用于在饮料分配机中进行自动检测的系统的制作方法

用于在饮料分配机中进行自动检测的系统的制作方法
【专利摘要】一种用于饮料分配机的自动检测系统，所述饮料分配机适于接收至少一个第一和第二类型的可更换供应包(9；113)，可更换供应包(9；113)适用于容纳在系统的运行中要提供的产品，系统配备了自动执行检测供应存在的装置(1)。更具体地，在饮料分配机中的可更换供应包(9；113)的存在和物质的检测是自动的。一种包到位检测通过发射光并在光检测器(7，75)上测量发射光的存在而提供，该系统确定供应包的缺失或正确/不正确的放置。一种产品可用性检测是通过利用另一个光检测器(5；65，69；143，145)检测透过第一类型供应包(9)的透明元件的光的强度而提供的，该系统确认了在第一类型供应包(9)中的产品存在程度，同时在具有第二类型供应包(113)的情况下，产品可用性没有检测并假定为可用。
【专利说明】用于在饮料分配机中进行自动检测的系统
[0001] 本发明涉及一种包括饮料分配机的系统，所述饮料分配机适合于接受至少一种第 一类型可更换供应包，所述第一类型可更换供应包包括第一类型定量加料器，该系统包括 用于对第一类型可更换供应包和在第一类型可更换供应包中产品的存在进行自动检测的 装置，以及至少一个第二类型供应包，所述第二类型供应包包括第二类型定量加料器。
[0002] 饮料服务提供者主要通过在办公室、公共场所和其它地点的自动分配机分发饮 料。这样的饮料分配机可以包括用于准备热饮料的咖啡机，或混合果汁分配机，或出售此类 产品的自动售货机。提高操作这些饮料分配机时的简便性，不仅对消费者，对供应商也是至 关重要的。在供应过程中，为了成本、效率和故障减少的原因，服务提供者收到挑战，以便尽 量减少人为干预，最大程度提高自动化程度。本发明为了支持供应饮料的自动过程提供了 一个强大的、易于使用的、故障保护的和成本划算的系统。
[0003] 在几个文件中披露了在饮料机中进行包和供应的识别，例如DE102008055949和 US2005/022674。每个现有技术的供应检测装置都是合理有效的，这些都需要花费大量的努 力在传感器和涉及的电子系统上，所述传感器需要是灵敏和准确的。这样的传感器和电子 系统的缺点是它们都是相对昂贵的，并需要非常关注细节，不仅在它们被合并到设备的过 程中，还要考虑到它们必须兼顾的产品供应包。
[0004] 因此，本发明的一个目的是提出一种自动执行供应检测（例如检测包定位(包到 位)和产品可用性）的改进的系统。在更一般的意义上，本发明的一个目的是克服或改善现 有技术的至少一个缺点。本发明还有一个目的是提供组装和操作不那么麻烦，并且可以相 对便宜地制造的替代系统。
[0005] 为了此目的，本发明提供了一种在附加的权利要求中限定的系统。这种供应检测 装置具有相对简单和可靠的优点。当使用发射器时，本发明进一步提供了在第一和第二检 测器产生的各自信号之间的区分，这个区分是可靠的并且还可能是故障保护的。
[0006] 更具体的，本发明提供了包括饮料分配机的系统，所述饮料分配机适于接收至少 一个第一类型可更换供应包，所述第一类型可更换供应包包括第一类型定量加料器和将在 所述系统运行中提供的产品，所述系统包括用于至少自动检测存在所述第一类型可更换供 应包和所述第一类型可更换供应包中的所述产品的一个或多个检测装置，所述装置包括：
[0007] 第一接口，包含在机械中；
[0008] 所述第一类型可更换供应包的所述第一类型定量加料器上的第二接口，能够操作 地连接到所述第一接口；
[0009] 所述第一接口上的发射器，用于发射辐射；
[0010]所述第一接口上的第一检测器，用于检测所述第一类型可更换供应包中的所述产 品的存在；
[0011]所述第一接口上的第二检测器，用于检测所述第一类型可更换供应包的存在，并 且
[0012]其中，所述第一类型定量加料器上的所述第二接口能够在所述发射器与所述第一 和第二检测器之间接收，以干扰由所述发射器发射的辐射，所述第一类型定量加料器的所 述第二接口包括：
[0013] 第一基本透明元件，在使用中设置于所述发射器和所述第一检测器之间；以及
[0014] 第二基本不透明元件，在使用中设置于所述发射器和所述第二检测器之间，并且
[0015] 其中，所述系统进一步包括至少一个第二类型供应包，所述第二类型供应包包括 第二类型定量加料器，所述第二类型定量加料器用作能够操作地连接到所述第一接口的第 二接口，并且所述系统具有能够在所述发射器与所述第一和第二检测器之间接收的第一和 第二元件，并且适于干扰由所述发射器发射的辐射，所述第二类型定量加料器具有基本不 透明的第一元件和第二元件两者。
[0016] 具有两种不同类型的定量加料器的系统(尤其是包括这样的第二类型定量加料器 和可更换供应包)提供了许多吸引人的优点。当机器提供了包到位检测(PIP)和产品可用性 检测(PAD)两者时，产品可用性检测是可选的。这里所描述的饮料系统的用户，通过在饮料 分配机所分配的饮料中明显缺乏饮料材料，也将注意到空的供应包。在半透明的饮料材料 的情况下，甚至不可能使用第一个检测器检测定量加料器中的产品可用性。而且，不透明的 第一元件与第一元件是透明或半透明的相比，可以提供经济上的优势。例如，利用不透明第 一元件，第二类型定量加料器和供应包仿制产品始终是可用的。当将第二定量加料器和供 应包是可反复填充时，或当第二定量加料器组装与重置容器壳体装配，从而能形成新鲜的 第二类型供应包时，这种可替代的特征可以是方便的。因此，根据情况，为系统提供第二类 型供应包可能是有利的。
[0017] 也可以考虑在一个特殊的实施例中，某些液体饮料材料不允许使用棱镜和设置在 垂直于光源和第一检测器之间的轴线的第三光学检测器。而且在这样的条件下，替代的第 二类型定量加料器可能是系统适当运行的前提条件。
[0018] 进一步，当饮料机是用来填充咖啡壶而不是单一的消耗品服务时，将空包检测 (PAD装置)投入运行也可能是不方便的。而且在这种情况下，替代的第二类型供应包可以是 有用的。
[0019] 本发明还提供了一个部件装备，包括第二类型定量加料器和容器壳体，其中第二 类型定量加料器是的本发明的系统的第一类型定量加料器的替代物，并且包括：
[0020] 位于第二类型定量加料器底面上的驱动端口和材料出口端口；以及
[0021] 突出的基本不透明的壳体部。
[0022] 该突出的基本不透明壳体部不同于突出壳体部(例如标准的第一类型定量加料器 的样品室，就第一类型定量加料器的突出壳体部的一部分是透明的来说）。
[0023] 也可以通过改变第一类型可更换供应包(通过使第一基本透明元件(例如第一类 型的定量加料器的上部或样品室)吸收光)而得到替换的第二类型可更换供应包。例如，这 可以通过对相关的透明部分提供黑色的外涂层或遮盖物，通过提供光吸收层，或能盖住机 器接口的传感器的其他装置实现。
[0024] 这样的第二类型定量加料器，除了包括在第二类型供应包中之外，也可以作为独 立单元提供，通过允许其从已使用的供应包的容器壳体拆卸并且利用可更换容器壳体重复 使用以形成新鲜的第二类型供应包，所述独立单元是可回收的。重复使用第二类型定量加 料器可以通过节省浪费和原材料，来对环境有益。
[0025] 该系统包括饮料分配机和可更换供应包，所述可更换供应包包括定量加料器，可 更换供应包适用于容纳将在系统运行中提供的产品。系统自动对饮料分配机中的第一类型 可更换供应包的存在和物质进行检测。系统可以使用光检测，以便自动检测包定位和产品 可用性。系统的一个优点是第一和第二接口之间没有物理上的接触。
[0026] 系统使用辐射，例如用于自动检测和识别的光。更具体的是，系统可以包括与作为 第一类型定量加料器的一部分的透明和不透明元件相结合的多个光源和检测器。
[0027] 包定位检测(Pack-in-lace detection)
[0028] 通过发射光并在光检测器上测量发射光的存在，系统确定供应包的缺失或正确/ 不正确的放置。更具体的是，当光无阻碍地通过时，供应包缺失或没有正确放置。这对于本 发明中的第一和第二类型定量加料器都可用。
[0029] 产品可用性检测(Product availability detection)
[0030] 通过检测穿过第一类型定量加料器的透明元件的光强度，系统确定在第一类型供 应包中产品的存在程度。
[0031] 用于包和产品存在判断的组件
[0032] 所提出的用于供应检测的装置使用两个光检测器。第一类型定量加料器的透明元 件设置在发射器和第一检测器之间。定量加料器的不透明元件位于发射器和第二检测器之 间。测量提供了用于第一和第二检测器生成的各个信号之间的具有保障保护的区分。发射 器的不例包括红外（IR)光发射器或发光二极管(LED)。
[0033] 系统可以被安排以验证第一检测器产生的信号是否低于或高于预定阈值。也可以 设置为当第一检测器检测到辐射高于所述预定阈值并且第二检测器基本没有信号产生时， 激活以后过去的一段时间被考虑，以确定包是空的还是充满的但还未开封。
[0034] 将检测分为两个传感器相对于单一的传感器(需要非常准确，因此是昂贵的）实现 了成本效益好、可靠并且简单的检测方法。
[0035] 已经发现，产品可用性的结束可以在液体产品被分配时，由液体产品中空气的存 在来物理地表示。检测系统利用传送进入栗时，液体和空气之间的折射率的变化，来放大液 体中空气的存在。因此，第一定量加料器的透明元件是光学元件是优点的，凭借这个只需要 该光学元件可以用来改变照射到光学元件上的光的方向。光学元件可以是利用液体和空气 的折射率的差异的任何形状或形式。在第一定量加料器的透明元件中的液体的存在使得发 射器发出的光继续进入液体并由第一检测器检测。当空气存在于透明元件中时，光的方向 被改变了。偏转的光优选被第三检测器检测。优选地，然后第一检测器基本与发射器在公共 轴上对准，并且第三检测器然后与公共轴垂直。更优选的是，光学元件是棱镜。最优选的是， 棱镜包括多个棱镜小平面(71)。第三检测器可以是反射传感器
[0036] 系统使用可更换供应包，其包括针对用户在饮料制备中使用的液体物质。液体物 质可包括但不限于咖啡提取物、茶提取物、巧克力饮料、牛奶、香料、果汁和/或它们的浓缩 液。
[0037] 可更换供应包的示例是盒中袋式的包或如W02011/049446中披露硬质容器的。定 量加料器的示例是如W02011/037464中披露的。定量加料器的整个壳体可用作第二接口。替 换的，只有部分定量加料器包括第二接口。
[0038]在进一步的实施例中，第一类型可更换供应包还可以被提供可移除的或可刺穿的 密封件，其将第一类型定量加料器与形成实际液体容器的可更换供应包的主体分隔开。这 种密封件盖住了实际液体容器的出口开口，并且在定量加料器与机器接口完全接合时，自 动被机器刺穿打孔或推到可移除密封件外。这种自动打孔系统被发表于2011年4月12日的 互联网公开http: //pdf cast · org/pdf/auto-broaching所披露。当替换容器与第二类型定 量加料器组装在一起时，第二类型可更换供应包可以准备好被打孔或手动打孔。替换的，机 器提供了一种替代的打孔装置。
[0039] 在另一个实施例中，定量加料器和可更换供应包可以是两个独立的元件，这样定 量加料器可连接到可更换供应包上。
[0040] 本发明的系统由为包括定量加料器的可更换供应包使用供应检测装置来描述。然 而，饮料分配机可以包括一个以上的可更换供应包。因此，本发明的系统可以包括一个或多 个用于根据系统中可更换供应包的数量来自动检测的设备。
[0041] 使用"基本透明"和"基本不透明"的表达，不应被解释为限制本发明。这里使用的 这些表达被理解为指各自的看透的可能性，允许光从那里传送穿过，并有效地阻止所有的 光。在广义上说，这些术语意味着第一元件比第二元件能够通过更多的辐射。另一个透明的 术语可以是半透明的。另一个不透明的术语可以是反射的。
[0042] 本发明的详细的方面和进一步的优点将参考附图来进行解释，其中：
[0043]图1是根据本发明的完全、正确地插入包括定量加料器的可更换供应包的供应检 测装置的示意图；
[0044] 图2是具有未被插入的包括定量加料器的可更换供应包的检测装置的机器接口的 示意图；
[0045] 图3是具有还未完全被插入的包括定量加料器的可更换供应包的机器接口的示意 图；
[0046] 图4是具有被完全、正确地插入的包括定量加料器的可更换供应包的机器接口的 示意图；
[0047]图5是插入空的或已被耗尽的包括定量加料器的第一类型可更换供应包的示意 图，；
[0048] 图6是在第一类型可更换供应包中具有没有被打开的可移除密封的进一步的实施 例的不意图；
[0049] 图7显示了为第一类型定量加料器的包到位检测(PIP)和产品可用性检测(PAD)的 检测器读数随时间变化的示意图；
[0050] 图8显不了本发明的另个实施例的侧视图；
[00511图9是图8的实施例的透视视图；
[0052]图10是根据本发明的供应检测装置；
[0053]图11是显示了根据本发明的系统的第一类型定量加料器的替换形式的主要部件 的分解图；
[0054] 图12显示的是组合后的图11的定量加料器，其配有作为饮料分配设备的一部分的 光学检测装置；
[0055] 图13是表示与空气(A)、与水(B)作用的棱镜的示意图，以及阶梯棱镜设计(C)的细 节图；
[0056] 图14是图12的光学系统的总体布置的顶视图；
[0057]图15是引流器的放大细节剖面图；
[0058]图16显示了作为承载了光学传感器装置的饮料分配设备的一部分的定量加料器， 其没有供应包在初始位置插入；
[0059] 图17是用于包接近检测的检测凸起的局部透视细节图；
[0060] 图18是将与饮料设备的驱动轴啮合的小齿轮的部分剖面图；以及
[0061] 图19图示出定量加料器降低到较大(A)和较小(B)接近距离的位置；
[0062]图20显示了另一个第二类型定量加料器和供应包的仰视图；
[0063]图21显示了饮料分配机的接受加载通道的细节；
[0064] 图22显示了类似于图8的本发明的替代的第二类型的定量加料器的侧视图；以及
[0065] 图23是类似于图9的，图22中的第二类型定量加料器的透视图。
[0066]本发明的一个优选实施例，为了检测产品位置和产品可用性，使用光束(例如由单 个发射器发射的红外（IR)光束）的双重检测。这明显意味着在光谱中其它频率范围内的发 射器和传感器也是可以使用的。
[0067] 如图1所示，合适的检测装置可以是具有单一 IR发射器3以及第一和第二检测器5， 7(而不是像在常见的系统中那样只有一个检测器)的IR检测组件1。用于检测产品可用性的 第一检测器(或上检测器)5连同红外发射器3是已证实的技术，并且在过去已被用于检测系 统中。第二检测器(或下检测器)7用于检测包括定量加料器11的可更换供应包9是否到位。 检测组件1是系统的一部分，该系统包括饮料分配机(未示出，但却是常规的）和至少一个包 括定量加料器11的可更换供应包。该机器包括至少一个第一接口（或机器接口）13，用于在 至少一个位置接收至少一个可更换供应包9。定量加料器11包括液体连接器和配量机构(例 如栗(未示出）），并且作为第二接口（或包接口）。
[0068] 使用图1所示的组件，可以如参考图2至6讨论的那样进行检测。图2和随后的图3至 6中，在发射器3和第一和第二检测器5、7处描述的箭头将图示地表明发射器或各检测器的 活动。
[0069] 在图2中，展示了包括定量加料器11的充满的可更换供应包9尚未被接受到发射器 3与第一和第二检测器5和7之间的情况。在第一和第二检测器中的每一个现在都暴露在发 射器3的无阻挡的辐射中。这是不存在包的情况下的特征。为了与第一接口（或机器接口）13 协同操作，定量加料器11用为第二接口（或包接口）。
[0070] 在图3中，展示了充满的可更换供应包9,其中供应包9的定量加料器11部分插入发 射器3和第一个检测器5之间。定量加料器11具有基本透明的上部11A。定量加料器11进一步 具有下部11B。定量加料器的下部11B是基本不透明的。如图3所示，当第一检测器5没有检测 到任何来自发射器的辐射，并且同时第二检测器7检测到来自发射器3的无阻挡辐射时，那 么可以确定包9没有正确插入。
[0071] 如图4所示，充满的包9被正确地插入，上部11A面对第一检测器5并且下部11B面对 第二检测器7。在这种情况下，包9是充满的，因此充满了液体产品。在这种情况下，上部11A 充满了包9的液体物质。从发射器3发射的光通过基本透明的上部11A和半透明液体后，被第 一检测器5检测。这导致第一个检测器产生的信号是低于通常用于液体检测（产品可用性） 的阈值的。由于定量加料器11的下部11B不透明度，第二检测器7没有接收到发射器3发射的 辐射。这可以解释为充满的包被正确地插入。
[0072] 在图5中显示了与图4所示的相同的情况，只是在这里包9已达到空的状态。这里， 部分半透明的液体产品已降到第一检测器5的水平位置以下，现在接收到的来自发射器3的 辐射只是被上部11A透明的外壁阻挡。这导致第一检测器5产生不同的信号，该信号高于通 常用于空的上部11A的预定义的阈值。
[0073] 在图6所示的变化中，包9还设置有可移除或可刺穿的密封件15,其将上部11A与形 成实际的液体容器的包9的主体分离。密封件15覆盖实际的液体容器的出口开口，并且在定 量加料器11与机器接口 13完全接合时，自动被机器刺穿打孔或将可移除密封件15推出来。 如图6所示，密封件15没有被正确的移除，并且因此没有液体进入上部11A。这导致第一和第 二检测器5和7联合读数与图4中的情况不同，因此可以检测到包9的不成功的刺穿。基本第 一和第二检测器5和7的联合读数是与空包的情况相同（图5)，但是未刺穿的诊断可以与直 接前一个的包插入动作相关，直接前一个的包插入动作已经导致检测器读数的各种变化。 [0074]可用性检测器读数汇总在表1中。
[0075] 表1:
[0076]
[0077] 如表1所示，存在双重条件。也可以利用与机器的包舱(pack compartment)的门或 舱口的相互作用来区分这些条件。因此当这个检测器读数出现时，可以利用这样的正被关 闭的门或处于启动中的机器，给"未刺穿"的条件更高的优先级。甚至当包密封件已经在较 早的阶段刺穿了，也可能激活机器重新尝试对包密封件刺穿。当在例如两秒之后，没有液体 进入上部11A的加料空间时，生成确认的结论，即包9是空的。
[0078]作为一个选择，未刺穿和空包的诊断也可以是与在设备被最后打开之后已经经过 的时间段相关。
[0079] 通过随时间变化绘制第一和第二检测器5和7的信号，可以确定包是否被放置或移 除。这显示在图7中，其中显示如图所示的随时间变化的检测器的读数用于包到位检测 (PIP)、产品可用性检测(PAD)和结果诊断。
[0080] 附加要求是要以故障保护的方式，对错误放置的包执行上面说明的产品可用性 和/或包到位检测。为了使检测具有故障保护，有效检测的范围在〇%到100%之间，这是常 见的这类检测器的故障模式。可以通过传感器或发射器的断开来提供合适的测试程序。为 了在其中创造故障保护的途径，进一步提出对于包存在检测，所述定量加料器不是100%阻 挡光，而是例如遮挡70%。当检测到100%遮挡时，可能发生了其它的事情，就象检测器或发 射器有故障。在表2中给出示例，其中还包括常见的检测器故障模式。
[0081]
[0082]很明显，当在故障模式下，发射器不再发射任何光或者传感器不再检测到光时，当 存在加料包的部分的光衰减是例如60至70%，而不是100%时，这在系统中是可检测到的。 [0083]图8和图9显示了替代实施例的侧视图和透视图。这个实施例是根据W02011/ 037464披露的原理的定量加料器。两个所需元件设置在定量加料器入口和出口旁边，所述 定量加料器包括液体连接器和配量机构(例如栗(未示出））。定量加料器11具有基本透明的 上部11A，并且上部11A充满了包9的液体物质(未示出）。定量加料器11进一步具有下部11B。 定量加料器11的下部11B基本不透明。图9显示了将定量加料器11连接到可更换供应包的嘴 17。图10显示了根据本发明的供应检测组件1，其中根据图8和图9的定量加料器与其匹配。 它清楚地显示了发射器3和第一和第二检测器5，7。
[0084]图11中示出了另一种定量加料器31。可以看到第一基本透明元件或样品室49从定 量加料器31的右手侧凸出。阶梯/锯齿结构51提供了系统的光学元件，如下面将要解释的那 样。定量加料器进一步包括底部壳体39、栗壳体41和顶盖43。底部壳体39是定量加料器31的 主壳体。容纳在栗壳体41里面的栗是具有一对相互啮合的小齿轮45、47的齿轮栗。齿轮对中 的小齿轮45、47中的一个被设置为耦接到饮料分配机的驱动轴。
[0085]栗壳体41为栗提供了齿轮栗和用于齿轮栗的入口和出口孔两者的主体。在具体的 实施例中，如在这里描述的，可以看到液体流动路径53中的延长部55在栗壳体41的右手侧 上。延长部55作为引流器工作。引流器55保证产品通过第一基本透明元件(在本图中是样品 室49)抽入栗，并且因此如下所述通过光学系统的视场。然而应当理解，对于光学系统的运 行而言，引流器是可选的元件而不是必需的。
[0086]顶盖43安装到底部壳体39上。顶盖43用于将定量加料器31连接到可更换供应包 (未示出，但却是常规的）。
[0087]图12显示了在装配状态下并且关于检测组件的位置的图11中的定量加料器31。在 定量加料器31的可选择的实施例中，产品可用性(液体的存在）的结束，是通过在分配时液 体产品中存在空气而被物理地指示出来的。当传送进入栗时，检测系统利用液体和空气之 间的折射率变化来放大液体中空气的存在。这种光学效应的示例如在图13中所示。
[0088]来自外部光源57的光被朝向棱镜59引导，该棱镜59形成样品室49的一部分。在这 里，棱镜59用作光学元件，其可以是利用液体和空气的折射率差的任何形状或形态的元件。 仅要求该光学元件可用来改变落在光学元件上的光的方向。当空气在样品室49时，来自光 源57的光穿过外壁61，但是从内部的内墙63反射(参见图13A)。反射光然后从棱镜59出射， 在这里它被第三检测器(例如反射传感器65)检测。
[0089]在样品室49中液体的存在(参见图13B)改变了内部的内壁63处的折射率，使光线 继续进入液体而不是被反射。从远室壁67出射的光由第一检测器或上检测器(例如透射传 感器69)检测。
[0090] 为了降低成本和提高生产力，示意图13(A和B)所示的固体棱镜59被图13C中所示 出的一系列更小的多个小平面71取代。在所描述的实施例中，在样品室49的内壁63的外部， 小平面71形成阶梯锯齿结构51。在其它能想到的示例中，定量加料器的整个壳体可以用作 样品室，并且小平面合并到壳体侧壁中。
[0091] 当空气存在于内侧壁63上时，小平面71用于通过将光线向反射传感器65切换，放 大样品室中空气的存在。改进检测的进一步的方法是在栗循环期间的各种传感器的监测。 通常这样的内部反射传感器65可以用作静态设备，在该静态设备中，空气的存在只在分配 循环之前或之后检测。
[0092] 粘稠的和非均质的一些液体(尤其是液体咖啡)使得该方法变得问题重重。在栗运 行的同时，通过监测反射和透射传感器65、69,可以检测到夹带在液体中的气泡。通过精心 设计定量加料器31，可以保证夹带的气泡通过传感器视场。进一步的设计考虑将确保气泡 被迫与每一个小平面71的内壁63接触。这同时提高了检测和行为以便清洁形成的产品的内 表面。
[0093]在上面所描述的示意性示例中，参考图13(A和B)，固体三角形棱镜59用作系统中 的光学元件。内壁63的角度根据空气和待测液体的不同折射率而选择。通过光学分析确定 角度。在样品室49中有空气的理想条件下，所有的光都反射到与入射光成90度放置的反射 传感器65上。利用各种成型工艺的试验表明，表面特征急剧减少相对而言不会影响光学性 能。因此，检测技术也可以使用固体棱镜。图13C显示了使用多个小平面71的阶梯棱镜的设 计。在实际中，优选的使用少量的塑料。固体棱镜59已使用一系列较小的三角形小平面71来 实施。这些小平面71构成如图13C所示的阶梯特征51。再一次，内表面或内壁63的角通过分 析被优化。阶梯的大小是根据光出射源57的出射角和反射传感器65的入射角。小平面阶梯 71通常是在90度(如果需要可以优化）。表面加工应该平整、光滑，以防止表面散射/透镜化。 分析表明，在任一个或两个表面上的一定程度上的图案并没有对其性能有显著的影响。由 于制造公差，这个设计对于变形是合理宽容的。
[0094]在本实施例中的引流器55是可以随意使用的，以确保正确的运行，其中产品在栗 输送时必须在检测系统的前面通过。引流器55已经加装在栗的流路53中以确保产品被抽吸 通过样品室49。引流器55不影响已有的栗的入口尺寸。图15中示出的引流器的侧视图。引流 器55提供了几个优点，其中：
[0095]-它在反射传感器65的前面引导产品流，尤其是空气气泡；
[0096]-它具有在一个轴向上的尺寸，以确保空气气泡将接触小平面71的内壁63;
[0097]-它不干扰传感器的视野，因为它允许光传导直接通过引流器55的清澈的塑料到 达透射传感器69,从而降低系统的信噪比；和/或
[0098] -它的形状和位置经过设计，以实现上述优点，并通过引导液体与小平面的内侧接 触，对小平面的内侧提供"清洗"动作。
[0099] 如上所述，定量加料器31形成了可更换供应包的一部分，该可更换供应包是通过 盒中袋式消耗品的形式具体实施的。包被放置到咖啡机/分配器中，其中设置了光学检测系 统。如图16中示出了定量加料器31与分配设备的接口部73连接。从而定量加料器31用作包 接口。加载手柄和其它机器结构没有显示以简化图16。光学元件位于分配器接口部73中，该 分配器接口部73包围容纳具有小平面71的样品室49的腔74。参见图16B的右手侧，光源57位 于小平面71的右侧，正如结合图12和14所理解的。当透射传感器69位于小平面71的左侧时， 反射传感器65直接位于小平面71的上方(如图16B所示）。
[0100]光学系统的进一步的功能是确认可更换供应包已被正确加载到分配器设备中。在 这方面，独立的包到位(Pack-in-Place，PIP)传感器75位于透射传感器69的下方，在棱镜小 平面71左侧，如图12所示。
[0101] 因此，分配器设备包括如图12所示的检测系统，并且包含如下所描述的一些有利 的特征。用于检测系统的透射光源57可以是发光二极管(LED)。为了提供最大的产品渗透， 优选红外LED(波长~880纳米）。然而，系统也可在其它波长，并且在650纳米的测试已经成 功。一般地，发光二极管(LED)的波长在500纳米至950纳米的范围内，优选在650纳米至880 纳米的范围内。
[0102] 优选的波长是根据产品的光谱吸收特性的。对于更常用的仅仅透射型的系统(通 过产品而闪光），所述波长将被调整使得当存在产品时实现最大衰减。正如前面提到的，在 侧壁上的产品形成可以使这种方法产生问题。
[0103] 对于提出的检测系统，选择波长使得可以实现最大透射。这允许光进入样品室49， 以便穿透可能在其后面隐藏空隙的任何存在的膜。红外光源的一个进一步的优点是，消费 者在更换包的时候不容易感觉到它。
[0104]透射LED的第二个方面是它的输出光束角。用广角光源照射样品室49的侧壁会导 致光传播进入定量加料组件31的清澈塑料侧壁中及其周围，这种光可以用不受控制的方式 在定量加料器的不同部分从侧壁出射，并且可能以不受控制的方式进入传感器中。其结果 是，在事实上什么也不应该存在的时候，传感器检测到某种形式的信号（降低的信噪比）。为 了解决这个问题，LED的输出角应尽可能窄，并且优选在大约+/3度(总的半功率波束宽度6 度）。增大输出角可能会导致由不受控制的光散射而引起的性能降低。
[0105]当空气接触小平面71的内壁63而存在时，将发生内反射，从而导致光从LED光源57 转向90度朝向反射传感器65。其中产品的膜存在于空气和侧壁之间，反射会发生在膜/空气 边界处。虽然在膜/空气界面将发生一些衰减和散射，系统的性能仍然足够提供可靠的指示 指明气泡正在穿过系统。内壁63和引流器55之间的空间对于确保气泡向侧壁施加足够的力 (以确保产品的膜是光学意义上的薄)是至关重要的。
[0106] 图14是光学系统的细节图。反射传感器65被选择以匹配LED光源57的波长。检测角 度应该是合理地宽的，以允许集成来自棱镜内表面63的信号。然而接收角度不应宽到允许 从定量加料器31的其它部分收集到杂散光。接收角度推荐为16至24度(对应于:+/-8至+/-12度半功率)。
[0107] 为了获得最佳的系统性能，LED光源57、反射和透射传感器65、69应在同一水平面 上对齐。反射传感器应与LED轴线成90度（图12)。应优化传感器在水平面上的准确位置。
[0108] 当存在液体产品时，透射传感器69收集任何通过样品室49的光。透射传感器69的 参数类似于反射传感器65的参数，涉及波长和接受角度。再一次为了最佳性能，透射传感器 69应与LED光源57位于同一轴线上。
[0109] 同时检测反射和透射，允许对产品作出更详细的评估。例如，相对透明的产品（如 薄液意大利浓咖啡)将主要由透射传感器69检测。具有高不透明度和散射特性的产品（如牛 奶)也将在反射传感器65上显示一些信号。这些特性的变化(无论是动态或静态状态）可能 使识别可更换供应包中包含的产品成为可能。这反过来又可以让消费者将包放置在多包分 配器的任何位置，该多包分配器接受多个可更换供应包。分配器可以从呈现的光信号中确 定产品类型。
[0110] 当没有定量加料器31在分配器设备（即其接口部73处)时，透射传感器69直接检测 到LED光源57的输出，而反射传感器65将接收不到信号。这种传感器读数可以被自动校准软 件使用，来查看最大信号电平的变化，其中变化可以代表系统可能的污染。
[0111] 空的定量加料器31的存在会导致反射传感器65接收到最大信号电平，并且透射传 感器69接收到最小信号。再一次地，可以在这一点上进行自动校准。此条件也可用于初始化 栗启动顺序。
[0112]其中已使用的包被放置在机器中，反射和透射传感器65、69中的任一个或二者将 接收到降低的信号电平。在这种情况下，栗启动顺序不需要初始化。
[0113]动态测量是与定量加料器31协同运作的检测系统的另一个特点。已知的液体产品 可用性传感器系统使用静态的测量系统。一个示例是液体容器中的浮动传感器。在这样的 系统中，只要有足够的液体能够保持浮动开关关闭，传感器就允许栗运行。与本发明有关的 可更换供应包中使用的液体产品的性质阻碍了简单的静态检测系统。在定量加料周期（可 能是几天)之间，产品的厚膜可以形成在样品室49的侧壁上。这种厚的形成可以使透射检测 器69的检测模糊，导致产品可用性的错误指示。
[0114]使用棱镜59(即棱镜小平面71)和引流器55的已开发的动态系统主要依靠产品中 夹带的气泡的检测。这些通过传感器系统的气泡接触地扫过棱镜小平面71的内壁63，导致 朝向反射传感器65折射的光的短脉冲。这些脉冲在栗循环过程中很容易被检测到。
[0115]在栗周期中，动态测量算法检查传感器系统，并估计包含空气的栗周期的百分比。 可调节的阈值确定不可接受的空气量何时通过系统。在这个时间点上，产品标记为不再可 用(包用完）。
[0116] 定量加料器31的另一个特征是用于摆动和PIP感测的第二基本不透明元件77(图 17)。当包放入分配机后，分配器栗驱动的花键驱动轴79必须与定量加料器31的栗机构的小 齿轮45啮合（图18)。可以确定一个问题，即驱动部件（例如齿轮栗的小齿轮45)必须被压成 与花键轴79啮合，所述花键轴79将驱动被动小齿轮45。两个驱动轴79和小齿轮45具有适当 程度的摩擦。当花键轴79的花键81不与小齿轮45上的匹配结构83对齐时，需要方案能够将 二者对齐而不破坏任何一个部件的花键81或匹配结构83。如果驱动轴79在大约+/-40度前 后震荡或"摆动"（与图18中的箭头85、87-致），则在这种啮合更容易。根据提出的方案，PIP 传感器75检测小齿轮45何时接近驱动轴79,并且在这种情况下时，驱动轴79稍微摆动几度。 在图中的检测凸起77(图17)的过程中，在PIP传感器75通过第二基本不透明元件检测到小 齿轮45的存在后，驱动轴79的稍微摆动持续一秒钟。为了简化驱动和被动元件79、45而选择 的解决方案在没有人为的关注是有效的。图17显示了用于驱动轴靠近和启动"摆动"的检测 凸起(detection tab)77。为了帮助对定量加料器31接近设备的花键驱动轴79进行早期检 测，检测凸起77位于样品室49的底部。检测凸起77的尺寸和位置被确定以确保在花键驱动 轴79与定量加料器31的小齿轮45啮合之前，从LED光源57到透射传感器69的光在下降期间 被遮蔽。检测凸起77被PIP传感器75用于检测包的接近。当包被放入分配器设备时，分配器 驱动轴79的驱动花键81必须与定量加料器31的栗小齿轮45啮合。当定量加料器31与相关的 花键81啮合时，如果驱动轴79前后转动几度，这种啮合更容易实现。这个振荡旋转参考上文 提到的"摆动"。
[0117] LED光源的57和透射传感器69的另一个方面是，它们应该被定位以允许LED光源的 57和透射传感器69在花键轴79与栗机构啮合之前，检测定量加料器的样品室49的底部。这 个检测启动摆动动作。凸起77是不透明的或处理为不透明的，并且添加到样品室49的底部， 以确保透射传感器69在降低周期中，在正确的位置检测到壳体。
[0118] 花键轴79和定量加料器壳体39之间的啮合在图18和19中示出。当定量加料器31位 于其主位置上方8.8mm的第一距离时(在这个示例中），轴79与定量加料器底表面吻合。只有 在代表下降周期的最后(在这个示例中）3.9mm的第二距离时，轴79上的花键81与小齿轮45 啮合。摆动需要在第一和第二距离之间开始。啮合顺序在下面更详细的描述。
[0119] 图18说明了定量加料器31的栗小齿轮45的花键啮合。而后续的包到位检测在图19 中示出。作为系统准备就绪的最后检查，进一步的PIP传感器75放置在透射传感器69下方。 当定量加料器31位于完全加载的主位置时，该传感器被激活。PIP传感器75被定为使得当包 不到位时，能够检测到来自LED光源57的足够的光线。当适当定位时，样品室49的底部上设 置的凸起77将遮挡PIP传感器75,从而提供指示表明包是完全加载的，并且能够被操作（参 见图17)。
[0120] 如上所述，透射传感器69和LED光源57应在同一轴线上。以允许足够的光线到达 PIP传感器75,并确保它在正确的位置被激活，可能需要稍微移动透射传感器69离开轴线。 在这种情况下应该特别小心，以确保产品可用性检测(PAD)系统的性能没有降低。建议在测 试之前进行光线跟踪，以确保系统保留所需的PAD性能。
[0121] 具有定量加料器31的包的下降顺序（用于触发摆动动作，并且表明包已就位)在图 17-19示出。在主位置上方10mm的第三距离处(在这个示例中），前往透射传感器69的光已经 被样品室49的凸起77阻挡。如前所述，轴79在这一点上已经与壳体39吻合。
[0122] 在图19中，显示了定量加料器31下降位于10mm的第三距离的位置处（图19A)，以及 下降位于5mm的第四距离处（在这个示例中）（图19B)。通过约5毫米，透射传感器69完全阻 挡，但仍然远远位于3.8mm的第二距离(在该第二距离驱动轴与小齿轮45啮合)之前。PIP传 感器75现在也开始在这一点被遮挡。在2.5mm的第五距离(在这个示例中），PIP传感器75已 经完全阻挡。加载手柄(未显示，但很常规)可以方便的具有加载弹簧的"过中心"操作，并且 这样将协助驱动定量加料器31进入完全下降的主位置。
[0123] 如图20所示，替代的第二类型供应包或盒113的突出的第二类型定量加料器119具 有设置在相对两个侧面的横向枢轴螺栓凸起121、123。替代的第二类型可更换供应包113具 有安排用于容纳将在系统运行中供应的产品的容纳壳体115。驱动端口 125和原料排出端口 127在定量加料器119的底面上。原料排出端口 127具有柔性弹性环形密封件129。定量加料 器119进一步包括突出的壳体部131。与上面所述的样品室49或标准定量加料器的透明的上 部11A不同，突出的壳体部131基本是不透明的。突出的壳体部131形成定量加料器119的上 部，定量加料器119的上部基本是不透明的，并且适于填充将要提供的产品。定量加料器119 进一步具有下凸起132,其也基本不透明，并且从属于突出部分131。下凸起132形成定量加 料器119的基本不透明的下部，类似于本文上面描述的第二基本不透明元件11B和77。参考 图22和23可以更充分地理解其细节。
[0124] 在饮料分配机或设备的盒舱中的加载通道133的细节如图21所示。加载通道133可 以通常是在设备的前舱口的后面(未显示，但常见）。在图21中所示的加载通道133被布置用 于以并排的关系接收两个供应包或盒113,或相当于可更换供应包9的彼此不同的盒。每个 供应包或盒113(或供应包9)将与其定量加料器119(或分别地11、31)插入在一个后面的位 置，并且如图21中所示的，加载通道133,其具有第一和第二腔135A、135B，类似于参考图16 所示的接口部73。同样的，第一和第二腔135A、135B是分别容纳插在加载通道133的左或右 手部分的供应包或盒113各自的定量加料器119。加载通道133的每个平行部分具有手柄 137A、137B，所述手柄137A和137B与它所面对的第一或第二腔135A、135B相关联。左手柄 137A显示在解锁位置，准备接收供应包或盒113,而右手杆137B显示在锁定位置，但没有盒 插入。每个腔135A、135B具有突出的驱动轴139A、139B(图21中的驱动轴139B被手柄137B隐 藏），和凹的原料接收连接件141A、141B。驱动轴139A、139B和凹的原料接收连接件141A、 141B的每一个都被定位以便将相关的供应包或盒113的定量加料器119的驱动端口 125和原 料出口端口 127接合。第一和第二腔135A、135B中的每一个具有凹型的延伸（类似于图16的 接口部分73的腔74)，用于接收定量加料器119的基本不透明的壳体部131。传感器143、145 设置在腔135A、135B的凹型延伸中，以便通过壳体部131来检测盒的正确定位以及供应包或 盒113的产品可用性。附图标记143所表示的传感器是上部透射传感器，类似于上面描述的 传感器5或69,而附图标记145所表示的传感器是类似于上面描述的传感器65的反射传感 器。定量加料器119的第二基本不透明元件是不透明的凸起132,其从突出的壳体部131的底 部延伸，并且被定位安装以确保在可更换第二类型供应包113的放置期间，机器接口 135A、 135B的发射器的辐射在突出的壳体部131与发射器和传感器143之间的共同的轴对准之前， 首先被不透明的凸起132遮挡。如上面解释的，第二基本不透明元件132用于PIP检测。当第 二类型供应包113连接到饮料分配机时，分配机的相关驱动轴139A、139B必须与定量加料器 119的驱动端口 125啮合。当适当地插入机器接口 135A或135B时，定量加料器119的上部131 面对传感器143的第一或上检测器，并且下部面对传感器143的第二或下部检测器。第二基 本不透明的元件132,因此在使用中放置在发射器和传感器143的第二或下检测器之间。替 代的包或盒113与其定量加料器119 一起插入腔135A或135B的效果是基本不透明的壳体部 131将遮挡光源3、57到传感器143和145的检测器中的任意一个的发射。这具有这样的效果， 替代供应包或盒113仿制产品在任何时候都是可用的。当比如替代包或盒113是在顶部再充 满时，这种替代功能可以很方便，同时可以保持替代包或盒113连接到饮料准备和分配设 备。
[0125] 也可以通过改进第一类型的可更换供应包9(通过使第一基本透明元件(例如第一 类型的定量加料器11、31的上部11A或样品室49)能吸收光)来获得第二类型的代替的可更 换供应包113,改进是使。这可以例如，通过对相关的透明部分提供黑色的外涂层或遮盖物， 通过提供光吸收覆层，或以任何其它能盖住机器接口的传感器的方式实现的。
[0126] 虽然在这里所描述的示例中的各种检测器已被描述为传感器，在本领域技术人员 能理解的范围内，这样的检测器可以组装包括透镜、光波导、光学和/或电子滤波器等。同样 的本领域技术人员能够明确，自动检测是与定量液体的特定齿轮栗不是相关联的，并且其 它形式的定量加料可以与本发明的检测系统相结合。
[0127] 因此，已经描述了用于提供饮料的自动化过程的支持装置。特别是，在饮料分配机 中检测可更换供应包(9)的存在和内容物的检测是自动的。通过发射光并测量在光检测器 (7、75)上存在所发射的光来提供包到位检测，系统确定供应包的缺失或正确/不正确的放 置。产品可用性检测通过利用另一个光检测器(5、69、65)来检测穿过供应包的透明元件的 光强度来提供，系统确定了供应包中产品的存在程度。
[0128] 我们认为，从之前的说明书和附图中可以明确本发明的运行和实施。对于本领域 技术人员来说这是明确的，本发明不限于此处描述的任何实施例，改进是可能的，都应考虑 在附加的权利要求的范围内。同时运动反演认为在本质上公开了，并且也在本发明的范围 内。在权利要求中，任何参考标志不应被解释为限制权利要求。当在说明书或附加的权利要 求中使用"包含"和"包扩"这两个术语时，不应被解释为排外的或尽述的含义，而是包容的 含义。因此，在列出的任何权利要求中所使用的表达"包含"，不排除附加的其它元件或步骤 的存在。进一步，单词"一个"和"一个"不应被限制为"只有一个"，而是用来表示"至少一 个"，并且不排除多个。不具体地或明确地描述或声明的特征可以附加地在本发明的结构范 围内包括。例如："用于……的结构"的表述应被理解为："为……而配置的组件"或"……的 成员构造"，并应解释为包括已公开的结构的相等物。表达的使用，例如："关键"，"优选"， "特别优选"等，不意味着限制本发明。在本领域技术人员能力内的添加，删除，和改进一般 可以在不脱离本发明的精神和范围进行，如权利要求确定的那样。
【主权项】
1. 一种系统，包括饮料分配机，所述饮料分配机适于接收至少一个第一类型可更换供 应包(9)，所述第一类型可更换供应包包括第一类型定量加料器(11 ;31)和将在所述系统运 行中提供的产品，所述系统包括用于至少自动检测存在所述第一类型可更换供应包和所述 第一类型可更换供应包中的所述产品的一个或多个检测装置，所述装置包括： 第一接口（13;73;135六；1358)，包含在机械中； 所述第一类型可更换供应包的所述第一类型定量加料器（11 ;31)上的第二接口，能够 操作地连接到所述第一接口； 所述第一接口上的发射器(3; 57 )，用于发射辐射； 所述第一接口上的第一检测器(5;69; 143)，用于检测所述第一类型可更换供应包中的 所述产品的存在； 所述第一接口上的第二检测器(7;75)，用于检测所述第一类型可更换供应包的存在， 并且 其中，所述第一类型定量加料器（11 ;31)上的所述第二接口能够在所述发射器(3;57) 与所述第一和第二检测器(5，7; 69，75; 143)之间接收，以干扰由所述发射器(3; 57)发射的 辐射，所述第一类型定量加料器的所述第二接口（ 11; 31)包括： 第一基本透明元件（11A;49)，在使用中设置于所述发射器(3;57)和所述第一检测器 (5;69)之间；以及 第二基本不透明元件（11B;77)，在使用中设置于所述发射器(3;57)和所述第二检测器 (7;75)之间，并且 其中，所述系统进一步包括至少一个第二类型供应包（113)，所述第二类型供应包包括 第二类型定量加料器（119)，所述第二类型定量加料器用作能够操作地连接到所述第一接 口（13;73;1354;1358)的第二接口，并且所述系统具有能够在所述发射器(3;57)与所述第 一和第二检测器(5,7;69,75; 143)之间接收的第一和第二元件，并且干扰由所述发射器(3; 57)发射的辐射，所述第二类型定量加料器（119)具有基本不透明的第一元件（131)和第二 元件（132)两者。2. 如权利要求1所述的系统，进一步还包括至少一个所述第一类型可更换供应包(9)。3. 如权利要求1或2所述的系统，其中所述发射器是红外（IR)光发射器。4. 如权利要求1或2所述的系统，其中所述发射器是发光二极管(LED)。5. 如前面任一项权利要求所述的系统，进一步被设置以验证所述第一检测器（5;69; 143)产生的信号是否低于或高于预定阈值。6. 如权利要求5所述的系统，其中，当所述第一检测器(5;69; 143)检测到辐射高于所述 预定阈值并且所述第二检测器(7;75)基本没有信号产生时，考虑激活以后过去的一段时 间，以确定放置的第一类型的包是空的还是充满的但仍未开封。7. 如权利要求1到6中任一项所述的系统，其中当所述第一检测器(5;69; 143)检测到辐 射低于所述预定阈值并且所述第二检测器(7;75)基本没有产生信号时，考虑在第一和第二 定量加料器两者中都存在产品。8. 如权利要求1至7之一所述的系统，其中所述第一接口是机器接口，并且所述第二接 口是第一类型或第二类型的包接口。9. 如权利要求1至8之一所述的系统，其中所述机器接口（73)进一步包括第三检测器 (65;145)〇10. 如权利要求1至9之一所述的系统，其中所述第一检测器(5; 69)在公共轴上基本与 所述发射器(57; 3)对准。11. 如权利要求9或10所述的系统，其中所述第三检测器(65; 145)直接垂直于所述公共 轴，并且光学元件(59)适于与所述第一检测器(69)和所述第三检测器(145;65)两者对准。12. 如权利要求9、10或11所述的系统，其中所述第三检测器是反射传感器。13. 如权利要求1至12之一所述的系统，其中所述第一元件是突出的壳体部（131)，并且 其中所述第二基本不透明元件（132)是从所述突出的壳体部（131)的底部延伸的不透明的 凸起，所述凸起被放置并定位以确保在可更换第二类型供应包的放置期间，在所述突出的 壳体部（131)与所述公共轴对齐之前，所述发射器(57)的辐射首先被所述不透明凸起(77) 遮挡。14. 如权利要求1到13之一所述的系统，其中所述第二类型定量加料器（119)包括栗，所 述栗具有被动的小栗齿轮，并且其中所述机器接口（73;135A;135B)具有用于驱动所述小栗 齿轮的驱动轴(79; 139A; 139B)。15. 如权利要求13所述的系统，其中所述第二类型定量加料器（119)包括栗，所述栗具 有被动的小栗齿轮，所述机器接口（73; 135A;135B)具有用于驱动所述小栗齿轮的驱动轴 (79;139A;139B)，并且其中对所述凸起的检测（132)启动所述驱动轴(79;139A;139B)的前 后转动运动，以协助所述小栗齿轮与所述驱动轴(79; 139A; 139B)的啮合。16. 如权利要求1至15之一所述的系统，其中在与正确连接到所述饮料分配机的所述第 一类型可更换供应包一起使用的过程中，在所述产品从所述第一类型供应包到所述饮料分 配机的定量加料周期中，动态检测所述第一类型可更换供应包中产品的存在。17. 如权利要求16所述的系统，其中设置动态测量算法以便在定量加料周期内估算液 体产品中的气泡的量，并基于所述估算决定所述第一类型供应包是否已达到其物质的末 尾。18. 如权利要求1至17之一所述的系统，其中所述发射器是波长在500纳米至950纳米范 围内，优选为650纳米至880纳米范围内的发光二极管(LED)。19. 如权利要求18所述的系统，其中所述发射器具有约3度的输出角。20. 如权利要求1至19之一所述的系统，其中所述第一检测器(69)具有16到24度范围内 的接收角。21. 如权利要求12所述的系统，其中所述第三检测器(65; 145)是反射传感器，并且具有 在16到24度范围内的接收角。22. -种包括第二类型定量加料器和至少一个第二类型供应包的容纳壳体的部件装 备，其中所述第二类型定量加料器是权利要求1到21之一所述的系统的所述第一类型定量 加料器的替代物，并且包括： 位于所述第二类型定量加料器底面上的驱动端口和材料出口端口；以及 突出的基本不透明的壳体部。23. -种第二类型可更换供应包，在装配的组件中包括如权利要求22所述的部件装备。
【文档编号】A47J31/40GK106061340SQ201480076720
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年12月29日
【发明人】布拉姆·克莱贝斯
【申请人】皇家戴维艾格伯茨有限公司