(57)【要約】  産業用装置（１）の２つの電子デバイス（３、１６）間の通信のための無線デジタル通信方法であって、−所定個数（Ｎ）のパルス（２５）の各シーケンスにより各情報ビットを符号化するステップであって、前記パルス（２５）は対応する個数（Ｎ−１）の無信号区間（２６）と交互にされ、各パルスはｎｓ以下のパルス持続時間（Ｔｌ）を有し、前記無信号区間は３０ｎｓ以上の各無信号持続時間（ＴＳｊ）を有するステップと−第１電子デバイスが、前記パルスシーケンスに対応する複数の電波パルスを含む電波信号（ＲＳ）を電波搬送波を変調せずに送信するステップと、他方の電子デバイスが前記電波信号を受信して復号化し、前記情報ビットを取得するステップと、を含む。本方法は、前記電子デバイス間で情報を交換する追加のステップを含み得る。これにしたがって、スタンバイ状態にある前記電子デバイスのうちの一方が、要求メッセージを送信し、他方の電子デバイスからの応答メッセージを待ち（いくつかの条件が適合した場合）、応答メッセージの受信時に、前記２つの電子デビアスが互いに通信可能に連結された操作状態に切り替わる。
2021533632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業用装置の第１電子デバイスと第２電子デバイスとの間における通信のための無線デジタル通信方法であって、
−前記第１電子デバイス（３、１６）が、所定個数のパルス（Ｎ）を有するパルス（１５）の各シーケンスによって、少なくとも１つの情報のビットを符号化するステップであって、前記パルス（２５）は、対応する個数（Ｎ−１）の無信号区間（２６）と交互にされ、前記パルス（２５）のシーケンスの各パルス（２５）は、１０ｎｓ以下のパルス持続時間（Ｔｌ）を有し、前記無信号区間（２６）は、３０ｎｓ以上の各無信号持続時間（ＴＳｊ）を有するステップと、
−前記第１電子デバイス（３、１６）が、前記パルス（２５）のシーケンスに対応する複数の電波パルスを含む電波信号（ＲＳ）を、電波搬送波を変調せずに送信するステップと、
−前記第２電子デバイス（１６、３）が、前記電波信号（ＲＳ）を受信して復号化し、前記少なくとも１つの情報のビットを取得するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
パルス（２５）のシーケンスによって少なくとも１つの情報のビットを符号化する前記ステップは、
−前記少なくとも１つの情報のビットの値に応じて、前記パルス（２５）のシーケンスの前記パルスの前記極性を変調すること、
を備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
パルス（２５）のシーケンスによって少なくとも１つの情報のビットを符号化する前記ステップは、
−前記少なくとも１つの情報のビットの値に応じて、前記パルス（２５）のシーケンスに関する前記無信号持続時間（ＴＳｊ）を変調すること、
を備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの情報のビットの前記値に応じて、前記パルス（２５）のシーケンスに関する前記無信号持続時間（ＴＳｊ）を変調する前記ステップは、
−前記少なくとも１つの情報のビットが第１論理値を持つか第２論理値を持つかに応じて、前記無信号区間（ＴＳｊ）を第１の持続時間シーケンスまたは第２の持続時間シーケンスで変調すること、
を備える、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１および第２の持続時間シーケンスのそれぞれは、交代する２つの持続時間値（ＴＳ１、ＴＳ２）を備える、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つの情報のビットをパルス（２５）のシーケンスで符号化する前記ステップは、
−前記パルス（２５）のシーケンスの前記パルス（２５）の振幅を、前記少なくとも１つの情報のビットの前記値に応じて、オン／オフキーイング変調にしたがって変調すること、
を備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
−スタンバイ状態にある際の前記第１電子デバイス（３）が要求メッセージを送信するステップであって、前記要求メッセージは、複数の情報ビットと、前記要求メッセージの最初の情報ビットの前記パルス（２５）のシーケンスの前記最初のパルスの前記送信タイミングと、を含むステップと、
−前記第２電子デバイス（１６）が前記要求メッセージを受信して、受信した前記要求メッセージから前記送信タイミングを抽出し、受信した前記要求メッセージの前記最初のパルスの前記受信タイミングを検出するステップと、
−前記第２電子デバイス（１６）が、前記送信タイミングおよび前記受信タイミングに基づいて、前記要求メッセージの飛行時間を計算するステップと、
−前記第２電子デバイス（１６）が、前記飛行時間に応じて、前記２つの電子デバイス（１６、３）間の距離を推定するステップと、
−推定された前記距離が所定条件に適合した場合、前記第２電子デバイス（１６）が応答メッセージを送信するステップと、
−前記応答メッセージの受信時に、前記第１電子デバイス（３）が、前記２つの電子デバイス（１６）同士が互いに通信可能に連結された操作状態に切り替わるステップと、
を追加的に含む、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
スタンバイ状態にある際の前記第１電子デバイス（３）が要求メッセージを送信する前記ステップは、
−定期的にイベントを生成することと、
−前記要求メッセージを各イベント時に送信することと、
を備える、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
スタンバイ状態にある際の前記第１電子デバイス（３）が要求メッセージを送信する前記ステップは、
−少なくとも特定の方向に沿った加速度を、前記第１電子デバイス（３）の加速度計により検出することと、
−検出された前記加速度が特定の特徴を有する場合、前記要求メッセージを送信することと、
を備える、
請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
検出された前記加速度の前記特定の特徴は、閾加速度値より大きい振幅、および閾時間値より短い持続時間のピークを含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２電子デバイス（１６）は、所定の相互距離を置いて配置された２つの各アンテナを含む２つの受信機を備え、
−前記要求メッセージを受信する前記ステップは、前記２つの受信機が前記要求メッセージを受信することを含み、
−受信した前記要求メッセージの前記最初のパルスの前記受信タイミングを検出する前記ステップは、前記２つの受信機が受信した第１受信要求メッセージおよび第２受信要求メッセージの２つの受信タイミングを検出することを含み、
−前記方法は、前記第２電子デバイス（１６）が、前記２つの受信タイミングに応じて到着時間差を計算するとともに、前記到着時間差に基づいて前記要求メッセージの到着角度を推定することを更に備え、
推定された前記距離が前記所定条件に適合するとともに推定された前記到着角度が別の所定条件に適合する場合、前記応答メッセージが送信される、
請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２電子デバイス（１６）に実質的に等しい追加の第２電子デバイスであって、前記第２電子デバイス（１６）から所定距離を置いて配置されるとともに、これに通信インターフェース（１８）を介して接続された追加の第２電子デバイスを備え、
−前記要求メッセージを受信する前記ステップは、前記要求メッセージを前記第２電子デバイスおよび追加の第２電子デバイスの前記受信機を介して受信することを含み、
−受信した前記要求メッセージの前記最初のパルスの前記受信タイミングを検出する前記ステップは、前記第２電子デバイス（１６）および前記追加の第２電子デバイスが、第１受信要求メッセージおよび第２受信要求メッセージの２つの受信タイミングをそれぞれ検出することを含み、
前記方法は、
−前記第２電子デバイス（１６）および／または追加の第２電子デバイスが、前記２つの受信タイミングに応じて到着時間差を計算し、前記到着時間差に基づいて前記要求メッセージの到着角度を推定すること、
を更に備え、
推定された前記距離が前記所定条件に適合するとともに推定された前記到着角度が別の所定条件に適合する場合、前記第２電子デバイス（１６）および／または前記追加の第２電子デバイスが前記応答メッセージを送信する、
請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
産業用装置の第１および第２電子デバイス（３、１６）間の通信のための無線デジタル通信システムであって、前記無線デジタル通信システム（２０）は、前記第１および第２電子デバイス（３、１６）のそれぞれについて、各符号化／復号化デバイス（２１、２２）と、各電波送受信機（２３、２４）と、を備え、前記符号化／復号化デバイス（２１、２２）および前記電波送受信機（２３、２４）は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成される、
無線デジタル通信システム（２０）。
【請求項１４】
第１および第２電子デバイス（３、１６）と、請求項１３に記載の無線デジタル通信システム（２０）と、を備える産業用装置。
【請求項１５】
前記第１および第２電子デバイス（３、１６）のそれぞれは、前記各符号化／復号化デバイス（２１、２２）と、前記各電波送受信機（２３、２４）と、を含む、
請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
第１および第２電子デバイス（３、１６）を備える産業用装置であって、
前記第１および第２電子デバイス（３、１６）のそれぞれは、各符号化／復号化デバイス（２１、２２）と、各電波送受信機（２３、２４）と、各制御ユニット（１５、１７）と、を備え、
前記符号化／復号化デバイス（２１、２２）および前記電波送受信機（２３、２４）は、前記第１および第２電子デバイス（３、１６）間の通信のための無線デジタル通信システム（２０）を形成し、
前記無線デジタル通信システム（２０）および前記制御ユニット（１５、１７）は、請求項７乃至１２のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成される、
産業用装置。
【請求項１７】
第１および第２電子デバイス（３、１６）を備える産業用装置であって、
前記第１および第２電子デバイス（３、１６）のそれぞれは、各符号化／復号化デバイス（２１、２２）と、各電波送受信機（２３、２４）と、各制御ユニット（１５、１７）と、を備え、
前記符号化／復号化デバイス（２１、２２）および前記電波送受信機（２３、２４）は、前記第１および第２電子デバイス（３、１６）間の通信のための無線デジタル通信システム（２０）を形成し、
少なくとも前記第２電子デバイス（１６）の前記電波送受信機（２３、２４）は、所定の相互距離を置いて配置された各アンテナを有する２つの受信機を備え、
前記無線デジタル通信システム（２０）及び前記制御ユニット（１５、１７）は、請求項１１に記載の方法を実施するように構成される、
産業用装置。
【請求項１８】
第１電子デバイス（３）と、第２電子デバイス（１６）と、追加の第２電子デバイスと、を備えた産業用装置であって、
前記追加の第２電子デバイスは、前記第２電子デバイス（１６）から所定距離を置いて配置されるとともに前記第２電子デバイス（１６）に実質的に等しく、
前記電子デバイスのそれぞれは、各符号化／復号化デバイス（２１、２２）と、各電波送受信機（２３、２４）と、各制御ユニット（１５、１７）と、を備え、
前記符号化／復号化デバイス（２１、２２）および前記電波送受信機（２３、２４）は、前記第１および第２電子デバイス（３、１６）間の通信のための無線デジタル通信システム（２０）を形成し、
前記無線デジタル通信システム（２０）および前記制御ユニット（１５、１７）は、請求項１２に記載の方法を実施するように構成される、
産業用装置。
【請求項１９】
フレーム（５）と、前記フレーム（５）に装着された可動の操作ヘッド（８）と、を備えた工作機械（２）を含む装置であって、
前記第１電子デバイス（３）は前記操作ヘッド（８）に接続可能であり、前記第２電子デバイス（１６）は前記フレーム（５）に接続される、
請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１電子デバイスは、ワークピース（７）のチェックを実施するとともに対応する読取値を提供するプローブ（３）によって構成され、
前記第２電子デバイスは、前記読取値を前記無線デジタル通信システム（２０）を介して収集するように構成された制御ユニット（１７）を備えた基地局（１６）によって構成される、
請求項１４乃至１９のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用装置の２つの電子デバイス間の通信のための無線デジタル通信方法、および対応する無線デジタル通信システムに関する。
【０００２】
特に、本発明は、少なくとも、可動プローブと工作機械のフレームに取り付けられた少なくとも１つの基地局との間における通信において有利に、しかし排他的ではなく適用される。以下に参照する説明は、純粋に例示的なものである。
【背景技術】
【０００３】
例えば、フィラー装置（探知装置）を有するプローブ等のプローブと、工作機械のフレームに取り付けられた基地局との間における無線通信のための産業設備および装置の分野で使用される無線通信システムが知られている。このような無線通信システムは、キャリア信号を利用して情報を或る電子デバイスから別のものに送信する。このキャリア信号は、例えば、当該情報を含む変調信号によって適切に変調される特性を有する赤外線帯域の光学搬送波又は電波搬送波である。変調される搬送波の特性とは、例えば、振幅、位相、または周波数である。
【０００４】
変調される搬送波の特性がどのようなものであっても、変調信号の情報内容がどのようなものであっても、情報内容の送信中に、搬送波信号は継続的に送信される。すなわち、変調された搬送波に基づく無線通信は、電磁場を継続的に放出する。
【０００５】
産業適用分野における不利な点は、以下に記す。
−多大な電力消費。これは、バッテリにより給電される可動プローブにおいて特に望ましくない。
−同一の作業領域に共存する多くのワイヤレス通信システム同士の干渉。
−強力な破壊的干渉の領域を生成するマルチパス・フェーディングと呼ばれる現象の存在。このような領域は、先験的に知ることのできない多くの金属物や多くの人が存在し移動する実際の産業作業環境において、実質的に特定することができない。
【０００６】
更に、産業用装置のプローブは、いずれも、通常基地局に通信可能に接続する必要がある。これにより、これら産業用装置のプローブは通信中に相互に認識可能である。特定の工作機械の基地局は、他の工作機械に関連して動作するプローブの送信を考慮しないようになされている。無線通信プロトコルを採用する既知のシステムにおいて、プローブと基地局との相互認識または認証には、認識プロセスまたは認証の開始に際してオペレータまたは外部システムの介入が必要である。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、上述の欠点がないと同時に安価で実施できるとともに製造が容易である、産業用装置の２つの電子デバイス間における無線通信方法、および関連するシステムを提供することである。
【０００８】
本発明によれば、添付の特許請求の範囲に規定される、産業用装置の２つの電子デバイス間の通信のための無線デジタル通信方法、産業用装置の２つの電子デバイス間の通信のための無線デジタル通信システム、および産業用装置が提供される。
【０００９】
本発明の非限定的な実施形態を、添付図面を参照して例示的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による無線通信方法により互いに通信する２つの電子デバイスを備えた産業用装置を概略的に示す図。
【図２】本発明による無線通信方法の一部を示すタイムチャート。
【図３】本発明による無線通信方法の符号化ステップの一実施形態を示す時間図。
【図４】本発明による無線通信方法の符号化ステップの別の実施形態を示す時間図。
【図５】本発明による無線通信方法の符号化ステップの別の実施形態を示す時間図。
【図６】本発明による無線通信方法の符号化ステップの別の実施形態を示す時間図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１において、符号１は、工作機械２と「タッチトリガ」タイプのプローブ３とを備えた産業用装置全体を示す。
【００１２】
工作機械２は、ベース４と、ベース４に固定的に連結されたフレーム５と、ワークピース７が配置される作業領域６と、例えばワークピース７を加工するように適合されたツール９を支持する主軸を備えた可動の操作ヘッド８と、を備えている。操作ヘッド８は、フレーム５に取り付けられたガイド１０に沿って摺動可能であるようにフレーム５に装着され、これにより作業領域６内で可動となっている。工作機械２は、符号１１で示される数値制御装置を更に備えている。
【００１３】
プローブ３は、操作ヘッド８に接続可能である。より具体的には、プローブ３は、操作ヘッド８の本体に取り付けられ得る。その目的は、ワークピース７のチェックを実施すること、特に、ワークピースの位置および寸法をその加工前、加工中、および加工後にチェックすること、そして対応する読取値を提供することである。一般に、プローブ３と操作ヘッド８は、いずれかがツール９に連結されるが、図１では、図示を単純にするように、プローブ３およびツール９の両方が同時に操作ヘッド８に取り付けられている。
【００１４】
特に、プローブ３は、可動アーム１２を備える。アーム１２は、一端部に、フィーラ１３（接触子）と、検出デバイス１４と、制御ユニット１５と、を有している。検出デバイス１４は、例えば、フィーラ１３がピース７に接触すると即座に電気信号を生成するように適合されたマイクロスイッチを含んでいる。制御ユニットは、例えば、検出デバイス１４に連結されて接触により生成された電気信号をそこから受信するマイクロコントローラである。可動アーム１２、フィーラ１３、および検出デバイス１４は、タッチトリガプローブを形成していることに留意されたい。
【００１５】
概略的に図示するように、工作機械２は、フレーム５に接続可能な基地局１６であって、制御ユニット１７を有する基地局１６を備えている。制御ユニット１７は、例えば、通信インターフェース１８を介して数値制御装置１１に接続されたマイクロコントローラである。
【００１６】
プローブ３は、少なくとも１つの所定方向に沿った加速度を検出するための加速度計１９を更に備えている。
【００１７】
産業用装置１は、プローブ３と基地局１６とにより構成される２つの電子デバイス間の通信のための、全体として符号２０で示す無線デジタル通信システムを備えている。２つの電子デバイスの一方および他方は、第１電子デバイスおよび第２電子デバイスとして特定され得る。通信システム２０は、本発明の方法、すなわち無線デジタル通信プロトコルを実施する。
【００１８】
通信システム２０は、２つの電子デバイス３および１６のそれぞれについて、各符号化／復号化デバイス２１および２２を備えている。当該デバイスは、情報ビットを符号化して送信すべき信号を取得し、且つ受信した信号を復号して情報ビットを特定するためのものである。２つの電子デバイス３および１６は、対応する符号化／復号化デバイス２１および２２に接続された各電波送受信機２３および２４もそれぞれ含んでいる。
【００１９】
図２は、プローブ３から基地局１６への、またはその逆のデジタル信号の送信を示す。各符号化／復号化デバイス２１、２２は、デジタル信号の少なくとも１つの情報のビット、好適には各情報ビットを、所定個数Ｎのパルス２５の各シーケンスで符号化するように構成されている。パルス２５は、対応する個数（Ｎ−１）の無信号区間２６と交互にされている。換言すれば、２つの隣接するパルス２５は、無信号区間２６により離間している。Ｎ個のパルス２５のシーケンスは、ＴＢで示される、ビット時間に等しい合計持続時間を有する。各パルス２５は、実質的にエネルギー制限された時間関数により定義され、１０ｎｓ以下のパルス持続時間Ｔｌ、好適には各パルス２５について同一のパルス持続時間Ｔｌを有している。無信号区間２６は、それぞれが３０ｎｓ以上である各無信号持続時間ＴＳｊを有している。
【００２０】
図２では、各パルス２５が矩形の波形を有するものとして概略的に示されているが、これは本発明の本質的な特徴ではない。
【００２１】
電子デバイス３（または１６）の送信側の送受信機２３（または２４）は、図１においてＲＳで示す無線信号であって、パルス２５のシーケンス（パルスシーケンス２５）に対応する複数の無線パルスを含む電波信号を、電波搬送波を変調せずに送信するように構成されている。換言すれば、電波信号ＲＳの各パルスは、実質的にエネルギー制限されたパルスであり、実質的に同一のパルス持続時間Ｔｌを有する。そして電波信号ＲＳのパルス同士は、無信号持続時間ＴＳｊにより実質的に間を置いている。電子デバイス１６（または３）の受信側の送受信機２４（または２３）は、電波信号ＲＳを受信し、これを各符号化／復号化デバイス２２（または２１）に供給するように構成されている。符号化／復号化デバイス２２（または２１）は、このような電波信号ＲＳを復号して各情報のビットを取得するように構成されている。
【００２２】
有利には、通信システム２０は、プローブ３から提供された読取値をデジタル形式で基地局１６に送信するための産業装置１において使用される。基地局１６の制御ユニット１７は、通信システム２０を介して受信した読取値を収集するように構成される。特に、プローブ３の制御ユニット１５は、検出デバイス１４から供給された電気信号をデジタル信号に、すなわち単一のビットまたは通常は複数のビットのシーケンスに変換するように構成される。ビットは、図２を参照して上述した態様において符号化／復号化デバイス２１により符号化され、各送受信機２３により電波（電波信号ＲＳ）で送信される。基地局１６において、送受信機２４が電波信号ＲＳを受信し、各符号化／復号化デバイス２２が電波信号ＲＳを復号化してデジタル信号を取得し、このデジタル信号を制御ユニット１７が収集する。
【００２３】
また、通信システム２０は、反対方向の送信、すなわちコマンドおよびプログラミング制御をデジタル形式で基地局１６からプローブ３に送信するように使用される。
【００２４】
特に図３を参照すると、各符号化／復号化デバイス２１、２２は、対応する情報ビットの値に基づいて、Ｎ個のパルスの各シーケンスのパルス２５の極性を変調するように構成されている。図３の例において、情報のビットが高い論理値（図３においてビット＝１）を有している場合、パルス２５は全て正の値を有する。あるいは、情報のビットが低い論理値（図３においてビット＝０）を有する場合、パルス２５は全て負の値を有する、すなわち、ＢＰＳＫ変調等の相変調において一般に意図されるように反対の極性となる。無信号持続時間ＴＳｊは互いに同一である。
【００２５】
図３の変形例である図４に示す本発明の別の実施形態によれば、情報のビットが高い論理値を有する場合、パルス２５のシーケンスは、交代する正パルス２５ａおよび負パルス２５ｂにより特徴付けられる。あるいは、情報のビットが低い論理値を有する場合、パルス２５のシーケンスは、異なるパルスの交代を特徴とする。このような異なる交代は、高い論理レベルを有する情報のビットを特徴付ける極性と反対の、好適にはこれに直交する極性を有するパルスから構成され得る。この目的は、符号化／復号化デバイス２１、２２による復号化の実施中に、情報のビットの高い論理値と低い論理値とを容易に区別可能とすることである。互いに直交するパルスのシーケンスは、パルスのシーケンスの互いの相互相関が低いことを意味する。
【００２６】
図５に示す本発明の別の実施形態によれば、各符号化／復号化デバイス２１、２２は、Ｎ個のパルス２５の各シーケンスにおける無信号持続時間ＴＳｊを、対応する情報のビットの値（パルス位置変調）の関数として（に応じて）、特に２つの別個の持続時間のシーケンスに応じて変調するように構成されている。この目的は、情報のビットの高い論理値と低い論理値とを容易に区別可能とすることである。
【００２７】
図５に示す例において、情報のビットが高い論理値を有する場合、無信号持続時間ＴＳｊが、２つの値ＴＳ１とＴＳ２との第１の交代に応じて変調される。この交代では、例えば第２の値ＴＳ２より大きい第１の値ＴＳ１から第２の値ＴＳ２が開始する。あるいは、情報のビットが低い論理値を有する場合、無信号持続時間ＴＳｊは、同じ２つの値ＴＳ１およびＴＳ２であって、第２の値ＴＳ２から開始する第２の交代に応じて変調される。換言すれば、無信号持続時間ＴＳｊの変調に応じた２つの別個の持続時間のシーケンスは、二極性のシーケンスとして定義され得る。
【００２８】
図５の実施形態の変形例であって図示しない本発明の別の実施形態によれば、無信号持続時間ＴＳｊが変調されることに応じた２つの別個の持続時間のシーケンスは、３つの極性のシーケンスであるか（すなわち、互いに交代する無信号時間ＴＳｊの３つの異なる値が含まれる）、または３より大きい次数のシーケンスである。
【００２９】
図６に示す本発明の別の実施形態によれば、各符号化／復号化デバイス２１、２２は、Ｎ個のパルスの各シーケンスのパルス２５の振幅を、対応する情報のビットに応じて、オン／オフキーイング（Ｏｎ−Ｏｆ  Ｋｅｙｉｎｇ（ＯＯＫ））変調にしたがって、特に、抑制される、すなわち送信されないパルス数が異なることで互いに異なる２つの異なるパルスシーケンスにしたがって、変調するように構成されている。無信号持続時間ＴＳｊは互いに同一である。
【００３０】
図６の例において、存在するパルスは２５ｃで示され、抑制されるパルスは破線で表されるとともに２５ｄで示される。
【００３１】
図示しない本発明の別の実施形態において、パルス２５および無信号持続時間ＴＳｊの上述の変調技術（振幅または極性／位相変調）のうちの少なくともいくつかが組み合わされて、通信のロバスト性を向上させ得る混合変調とされている。例えば、各符号化／復号化デバイス２１、２２は、パルス２５の極性を変調すると同時に、２つの別個の持続時間のシーケンスにしたがって無信号持続時間ＴＳｊを変調するように構成される。
【００３２】
例として、情報が１Ｍｂｐｓの速度で送信され、各情報のビットについてのパルスの個数Ｎが３２であり、パルス持続時間Ｔｌが２ｎｓであるとすると、１００万分の１秒（１μｓ）間、すなわち１ビットの情報を送信するのに必要な時間の間で、電磁場は６４ｎｓ、すなわち６．４％の時間しか放出されない。これにより高いエネルギー効率が確保される。本例において、無信号持続時間ＴＳｊは約３０．２ｎｓに等しいことが観察され得る。
【００３３】
電磁波の伝搬速度は、真空中の光の速度、すなわち３’１０８ｍ／ｓよりわずかに小さいため、信号ＲＳは、１ｍの距離を約３．３ｎｓで、そして１０ｍの距離を約３３ｎｓで伝わる。これは、パルス持続時間Ｔｌが３．３ｎｓより短く、無信号区間が３３ｎｓより長い場合、半径１ｍの内周と半径１０ｍの外周との間に含まれる環状領域において、パルス２５が重なり合わないということを意味する。これは、プローブ３と基地局１６との間に存在する障害物の表面でパルス２５が数回反射した後、急速に減衰することにもよる。実際に、パルス持続時間Ｔｌが極端に減少すると、信号ＲＳのスペクトル内容が、伝搬距離の増加に伴い強く減衰する非常に高い周波数にシフトする。
【００３４】
非常に短縮されたパルス持続時間Ｔｌ、パルス持続時間Ｔｌよりはるかに長い無信号持続時間ＴＳｊ（例えばパルス持続時間Ｔｌの１０倍）、および変調されたキャリアの不存在は、マルチパス・フェーディング現象を大幅に低減させることができる。実際に、電波搬送波を継続的に放出することにより、送信機から距離を置いた電磁場の分布・分散が形成される。これは、電磁波の伝搬時間と比較すると、実質的に変化はなく、建設的および破壊的な干渉領域の空間における無限の反復を有する。このような反復は、移動する多くの金属物体や人が存在する実際の産業作業環境では特定することが実質的に不可能である。２つの電子デバイス３および１６のうちの一方が破壊的な干渉領域に配置された場合、通信の質が悪化し、これにより通信が失われる可能性さえある。非常に短い持続時間を有する電波パルスにより特徴付けられる信号ＲＳは、電磁場の前記変化のない分布・分散を生成しないため、マルチパス・フェーディングを減少させる、更には、上述の例のようにパルス持続時間Ｔｌと無信号持続時間ＴＳｊとの比率を適切に選択することにより決定される有限次元の領域においてマルチパス・フェーディングを解消する。
【００３５】
有利には、各送受信機２３および２４は、信号ＲＳに由来する反射信号の少なくとも一部を受信するための、いわゆるレーキ受信機として構成された各受信機（図示せず）を備える。この目的は、信号の非有向路全てからエネルギーを収集し、これにより通信のロバスト性を向上させること、すなわち、受信時の信号とノイズとのより高い比率を得ることである。レーキ受信機のタスクは、信号ＲＳの反射パルスが互いから、且つ直接パルスから十分に時間的に離れているという前提において容易化される。
【００３６】
本発明の無線デジタル通信システムおよび対応する通信システム２０の他の利点は、同一領域内において複数の通信システムを共存させ得る、すなわち同時に動作させ得ることである。このような共存は、互いに異なるパルスの個数Ｎおよび無信号持続時間ＴＳｊに関する限り、情報のビットの符号化スキームを選択できることで可能になる。特に、各符号化スキームは、高い自己相関性、すなわち、同一スキームで符号化された時間シフトレプリカに対する高い相関性、および、低い相互相関性、すなわち異なる符号化スキームで符号化された時間シフトレプリカに対する低い相関性を呈する必要がある。
【００３７】
本発明の別の態様によれば、制御ユニット１５および１７は、上記の無線デジタル通信プロトコルに基づいて、プローブ３と基地局１６との間で情報を交換する方法を実施するように構成される。
【００３８】
プローブ３は、操作ヘッド８に取り付けられる前には、通常マガジンに収容されるとともに、電気エネルギーの消費を最小限にすべくスタンバイ状態にある。プローブ３がスタンバイ状態にある場合、その制御ユニット１５は定期的にイベントを生成し、これにより、プローブ３は基地局１６宛てに意図された要求メッセージを送信する。要求メッセージは、上述の無線デジタル通信プロトコルに従って送信される。すなわち、要求メッセージは、複数のビットを含み、そのそれぞれが、電波信号ＲＳの電波パルスのシーケンスが対応するＮ個のパルス２５のシーケンスで符号化されている。
【００３９】
また、要求メッセージは、要求メッセージの最初の情報ビットのパルス２５のシーケンスのうちの最初のパルスの送信タイミング（時刻）を示すタイムスタンプを含んでいる。送信タイミングは、制御ユニット１５の内部クロックに基づいて、且つ符号化／復号化デバイス２１の内部遅延に基づいて決定される。
【００４０】
基地局１６は、要求メッセージを受信し、これを復号化して送信タイミングに関する情報を含むタイムスタンプを抽出する。基地局１６の制御ユニット１７は、各送受信機２４と協働して、受信した要求メッセージの最初のパルスの受信タイミングを検出する。
【００４１】
この時点で、制御ユニット１７は、送信タイミングおよび受信タイミングに基づいて要求リクエストの飛行時間を計算し、飛行時間に応じてプローブと基地局１６との間の距離を推定する。飛行時間とは、プローブ３による基地局１６への要求メッセージを運んだ電波信号ＲＳの伝搬時間である。推定された距離が所定条件に適合する場合、例えば、このような推定された距離が作業領域６の範囲を示す所定距離より短い場合、基地局１６は応答メッセージを送信する。
【００４２】
プローブ３は、応答メッセージを受信すると、２つの電子デバイス３、１６が互いに通信可能に連結された操作状態に切り替わる。こうして、プローブ３は基地局１６と通信することができる。
【００４３】
上述の情報交換方法では、制御ユニット１５および１７の内部クロックが互いに調整されていることが必要である。代替実施形態によれば、クロックの調整は、プローブ３と基地局１６との間でメッセージを二重交換することにより２つのクロック間の差を補償することでなされてもよい。このようなメッセージは、メッセージそれ自体の最初のパルスの送信タイミングに対応するタイムスタンプを含んでいる。
【００４４】
本発明の別の実施形態によれば、応答メッセージは、定期的に生成される内部イベントの結果としてではなく、スタンバイ状態中に検出された別のイベントの結果として、プローブ３により送信される。
【００４５】
加速度計１９は、特定の方向に沿った加速度を検出するように、プローブ３がスタンバイ状態にある間、アクティブである。特定の方向とは、例えば、操作ヘッド８の長手方向軸に対して、特に、プローブ３が操作ヘッド８に取り付けられている際の主軸の長手方向軸に対して平行な方向である。このようにして、操作ヘッド８がプローブ３を係合把持しているときに発生する振動が、加速度計１９により加速度として検出され得る。検出された加速度が所定の特徴を有している場合、プローブ３は要求メッセージを送信する。特に想定可能な実施形態によれば、検出された加速度が、閾加速度値より大きい振幅、および閾時間値より短い持続時間のピークを有する場合、プローブ３は要求メッセージを送信する。
【００４６】
図示しない本発明の別の実施形態によれば、基地局１６の少なくとも送受信機２４は、要求メッセージを受信するように所定の相互距離を置いて配置された２つの各アンテナを含む２つの受信機を備える。基地局１６の制御ユニット１７は、前記２つの受信機から、第１受信要求メッセージおよび第２受信要求メッセージを収集し、２つのそれぞれの受信タイミングを検出する。
【００４７】
制御ユニット１７は、２つの受信タイミングに応じて到着時間差を計算するとともに、この到着時間差に基づいて要求メッセージの到着角度を推定するように構成されている。推定された距離に関する所定条件が満たされていることに加えて、推定された到着角度が別の所定条件に適合している場合、例えば、推定された到着角度が基地局１６の位置に対する作業領域６の位置を示す所定角度より小さい場合、基地局１６は応答メッセージを送信する。
【００４８】
図示しない代替実施形態によれば、第２電子デバイス１６に実質的に等しい追加の第２電子デバイスが、これから所定の距離を置いて配置される。換言すれば、機械の２つの別々の点に配置されるとともに通信インターフェース１８により相互接続された２つの基地局１６が、応答メッセージを受信する。本例においても、受信した第１要求メッセージおよび受信した第２要求メッセージは、通信インターフェース１８を介して接続された各制御ユニット１７で処理され、それぞれの受信タイミングが検出される。その後の処理は、上述の実施形態と同一であり、対話する制御ユニット１７の一方または両方により実施される。距離及び角度に関する上述の条件が満たされれば、基地局１６のうちの少なくとも一方が応答メッセージを送信する。
【００４９】
送受信機２４および制御ユニット１７は、パルス持続時間Ｔｌの１００分の１の大きさのオーダーの時間を検出可能な既知のタイプのデジタル電子回路で構成される。したがって、上述の方法は、１センチメートルの大きさのオーダーの分解能で、プローブ３と基地局１６との間の距離を推定することができる。
【００５０】
上述の情報交換方法は、自己認識手順を実質的に実施する。そして、基地局およびプローブをそれぞれ有する種々の産業用装置が存在し、基地局とプローブとが自装置においてのみ通信しなければならない広いエリアにおいて、プローブ３を基地局１６に、オペレータや外部システムを介入させずに通信可能に連結しなければならない場合に、非常に有利である。
【００５１】
特定の実施形態について説明してきたが、添付の特許請求の範囲に含まれる全ての変更例、変形例、簡略例および適用例は本発明の範囲に属するものであるため、本発明は当該実施形態に限定されると見なされるべきではない。例えば、タッチトリガプローブ３に加えて、またはこれに代えて他のセンサが提供され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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