Innovadora sonda de radiotransmisión de salto de frecuencias

Las transmisiones inductivas tienen un alcance muy corto (el receptor está montado en la punta del husillo), mientras que las transmisiones ópticas y las de radio de baja potencia pueden transmitir a varios metros. Las transmisiones ópticas utilizan la línea de foco entre el transmisor y el receptor, aunque también aprovechan las reflexiones del interior de la máquina. Las transmisiones por radio también aprovechan estas reflexiones, además de una considerable difracción alrededor de los objetos de la máquina, por lo que son idóneas para máquinas de mayor tamaño en las que la sonda puede insertarse en el componente, o para las máquinas de 5 ejes en las que no se puede garantizar la línea de foco.

1. Espectro amplio o frecuencia fija: ¿qué otros dispositivos pueden encontrarse en el rango de frecuencia elegido y qué pasos hay que seguir para permitir su coexistencia?
2. Tolerancia a interferencias de señal: si se producen interferencias ¿cómo puede seguir funcionando la sonda con fiabilidad?
3. Evitación de ‘puntos muertos’: si hay reflexiones dentro de la máquina que generan interferencias de señal destructivas en determinados puntos ¿cómo puede mantenerse el funcionamiento de la sonda?
4. Compatibilidad con las regulaciones: ¿puede utilizarse la misma sonda en todo el mundo sin peligro de contravenir las regulaciones de radiofrecuencia locales?

Esta tecnología ha demostrado ser fiable, siendo su única limitación el número de canales disponibles por banda. No obstante, estos dispositivos podrían verse afectados por interferencias locales de otros dispositivos de radio de la fábrica que emitan en la misma frecuencia.

1. Espectro amplio de secuencia directa (DSSS): se envía simultáneamente una señal a baja potencia sobre una amplia gama de frecuencias (igual que en las redes inalámbricas WiFi).
2. Espectro amplio de salto de frecuencias (FHSS): se transmite una señal a relativa baja potencia sobre una serie codificada de distintas frecuencias, que serán identificadas por el transmisor y el receptor (igual que en los dispositivos ‘bluetooth’ y en el sistema de sonda por radio RMP60 de Renishaw).

El sistema RMP60 de Renishaw es un dispositivo FHSS que opera sobre una banda entre los 2.402 y 2.481 GHz, con 79 canales de 1 MHz de ancho de banda cada uno. El sistema se compone de dos módulos: el RMP, integrado en la sonda y montado en el husillo de la máquina, y el RMI, conectado al CNC y montado en algún punto de la estructura estática de la máquina.

Para la transmisión FHSS, el transmisor y el receptor deberán ‘saltar’ de un canal a otro, utilizando todos los canales disponibles en el momento en la banda. De este modo, pueden coexistir con otros sistemas FHSS y DSSS, además de otros dispositivos como hornos microondas, que también operan en esta banda de frecuencias. El salto de frecuencias reduce las posibilidades de que otro receptor no autorizado pueda supervisar e interceptar los mensajes de la sonda, además, la posibilidad de recepción de mensajes en el receptor correcto es mayor cuando existe más tráfico de radio.

1. En la primera frecuencia, el espectro está libre y se realiza con éxito la transmisión entre la sonda y el receptor.
2. Después del primer salto, la frecuencia cambia a un canal que se encuentra dentro de un rango de frecuencia ocupado por otro dispositivo con mayor potencia de transmisión. En este caso, no se consigue la transmisión de la sonda por ser de menor potencia.
3. Ahora, la frecuencia ha saltado a un punto en el que se solapa con un dispositivo DSSS y transmite sobre un rango de frecuencia ancha, pero a baja potencia. La transmisión de la sonda tiene la suficiente potencia para continuar, mientras que el dispositivo DSSS mantiene un ancho de banda holgado para transmitir sus mensajes.
4. Frecuencia libre: transmisión correcta.
5. La sonda continúa con las distintas secuencias de salto posibles que visitará en todos los canales disponibles.

Para interferir en la radiotransmisión de una sonda, la otra señal tiene que coincidir con el mismo canal a la misma hora y anular la señal de radio de la sonda. Esta situación es poco probable, ya que la banda de 2,4 GHz está reservada para transmisiones a baja potencia y la cantidad de dispositivos que pueden utilizar este rango de RMI en cualquier momento es muy baja. El impacto más probable de una interferencia en la señal sería la pérdida de unos pocos bits en la comunicación. Si un mensaje es bloqueado por otro dispositivo, tendría que saltar con la misma secuencia de canales y los mismos intervalos de tiempo que la sonda para bloquear la comunicación de una forma continuada. Siendo realistas, la posibilidad de que esto suceda es muy pequeña.

Si surge este problema, al cambiar el canal en un sistema de longitud de onda fija, normalmente sólo se consigue trasladar el carácter nulo a otra parte de la máquina. Muchos sistemas de longitud de onda fija utilizan dos receptores orientados 90 grados entre sí para reducir la posibilidad de caracteres nulos en el receptor.

Un sistema de salto de frecuencias evita los ‘puntos muertos’ cambiando periódicamente de canales. La banda de frecuencias de 2,4 GHz proporciona un rango de longitudes de onda entre 0,121 m (canal 78) y 0,124 m (canal 00). Normalmente, el recorrido reflejado es sustancialmente más largo que el recorrido directo (al menos 2,5 longitudes de onda más largo). En este caso, si hay un nulo completo en el canal 78, la atenuación del canal 00 será de sólo 6 dB, por tanto, la transmisión puede realizarse correctamente aunque existan nulos en cualquier longitud de onda. Sólo se necesita un receptor para obtener un gran rendimiento.

En la práctica, existirán por supuesto muchas señales reflejadas con distintas longitudes de recorridos, por lo que la generación de nulos próximos en frecuencias de canales sucesivos es muy poco probable. Además, las ondas reflejadas se reducirán en amplitud, disminuyendo, por tanto, la posibilidad de interferencias totales destructivas en cualquier longitud de onda.