ossia polarità opposta, come si intende comunemente nelle modulazioni di fase, ad esempio BPSK. Le durate di silenzio TSj sono uguali tra loro. With particular reference to Figure 3, each encoder and decoder device 21, 22 is configured to modulate the polarity of the pulses 25 of each sequence of N pulses as a function of the value of the corresponding information bit. In the example of Figure 3, if the information bit has a high logic value (bit = 1 in Figure 3), then the pulses 25 all have a positive value, otherwise if the information bit has a low logic value (bit = 0 in the figure 3), then the pulses 25 all have a negative value, i.e. opposite polarity, as is commonly understood in phase modulations, for example BPSK. The periods of silence TSj are equal to each other.

Secondo un’ulteriore forma di attuazione della presente invenzione illustrata in figura 4, che è una variante di quella della figura 3, se il bit di informazione ha valore logico alto, allora la sequenza di impulsi 25 è caratterizzata da una alternanza di impulsi positivi 25a e negativi 25b, altrimenti se il bit di informazione ha valore logico basso, allora la sequenza di impulsi 25 è caratterizzata da una diversa alternanza di impulsi, ad esempio di polarità opposta oppure, preferibilmente, ortogonale a quella che caratterizza il bit di informazione a valore logico alto, allo scopo di rendere ben distinguibili tra loro il valore logico alto ed il valore logico basso dei bit di informazione durante la decodifica eseguita dal dispositivo codificatore e decodificatore 21, 22. Per sequenze di impulsi ortogonali tra loro si intendono sequenze di impulsi che hanno bassa cross-correlazione reciproca. According to a further embodiment of the present invention illustrated in Figure 4, which is a variant of that of Figure 3, if the information bit has a high logic value, then the pulse sequence 25 is characterized by an alternation of positive pulses 25a and negative 25b, otherwise if the information bit has a low logic value, then the sequence of pulses 25 is characterized by a different alternation of pulses, for example of opposite polarity or, preferably, orthogonal to that which characterizes the value information bit high logic value, in order to make the high logic value and the low logic value of the information bits clearly distinguishable from each other during the decoding performed by the encoder and decoder device 21, 22. Sequences of orthogonal pulses mean sequences of pulses which they have low mutual cross-correlation.

Secondo un’ulteriore forma di attuazione della presente invenzione illustrata in figura 5, ciascun dispositivo codificatore e decodificatore 21, 22 è configurato per modulare le durate di silenzio TSj di ciascuna sequenza di N impulsi 25 in funzione del valore del corrispondente bit di informazione (Pulse Position Modulation), ed in particolare secondo due distinte sequenze di durate allo scopo di rendere ben distinguibili tra loro il valore logico alto ed il valore logico basso dei bit di informazione. According to a further embodiment of the present invention illustrated in Figure 5, each encoder and decoder device 21, 22 is configured to modulate the silence durations TSj of each sequence of N pulses 25 as a function of the value of the corresponding information bit (Pulse Position Modulation), and in particular according to two distinct sequences of durations in order to make the high logic value and the low logic value of the information bits clearly distinguishable from each other.

Nell’esempio illustrato nella figura 5, se il bit di informazione ha valore logico alto, allora le durate di silenzio TSj sono modulate in accordo con una prima alternanza di due valori TS1 e TS2 a partire da un primo valore TS1 che è, ad esempio, maggiore del secondo valore TS2, altrimenti se il bit di informazione ha valore logico basso, allora le durate di silenzio TSj sono modulate in accordo con una seconda alternanza dei medesimi due valori TS1 e TS2 a partire dal secondo valore TS2. In altre parole, le due distinte sequenze di durate secondo cui si modulano le durate di silenzio TSj sono sequenze, per così dire, binarie. In the example illustrated in Figure 5, if the information bit has a high logic value, then the silence durations TSj are modulated in accordance with a first alternation of two values TS1 and TS2 starting from a first value TS1 which is, for example , greater than the second value TS2, otherwise if the information bit has a low logic value, then the silence durations TSj are modulated in accordance with a second alternation of the same two values TS1 and TS2 starting from the second value TS2. In other words, the two distinct sequences of duration according to which the silence durations TSj are modulated are, so to speak, binary sequences.

Secondo ulteriori forme di attuazione non illustrate della presente invenzione, che sono una variante di quella della figura 5, le due distinte sequenze di durate secondo cui si modulano le durate di silenzio TSj sono sequenze ternarie, cioè alternano in sequenza tre diversi valori per le durate di silenzio TSj, oppure di ordine superiore a tre. According to further not illustrated embodiments of the present invention, which are a variant of that of Figure 5, the two distinct sequences of durations according to which the silence durations TSj are modulated are ternary sequences, i.e. they alternate in sequence three different values for the durations of silence TSj, or higher than three.

Secondo un’ulteriore forma di attuazione della presente invenzione illustrata dalla figura 6, ciascun dispositivo codificatore e decodificatore 21, 22 è configurato per modulare l’ampiezza degli impulsi 25 di ciascuna sequenza di N impulsi in funzione del valore del corrispondente bit di informazione in accordo con una modulazione On-Off Keying (OOK), ed in particolare in accordo con due diverse sequenze di impulsi che si differenziano per un diverso numero di impulsi soppressi, ossia non trasmessi. Le durate di silenzio TSj sono uguali tra loro. According to a further embodiment of the present invention illustrated in Figure 6, each encoder and decoder device 21, 22 is configured to modulate the width of the pulses 25 of each sequence of N pulses as a function of the value of the corresponding information bit in accordance with an On-Off Keying (OOK) modulation, and in particular in accordance with two different sequences of impulses which differ in terms of a different number of suppressed impulses, ie not transmitted. The periods of silence TSj are equal to each other.

Nell’esempio della figura 6, gli impulsi presenti sono indicati con 25c e quelli soppressi sono disegnati con linea tratteggiata e indicati con 25d. In the example of Figure 6, the pulses present are indicated with 25c and the suppressed ones are drawn with a dashed line and indicated with 25d.

Secondo ulteriori forme di attuazione non illustrate della presente invenzione, almeno alcune delle varie tecniche di modulazione degli impulsi 25 (ampiezza o polarità/fase) e delle durate di silenzio TSj descritte in precedenza sono combinate tra loro per definire modulazioni miste in grado di aumentare la robustezza della comunicazione. Ad esempio, ciascun dispositivo codificatore e decodificatore 21, 22 è configurato per modulare la polarità degli impulsi 25 e contemporaneamente le durate di silenzio TSj secondo due distinte sequenze di durate. According to further not illustrated embodiments of the present invention, at least some of the various techniques of modulation of the pulses 25 (amplitude or polarity / phase) and of the silence durations TSj described above are combined with each other to define mixed modulations capable of increasing the robustness of communication. For example, each encoder and decoder device 21, 22 is configured to modulate the polarity of the pulses 25 and at the same time the silence durations TSj according to two distinct sequences of durations.

A puro titolo di esempio, nell’ipotesi di volere trasmettere informazioni a 1 Mbps, con numero N di impulsi per bit di informazione pari a 32 e durata di impulso TI pari 2 ns si ottiene che nell’arco di 1 µs, cioè nell’arco di tempo che serve a trasmettere un bit di informazione, si ha emissione di campo elettromagnetico soltanto per 64 ns, cioè una frazione del 6.4% del tempo. A ciò corrisponde una notevole efficienza energetica. Si osserva che in questo esempio le durate di silenzio TSj diventano pari a circa 30.2 ns. Purely by way of example, assuming you want to transmit information at 1 Mbps, with a number N of pulses per bit of information equal to 32 and a pulse duration TI equal to 2 ns, it is possible to obtain that in the arc of 1 µs, i.e. time span used to transmit a bit of information, the electromagnetic field is emitted for only 64 ns, ie a fraction of 6.4% of the time. This corresponds to a considerable energy efficiency. It is observed that in this example the silence durations TSj become equal to about 30.2 ns.

Tenendo in considerazione il fatto che la velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche è poco inferiore alla velocità della luce nel vuoto, ossia 3·10<8 >m/s, il segnale RS percorre una distanza di 1 m in circa 3.3 ns ed una distanza di 10 m in circa 33 ns. Ciò significa che per una durata di impulso TI minore di 3.3 ns ed un intervallo di silenzio maggiore di 33 ns, in un area anulare compresa tra un primo raggio pari ad 1 m ed un secondo raggio pari a 10 m non si avranno sovrapposizioni di impulsi 25, grazie anche alla rapida attenuazione degli impulsi 25 dopo poche riflessioni negli eventuali ostacoli presenti tra la sonda 3 e la stazione base 16. Infatti, la durata di impulso TI estremamente ridotta fa sì che il contenuto spettrale del segnale RS sia spostato verso frequenze molto elevate che si attenuano fortemente con la distanza di propagazione. Taking into consideration the fact that the propagation speed of electromagnetic waves is slightly lower than the speed of light in vacuum, i.e. 3 10 <8> m / s, the RS signal travels a distance of 1 m in about 3.3 ns and a distance of 10 m in about 33 ns. This means that for a pulse duration TI less than 3.3 ns and a silence interval greater than 33 ns, there will be no overlapping of pulses in an annular area between a first ray equal to 1 m and a second ray equal to 10 m. 25, thanks also to the rapid attenuation of the pulses 25 after a few reflections in any obstacles present between the probe 3 and the base station 16. In fact, the extremely short pulse duration TI causes the spectral content of the signal RS to be shifted towards very frequencies high levels that are strongly attenuated with the distance of propagation.

Una durata di impulso TI estremamente ridotta e durate di silenzio TSj molto maggiori della durata di impulso TI, ad esempio dieci volte la durata di impulso TI, e l’assenza di una portante modulata, permettono di ridurre fortemente il fenomeno del multi-path fading. Infatti, l’emissione continua di una portante radio crea una distribuzione del campo elettromagnetico a distanza dal trasmettitore che, se confrontata con i tempi di propagazione delle onde elettromagnetiche, è sostanzialmente stazionaria e presenta infinite ripetizioni nello spazio di zone di interferenza costruttiva e distruttiva, che sono però impossibili da individuare in un ambiente di lavoro reale come quello industriale, dove ci sono un gran numero di oggetti metallici e di persone che cambiano ripetutamente posizione. Qualora uno dei due dispositivi elettronici 3 e 16 si dovesse trovare in una zona di interferenza distruttiva, si avrebbe un peggioramento della qualità della comunicazione che potrebbe anche causare la perdita della stessa. Il segnale RS caratterizzato da impulsi radio di brevissima durata riduce il multi-path fading perché non produce la suddetta distribuzione stazionaria di campo elettromagnetico o addirittura elimina il multi-path fading in un’area di dimensioni finite determinata scegliendo opportunamente la proporzione tra la durata di impulso TI e le durate di silenzio TSj, come nell’esempio citato in precedenza. An extremely reduced pulse duration TI and silence durations TSj much greater than the pulse duration TI, for example ten times the pulse duration TI, and the absence of a modulated carrier, allow to strongly reduce the phenomenon of multi-path fading . In fact, the continuous emission of a radio carrier creates a distribution of the electromagnetic field at a distance from the transmitter which, when compared with the propagation times of electromagnetic waves, is substantially stationary and presents infinite repetitions in the space of constructive and destructive interference zones, which are however impossible to identify in a real work environment such as the industrial one, where there are a large number of metal objects and people who repeatedly change position. If one of the two electronic devices 3 and 16 were to be in a zone of destructive interference, there would be a deterioration in the quality of the communication which could also cause the loss of the same. The RS signal characterized by radio pulses of very short duration reduces the multi-path fading because it does not produce the aforementioned stationary distribution of the electromagnetic field or even eliminates the multi-path fading in an area of finite size determined by appropriately choosing the proportion between the duration of pulse TI and the silence durations TSj, as in the example cited above.

Vantaggiosamente, ciascun ricetrasmettitore 23 e 24 comprende un rispettivo ricevitore (non illustrato) configurato come un cosiddetto rake receiver per ricevere almeno parte dei segnali riflessi derivanti dal segnale RS allo scopo di raccogliere l’energia da tutti i cammini non diretti del segnale e quindi rendere la comunicazione più robusta, ossia avere un rapporto tra segnale e rumore in ricezione più elevato. Il compito del rake receiver è facilitato nell’ipotesi che gli impulsi riflessi del segnale RS siano sufficientemente separati nel tempo, tra di loro e dall’impulso diretto. Advantageously, each transceiver 23 and 24 comprises a respective receiver (not shown) configured as a so-called rake receiver to receive at least part of the reflected signals deriving from the signal RS in order to collect the energy from all the non-direct paths of the signal and therefore render the most robust communication, i.e. having a higher signal-to-noise ratio in reception. The task of the rake receiver is facilitated in the hypothesis that the reflected pulses of the RS signal are sufficiently separated over time, from each other and from the direct pulse.

Un altro vantaggio del metodo di comunicazione digitale wireless e del corrispondente sistema di comunicazione 20 della presente invenzione è di permettere la coesistenza di più sistemi di comunicazione in una stessa area, a patto di scegliere rispettivi schemi di codifica dei bit di informazione, in termini di numero di impulsi N e di durate di silenzio TSj, che siano differenti tra loro. In particolare, ciascuno schema di codifica deve mostrare una elevata auto-correlazione, cioè una elevata correlazione rispetto ad una replica traslata nel tempo di un segnale codificato con lo stesso schema, ed una bassa cross-correlazione, cioè una bassa correlazione rispetto ad una replica traslata nel tempo di un segnale codificato con altri schemi di codifica. Another advantage of the wireless digital communication method and of the corresponding communication system 20 of the present invention is to allow the coexistence of several communication systems in the same area, provided that respective coding schemes for the information bits are chosen, in terms of number of pulses N and duration of silence TSj, which are different from each other. In particular, each coding scheme must show a high self-correlation, i.e. a high correlation with respect to a time-shifted replica of a signal encoded with the same scheme, and a low cross-correlation, i.e. a low correlation with respect to a replica. time translated of a signal encoded with other encoding schemes.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, le unità di controllo 15 e 17 sono configurate per implementare un metodo di auto-riconoscimento tra la sonda 3 e la stazione base 16 basato sul protocollo di comunicazione digitale wireless descritto in precedenza. According to a further aspect of the invention, the control units 15 and 17 are configured to implement a self-recognition method between the probe 3 and the base station 16 based on the wireless digital communication protocol described above.

La sonda 3, prima di essere fissata sulla testa operativa 8, tipicamente è alloggiata in un magazzino e si trova in uno stato dormiente per ridurre al minimo il consumo di energia elettrica. Quando la sonda 3 si trova nello stato dormiente, la sua unità di controllo 15 genera periodicamente un evento in conseguenza del quale la sonda 3 stessa trasmette un messaggio di richiesta destinato alla stazione base 16. Il messaggio di richiesta viene trasmesso secondo il protocollo di comunicazione digitale wireless descritto in precedenza, ossia il messaggio di richiesta comprende una pluralità di bit, ciascuno dei quali viene codificato con una sequenza di un numero N di impulsi 25 alla quale corrisponde la sequenza di impulsi radio del segnale radio RS. The probe 3, before being fixed on the operating head 8, is typically housed in a warehouse and is in a dormant state to minimize the consumption of electrical energy. When the probe 3 is in the dormant state, its control unit 15 periodically generates an event as a result of which the probe 3 itself transmits a request message intended for the base station 16. The request message is transmitted according to the communication protocol wireless digital described above, ie the request message comprises a plurality of bits, each of which is coded with a sequence of a number N of pulses 25 to which the radio pulse sequence of the radio signal RS corresponds.

Il messaggio di richiesta comprende anche una marca temporale (“timestamp”) che indica l’istante di trasmissione del primo impulso della sequenza di impulsi 25 del primo bit di informazione del messaggio di richiesta. L’istante di trasmissione viene determinato sulla base di un orologio interno della unità di controllo 15 e sulla base dei ritardi interni del dispositivo codificatore e decodificatore 21. The request message also includes a time stamp ("timestamp") which indicates the instant of transmission of the first pulse of the pulse sequence 25 of the first information bit of the request message. The transmission instant is determined on the basis of an internal clock of the control unit 15 and on the basis of the internal delays of the encoder and decoder device 21.

La stazione base 16 riceve il messaggio di richiesta e lo decodifica per estrarre la marca temporale relativa all’istante di trasmissione. L’unità di controllo 17 della stazione base 16, in cooperazione con il rispettivo ricetrasmettitore 24, rileva l’istante di ricezione del primo impulso del messaggio di richiesta ricevuto. The base station 16 receives the request message and decodes it to extract the time stamp relating to the instant of transmission. The control unit 17 of the base station 16, in cooperation with the respective transceiver 24, detects the instant of receipt of the first pulse of the received request message.

A questo punto l’unità di controllo 17 calcola il tempo di volo del messaggio di richiesta, ossia il tempo di propagazione del segnale radio RS che ha portato il messaggio di richiesta dalla sonda 3 alla stazione base 16, sulla base dell’istante di trasmissione e dell’istante di ricezione e stima la distanza tra la sonda 3 e la stazione base 16 in funzione del tempo di volo. Se la distanza stimata soddisfa una condizione prestabilita, ad esempio se la distanza misurata è minore di una distanza prestabilita indicativa dell’estensione dell’area di lavoro 6, allora la stazione di controllo 16 trasmette un messaggio di risposta. At this point, the control unit 17 calculates the flight time of the request message, i.e. the propagation time of the radio signal RS that brought the request message from the probe 3 to the base station 16, on the basis of the instant of transmission and of the instant of reception and estimates the distance between the probe 3 and the base station 16 as a function of the flight time. If the estimated distance satisfies a predetermined condition, for example if the measured distance is less than a predetermined distance indicative of the extension of the work area 6, then the control station 16 transmits a response message.

La sonda 3, alla ricezione del messaggio di risposta, passa ad uno stato operativo in cui la sonda 3 stessa risulta comunicativamente accoppiata alla staziona base 16. The probe 3, upon receiving the response message, passes to an operating state in which the probe 3 itself is communicatively coupled to the base station 16.

La procedura di auto-riconoscimento sopra descritta richiede che gli orologi interni delle unità di controllo 15 e 17 siano coordinati tra loro. Una forma di attuazione alternativa al coordinamento degli orologi è di compensare la differenza tra i due orologi mediante un doppio scambio di messaggi tra sonda 3 e stazione base 16, tali messaggi incorporando la marca temporale relativa all’istante di trasmissione del primo impulso del messaggio stesso. The self-recognition procedure described above requires that the internal clocks of the control units 15 and 17 be coordinated with each other. An alternative embodiment to the coordination of the clocks is to compensate for the difference between the two clocks by means of a double exchange of messages between probe 3 and base station 16, these messages incorporating the time stamp relating to the instant of transmission of the first pulse of the message itself. .

Secondo una ulteriore forma di attuazione della presente invenzione, il messaggio di risposta non viene trasmesso dalla sonda 3 in conseguenza di un evento interno generato periodicamente, ma a seguito di un differente evento rilevato sempre durante lo stato dormiente. According to a further embodiment of the present invention, the response message is not transmitted by the probe 3 as a consequence of an internal event generated periodically, but as a result of a different event always detected during the dormant state.

L’accelerometro 19 è attivo mentre la sonda 3 è nello stato dormiente per rilevare l’accelerazione lungo una certa direzione, ad esempio una direzione che risulta parallela all’asse longitudinale della testa operativa 8, in particolare all’asse longitudinale del mandrino, quando la sonda 3 è fissata alla testa operativa 8 stessa. In questo modo, l’azione di presa della sonda 3 da parte della testa operativa 8 genera vibrazioni rilevabili come accelerazioni dall’accelerometro 19. Se l’accelerazione rilevata ha determinate caratteristiche, la sonda 3 trasmette il messaggio di richiesta. In particolare, secondo una possibile forma di attuazione, se l’accelerazione rilevata ha un picco avente un’ampiezza superiore ad un valore di soglia di accelerazione ed una durata inferiore ad un valore di soglia di tempo, allora la sonda trasmette il messaggio di richiesta. The accelerometer 19 is active while the probe 3 is in the dormant state to detect the acceleration along a certain direction, for example a direction which is parallel to the longitudinal axis of the operating head 8, in particular to the longitudinal axis of the spindle, when the probe 3 is fixed to the operating head 8 itself. In this way, the gripping action of the probe 3 by the operating head 8 generates vibrations that can be detected as accelerations by the accelerometer 19. If the detected acceleration has certain characteristics, the probe 3 transmits the request message. In particular, according to a possible embodiment, if the detected acceleration has a peak having an amplitude greater than an acceleration threshold value and a duration less than a time threshold value, then the probe transmits the request message. .

Secondo un’ulteriore forma di attuazione non illustrata della presente invenzione, almeno il ricetrasmettitore 24 della stazione base 16 comprende due ricevitori comprendenti due rispettive antenne disposte ad una distanza reciproca prestabilita per ricevere il messaggio di richiesta. L’unità di controllo 17 della stazione base 16 raccoglie dai detti due ricevitori un primo messaggio di richiesta ricevuto ed un secondo messaggio di richiesta ricevuto e rileva due rispettivi istanti di ricezione. According to a further not illustrated embodiment of the present invention, at least the transceiver 24 of the base station 16 comprises two receivers comprising two respective antennas arranged at a predetermined mutual distance to receive the request message. The control unit 17 of the base station 16 collects from said two receivers a first received request message and a second received request message and detects two respective reception instants.

L’unità di controllo 17 è configurata per calcolare una differenza di tempo di arrivo in funzione dei due istanti di ricezione e stimare un angolo di arrivo del messaggio di richiesta sulla base della differenza di tempo di arrivo. La stazione base 16 trasmette il messaggio di risposta se, oltre ad essere soddisfatta la condizione prestabilita sulla distanza stimata, anche l’angolo di arrivo stimato soddisfa una ulteriore condizione prestabilita, ad esempio se l’angolo di arrivo stimato è minore di un angolo prestabilito indicativo della posizione dell’area di lavoro 6 rispetto alla posizione della stazione base 16. The control unit 17 is configured to calculate an arrival time difference as a function of the two reception instants and estimate an arrival angle of the request message based on the arrival time difference. The base station 16 transmits the reply message if, in addition to being satisfied the predetermined condition on the estimated distance, the estimated arrival angle also satisfies a further predetermined condition, for example if the estimated arrival angle is less than a predetermined angle indicative of the position of the work area 6 relative to the position of the base station 16.

Una realizzazione alternativa – non illustrata nelle figure – prevede la presenza di un ulteriore secondo dispositivo elettronico, sostanzialmente uguale al secondo dispositivo elettronico 16 e disposto ad una distanza prestabilita da esso, ovvero di due stazioni base 16, disposte in due punti diversi della macchina e collegate fra loro dall’interfaccia di comunicazione 18, che ricevono il messaggio di richiesta. Anche in questo caso un primo messaggio di richiesta ricevuto e un secondo messaggio di richiesta ricevuto sono elaborati, nelle rispettive unità di controllo 17 connesse tramite l’interfaccia di comunicazione 18, e i rispettivi istanti di ricezione sono rilevati. L’elaborazione successiva è la stessa della precedente realizzazione, effettuata da una o da entrambe le unità di controllo 17 che dialogano fra loro, e almeno una delle stazioni base 16 trasmette il messaggio di risposta se le condizioni in precedenza descritte relative a distanza e angolo sono soddisfatte. An alternative embodiment - not shown in the figures - provides for the presence of a further second electronic device, substantially the same as the second electronic device 16 and arranged at a predetermined distance from it, or two base stations 16, arranged in two different points of the machine and connected to each other by the communication interface 18, which receive the request message. Also in this case a first received request message and a second received request message are processed in the respective control units 17 connected via the communication interface 18, and the respective reception instants are detected. The subsequent processing is the same as in the previous embodiment, carried out by one or both of the control units 17 which communicate with each other, and at least one of the base stations 16 transmits the response message if the conditions previously described relating to distance and angle they are satisfied.

Il ricetrasmettitore 24 e l’unità di controllo 17 sono realizzati con circuiti elettronici e digitali di tipo noto che permettono di rilevare tempi dell’ordine di un centesimo della durata di impulso TI. Grazie a ciò, il metodo di auto-riconoscimento sopra descritto permette di stimare distanze tra sonda 3 e stazione base 16 con una risoluzione dell’ordine del centimetro. The transceiver 24 and the control unit 17 are made with electronic and digital circuits of the known type that allow to detect times of the order of one hundredth of the pulse duration TI. Thanks to this, the self-recognition method described above allows to estimate distances between probe 3 and base station 16 with a resolution of the order of one centimeter.

Il metodo di auto-riconoscimento sopra descritto è particolarmente vantaggioso quando la sonda 3 deve essere comunicativamente accoppiata alla stazione base 16 senza l’intervento di un operatore o di un sistema esterno, in un’area estesa in cui coesistono diverse apparecchiature industriali provviste di rispettive stazioni base e sonde che devono colloquiare solo nell’ambito della propria apparecchiatura industriale. The self-recognition method described above is particularly advantageous when the probe 3 must be communicatively coupled to the base station 16 without the intervention of an operator or an external system, in an extended area in which various industrial equipment with respective coexist base stations and probes that must communicate only within the context of their own industrial equipment.

Benché l’invenzione sopra descritta faccia particolare riferimento ad un esempio di attuazione ben preciso, essa non è da ritenersi limitata a tale esempio di attuazione, rientrando nel suo ambito tutte quelle varianti, modifiche, semplificazioni o applicazioni coperte dalle rivendicazioni allegate, quali ad esempio una sonda 3 che comprende ulteriori sensori in aggiunta al, o al posto del sensore di rilevazione di tocco 12-14. Although the invention described above makes particular reference to a very precise example of embodiment, it is not to be considered limited to this example of embodiment, since all the variants, modifications, simplifications or applications covered by the attached claims fall within its scope, such as for example a probe 3 which includes further sensors in addition to, or in place of, the touch detection sensor 12-14.

Claims

CLAIMS 1. Wireless digital communication method for communication between two electronic devices of an industrial equipment, the method comprising; - by a first electronic device (3, 16), coding at least one bit of information with a respective sequence of pulses (25) having a certain number of pulses (N) alternating with a corresponding number (N-1) of intervals of silence (26), each pulse (15) of said sequence of pulses (25) having a pulse duration (TI) less than or equal to 10 ns and said silence intervals (26) having respective silence durations (TSj) greater or equal to 30 ns; - by the first electronic device (3, 16), transmitting a radio signal (RS) comprising a plurality of radio pulses corresponding to said sequence of pulses (25) without modulating any radio carrier; and - by the other electronic device (16, 3), receiving and decoding said radio signal (RS) to obtain said at least one bit of information.

Method according to claim 1, wherein coding at least one bit of information with a pulse sequence (25) comprises: - modulating the polarity of the pulses of said sequence of pulses (25) as a function of the value of said at least one bit of information.

Method according to claim 1, wherein coding at least one bit of information with a pulse sequence (25) comprises: - modulating said silence durations (TSj) relating to said sequence of pulses (25) as a function of the value of said at least one bit of information.

Method according to claim 3, wherein modulating said silence durations (TSj) relating to said pulse sequence (25) as a function of the value of said information bit comprises: - modulating said silence durations (TSj) with a first sequence of durations or a second sequence of durations according to whether said at least one bit of information takes on a first logic value or, respectively, a second logic value.

Method according to claim 4, wherein each of said first and second sequence of durations comprises a respective alternation of two duration values (TS1, TS2).

Method according to claim 1, wherein coding at least one bit of information with a pulse sequence (25) comprises: - modulate the pulse width (25) of said sequence of pulses (25) as a function of the value of said at least one bit of information in accordance with an On-Off Keying modulation.

7. Wireless digital communication system for communication between two electronic devices of an industrial equipment; the wireless digital communication system (20) comprising, for each of said electronic devices (3, 16), respective encoder and decoder devices (21, 22) and respective radio transceivers (23, 24) and being characterized in that said devices coders and decoders (21, 22) and said radio transceivers (23, 24) are configured to implement the method according to any one of claims 1 to 6.

8. Industrial equipment comprising at least two electronic devices and a wireless digital communication system according to claim 7.

Apparatus according to claim 8, wherein each of said electronic devices (3, 16) comprises said respective encoder and decoder devices (21, 22) and said respective radio transceivers (23, 24).

10. Apparatus according to claim 8 or 9, comprising a machine tool (2), which comprises a frame (5) and an operating head (8) mounted on the frame (5); said two electronic devices (3, 16) comprise a first electronic device (3) connectable to the operating head (8) and a second electronic device (16) connected to the frame (5).

11. Apparatus according to any one of claims 8 to 10, wherein said two electronic devices (3, 16) comprise a first electronic device consisting of a probe (3), which comprises a sensor (12-14) for carrying out checks on a workpiece (6) and provide relative detections, and a second electronic device consisting of a base station (16), which comprises a control unit (17) configured to collect said detections through said wireless digital communication system (20).