專利名稱：用于控制飲料自動售貨機例如咖啡機內的杯子填充的設備和方法
技術領域：
本發明的領域屬于飲料自動售貨機例如咖啡機或類似設備。
背景技術：
一些飲料自動售貨機使用容納有待提取或溶解的成分的膠囊；對于其它機器，成分被存儲在機器內并自動地定量供給，或者在制備飲料時添加。大多數咖啡機具有包含用于液體通常是水的泵的填充裝置，該泵從水源抽吸冷的或通過加熱裝置例如加熱電阻器、加熱塊等加熱的液體。通常以多種不同的方式控制在容器例如杯子或玻璃杯內的飲料的填充。在一些模式中，對填充的控制可通過在控制器內存儲多個填充程序來完成，該控制器本身經由繼電器控制泵的起動時間并停止泵。其缺陷源于這樣一個事實，即根據機器的狀態例如水垢的程度，實際傳送的體積可發生很大變化。結果，填充控制通常使用流量計并通過控制單元完成，該控制單元對位于流體供應回路上的流量計上記錄的脈沖數進行倒計數。但是，缺陷在于必須提供一系列依賴于將被傳送的不同體積的數量的操作按鈕。例如，在傳統咖啡機中，“ristretto”按鈕用于超小杯咖啡(25mL)，“espresso”按鈕用于小杯咖啡(40mL)，而“long”按鈕用于大杯咖啡(IlOmL)。對于不習慣使用該機器的用戶來說有很容易發生混淆的危險；這通常會導致輸送過濃的咖啡或者咖啡從杯中溢出。另一個缺陷源自對于根據所選擇的膠囊或飲料的類型可能希望中等體積的用戶缺少靈活性。流量計還可能缺少精度或者其精度由于其表面上建立的刻度而受損。另一個缺陷源自這樣的事實， 即流量計的控制沒有考慮所產生的泡沫的量；對于泡沫非常多的產品這會導致泡沫溢出。另一種模式在于通過按鈕、操縱桿或一些其它的操作裝置實現泵的手動起動和停止。換句話說，用戶僅負責暫停飲料向杯子內的流動。但是，這會導致一些缺陷。一個缺陷是在飲料流動期間用戶必須專心；否則系統繼續輸送飲料，因此溢出的危險會非常普遍。另一個缺陷起因于此手動控制不精確這一事實。用戶然后在再次填充時會遇到困難，尤其是當飲料會產生或多或少的泡沫時用戶往往希望再次填充；這會在用液體填充杯子的控制中欺騙用戶。另一種更加復雜且實現起來更加昂貴的控制模式包括成分的包裝部分(例如膠囊)上的識別裝置例如條形碼，該識別裝置向機器傳遞指令以便調整將被輸送的體積。同樣，此系統使用記錄的程序起動泵，并獲取源于流量計的數據。專利申請WO 97/25634涉及一種用于使用輻射能三角測量的概念檢測目標例如容器在目標窗口內的位置的方法和設備。這種設備使用第一對和第二對發射器和接收器，并使用三角計算來檢測容器的存在。這種設備并不適合于檢測容器內的飲料的液面。專利US 4458735涉及一種用于自動地控制將飲料例如“奶昔(milkshake)，，輸送到由透明紙或泡沫材料制成的容器中的設備。該容器放置在輻射源的下方，該輻射源使光射線指向容器的邊緣；該射線通過容器并通過位于容器的相對側上的輻射檢測器檢測。將檢測器接收到的信號與信號值等級比較，并且當被削弱的信號下降到低于信號值等級時停止輸送。這種設備由于檢測入射信號然后進行比較的方式而尤其是對于咖啡容器沒有足夠的檢測精度。此外，此設備不適合于半透明容器。最后，該設備不能選擇填充位置。因此，本發明的目的是通過提供一種用于控制容器的填充的設備來解決飲料自動售貨機尤其是咖啡機的缺陷，該設備易于使用、可靠，簡化了用戶對機器的操作并且適合于所使用的所有容量的容器。本發明還尤其可應用于這樣的產品，該產品通過控制包括生成的泡沫層的產品的填充來生成泡沫。

發明內容
因此，本發明涉及一種用于控制通過飲料自動售貨機向容器填充液體的設備，該設備包括用于用液體填充容器的裝置；起作用以便命令填充裝置停止的控制裝置。該設備還包括用于標記容器內的液體填充液面的可視(視覺)標記裝置，朝向容器發射信號的裝置；接收入射信號的裝置，該裝置接收從容器返回的入射信號。控制裝置可構造成通過基于入射信號測量代表容器內的填充液面的至少一個變量來處理該入射信號，并且當所述變量達到或超過某一預定閾值時命令填充裝置停止。在本發明的上下文內，術語“超過”根據所監控的變量表示向上或向下的變化。根據一個實施例，此變量可以是通過一連串的光電接收器測量的入射光線的位移。已經證明對位移的控制尤其精確，并且特別是受外部因素例如蒸汽、容器顏色、飲料特性(液體/泡沫)等變化的影響較少。還可結合考慮一些變量以便提高檢測精度。例如，檢測可同時涉及入射光線的位移以及此光線的強度。具體地，可在例如設置成至少一排的多個光電接收器上檢測入射信號的強度的變化。因此，通過多個光電接收器可檢測到的位移以及至少一個該光電接收器上的信號強度的組合變化使得可確保檢測以及填充裝置對停止命令的響應更精確。優選地，接收器裝置放置成接收來自容器內側的入射光線。因此，不管容器的特性如何、特別是即使對于不透明的容器，仍可精確地檢測。在本發明的上下文中，強度變化應理解為是光強度本身的變化，或者是代表或記錄此光強度的改變的電或圖像(例如像素)或光子信號的變化。因此，根據本發明的設備根據用戶想要使用的容器提供用戶希望的填充液面的可視標記。用戶因此可對選擇的填充液面進行目測檢查，如果必要的話，可在發現其不合適時修改填充液面。一旦已經進行了液面標記，則可自動停止填充而用戶不必擔心由他自己來實現此停止。因此，填充的停止不依賴于預先編程的時間或源于流量計的脈沖的倒數，而是根據代表液體填充液面的至少一個變量來進行。換句話說，在每個循環期間都可確保填充精度。優選地，可視標記裝置可移動以便根據希望的填充液面改變信號的位置。優選地， 標記、發射和接收裝置可作為一個整體位移，以便不管標記的位置如何都可確保保持發射和接收條件。可視標記的裝置可表現為光發射例如指向容器內并由光電發射器模塊生成的光線。這種系統的優點是其緊湊并且可實現高標記精度，尤其是在光電發射器模塊產生很大的光強度并包括聚焦光線的裝置時。優選的裝置包括激光器類型的強光源。光電發射器模塊的優點還在于它和標記模塊一起用作信號發射裝置。因此，光電發射器模塊與光電接收器模塊相關聯，該光電接收器模塊接收由于被發射到容器的標記壁上的信號的反射和/或當液體在容器內升高時液體表面的反射而產生的入射信號。因此，信號發射裝置是用于生成肉眼可見的光線的光電發射器模塊。可視標記的裝置是光電發射器模塊生成的光線在容器內形成的光點。所述光點定位成標記所述容器內的希望的飲料液面。接收裝置是構造成檢測從容器返回的入射光線的光電接收器模塊。控制裝置構造成測量光電接收器模塊接收到的入射光線的強度和/或位置的變化。所述控制裝置還構造成當入射光線的信號的強度和/或位置已達到預定強度和/或位置的變化的閾值時命令填充裝置停止。這種系統的優點是它尤其在確定的變量與入射信號的位置的變化相關時特別精確。特別地，當液體或泡沫達到光點時，光點移動到液體或泡沫的表面上；結果，該位移導致返回接收模塊的入射光線的角度改變。即使很小的變化也可被控制裝置檢測到，并且導致填充裝置停止。根據優選模式，光電接收器模塊包括具有至少一排光電二極管的照相機；所述排被定向為接收入射光線以便在所述排上通過一個或多個光電二極管檢測所述光線的位置的改變。照相機的優點主要在于不僅能夠讀取與光線強度有關的變化而且能夠讀取與入射光線的位置有關的變化。特別地，與可導致設備故障的各種外部因素例如容器的顏色、容器附近的周圍蒸汽、外部亮度等相關的填充條件可影響光線的強度。入射光線的位置的變化受與這些外部因素相關的填充條件的變化影響較少。具有離散的光敏元件的照相機的優點源于測量精度，該測量精度依賴于光電二極管或生成的像素的數量。因此，可實現高達一個像素的精度——通過內插虛擬像素可實現高達半個像素的精度；這使得當在照相機上檢測到的光線的位置僅改變很小的量時填充裝置就立即停止。關于所述排光電二極管的定位，所述排光電二極管優選地定向成與光電發射器生成的光線在相同的平面內，并且與所述光線成一非零度角。這種定向使得可使用具有單排光電二極管的照相機，這通過確保入射光線僅沿此排移動實現。當然，除了共面之外的發射和接收模塊的相對位置將需要使用具有多排光電二極管的照相機；這也是可行的但是需要更復雜的信號處理。照相機優選地與位于其前面的光學鏡片相關聯，以便使得可以將照相機的鏡頭視角聚焦成更接近光點的區域。在更具體的模式中，照相機還具有其自身的控制裝置、信號測量和處理裝置，這使得其可在該排光電二極管上產生差分強度分布(強度分布還被稱為 “差分圖像向量”)。與此差分圖像向量相關的變化此后可由適合于該設備的控制單元檢測到。根據本發明的一個具體方面，該設備包括控制裝置，該控制裝置構造成-確定入射光線在所述排上的相對初始位置，該位置對應于初始光點在容器內的位置；
-檢測入射光線在所述排上的位置的變化，該位置變化對應于由容器內液體的升高所引起的光點位置的改變；-按照預定的公差閾值，根據所述位置的變化命令填充裝置停止。在更具體的方式中，控制裝置測量光電二極管上的入射光線的強度。這些測量使得可獲得在該排光電二極管上的強度分布(所謂的“圖像向量”)，這然后使得可確定到達例如該排內的一個特定光電二極管的最大強度的點。液體的升高使得光點到照相機的距離發生變化，這通過在該排光電二極管上的散射轉化成入射光線的變化，并因此轉化成強度分布或圖像向量的改變。圖像向量的此改變可對應于多個變化，包括例如最大強度的點 (或像素)在該排上——例如從一個光電二極管到另一個相鄰光電二極管——的位移。可測量和檢測其它更顯著的改變，例如圖像向量的斜率(slope)的變化和/或在此斜率上內插的子像素的變化，這使得與圖像向量的分布圖的改變相比可提高檢測的精度。這些變量的確定可通過光電接收器模塊(照相機)本身的電子器件完成，并且可通過控制單元監控與這些變量相關的改變。例如，可測量位于圖像向量的強度的平均值上方的像素和位于圖像向量的強度的所述平均值下方的像素之間的斜率。此斜率在循環開始時被記錄為參考變量，然后由光電接收器模塊反復計算。當斜率由于入射光線的位置改變而改變時，此變化可被控制單元檢測到并且當此變化達到或超過給定閾值時，該控制單元作用于用于停止填充的裝置。另一個可能的變量是在位于圖像向量強度的平均值的兩側上的兩個像素之間的所述斜率上內插的虛擬子像素的強度值。同樣，光電接收器模塊重復確定此虛擬子像素的強度值；并且此值的改變通過控制單元監控。當然，本領域的技術人員可考慮與圖像向量相關并與提高檢測的精度和/或可靠性有關的其它變量。優選地，控制裝置構造成控制從光電發射器模塊的光線的發射，該光電發射器模塊以脈沖信號模式發射，從而光電接收器模塊的接收信號可通過差分測量處理，該差分測量是通過計算在光信號發射期間光電接收器模塊產生的圖像向量與在光電發射器模塊的兩次光信號發射之間光電接收器模塊產生的圖像向量之間的差值來確定入射光線的位置。換句話說，設備根據差分測量模式操作，以便消除由外部條件例如周圍光線、容器上的顏色和圖案的變化或者其它可能的干擾因素導致的噪聲電平。在差分測量模式下， 控制單元計算兩個強度變化(或圖像向量)——一個是存在光線時的強度，另一個是光線消失時的強度——之間的差值；此差值導致消除了強度的與光信號本身無關的部分或“噪聲”。這導致不管外部條件如何設備均具有更好的精度和可靠性。根據本發明的設備還包括一操作部件，該操作部件在每個填充循環開始時至少命令-啟動用液體填充容器的裝置；-初始化通過控制單元對容器內的填充的控制過程。為了允許用戶調節容器內的填充液面，光電發射器模塊構造成能夠移動，以便根據所選擇的填充液面改變光點的位置。優選地，光電發射器模塊和光電接收器模塊可共同移動通過一定的角扇形。它們可被手動移動，或者通過輔助裝置例如電動機移動。當然，在可選方案中，信號發射和接收裝置可被固定，并且容器的位置可改變以便用戶可以根據其需求可視地標記液面。為此，該設備可具有移動容器的可動裝置，該裝置使得可根據容器內希望的液面移動容器。在可能的可選方案中，可視標記裝置可以是機械的。它例如可以是可沿標尺滑動的可移動機械指針；該指針在容器外部指示希望的液面。在機械類型的標記裝置的情況下，信號發射和接收裝置優選地是超聲波類型的。在此情況下，該設備優選地包括信號發射器裝置，該信號發射器裝置是朝向容器內的液體表面的超聲波的發生器；信號接收器裝置，該信號接收器裝置是液體表面反射的超聲波的接收器；代表希望的液面的可視標記的裝置，其建立液體表面和波接收器之間的理論距離的閾值；控制裝置，該控制裝置在填充期間測量液體和接收器之間的實際距離，并且當實際距離達到或超過對應于標記裝置標記的液面位置的理論距離閾值時命令填充裝置停止。本發明還涉及一種用于在飲料自動售貨機分配飲料期間控制容器的填充的方法， 其特征在于，該方法包括-對容器內希望的液面進行可視標記；-朝向容器發射信號；-接收來自容器的入射信號；-監控與入射信號有關并且代表容器內達到的液面的變量；以及-當該變量達到或超過預定閾值時命令停止容器的填充。在優選模式中，通過使光線指向容器內的希望的液面的位置實現可視標記；通過發射所述光線實現信號發射；通過以非零度角接收入射光線實現信號接收；通過使用照相機測量入射光線的位移實現對至少一個變量的監控；當光線的位移達到或超過所述入射光線的某一預定位移閾值時命令停止。在更具體的模式下，所述變量對應于與照相機的至少一排光電二極管產生的差分強度分布相關的參數。


從附圖中可以更好地理解本發明并且可顯示另外的特性，在附圖中圖1示出具有根據本發明的優選模式的用于控制杯子填充的設備的咖啡機；圖2示出圖1的設備的功能圖；圖3示出在沒有液體或泡沫時的標記位置和具有液體或泡沫表面的位置之間的根據本發明的設備的操作原理的詳細視圖；圖4示出用于確定通過光電接收器模塊尤其通過照相機處理的入射光線的變量的算法的示例；圖5示出用于基于圖4的算法確定的變量通過該設備的控制系統進行控制的算法的示例；圖6為在一組光電二極管上產生的對應于本發明設備的光點的強度分布的差值 (“差分圖像向量”)的示例；
圖7是具有根據第二實施例的控制設備的咖啡機的圖示；圖8示出圖7的設備的功能圖。
具體實施例方式參照圖1，示出標號為1的咖啡機，該咖啡機配備有用于監控杯子的填充的光電設備2，該光電設備圍繞水平軸線I可旋轉地安裝以便設備可定向成根據機器上存在的杯子的高度對準標記。如本身已知的，該設備與其相關聯的示例性咖啡機包括體部10，該體部包括用于生成咖啡飲料或類似飲料的必要元件。在這些元件中通常可發現流管11、用于提取 (內部)膠囊內容納的一定量的成分的提取模塊、用于向提取模塊提供加壓液體的(內部) 液泵、用于向液泵提供加熱液體的(內部)熱水器、用于將膠囊插入提取模塊的機構12、杯子保持器和液體收集托盤13、以及電流源14。控制設備2使得能夠檢測在飲料從流管11流出之后杯子3內的飲料的液面，并且可例如通過停止膠囊提取過程——通常通過使向提取模塊給料的液泵停止運轉——來暫停用飲料填充杯子。控制設備包括用于發射高強度光線的模塊20和用于接收入射光線21的模塊。發射模塊優選地放置在接收模塊下方，以便即使對于大尺寸的容器仍可確保較好的信號返回角。發射模塊20生成例如通過準直儀22聚焦的光線40，該準直儀能夠將光線作為小尺寸、 例如大約l_2mm或更大的點41指引到杯子的內表面上。點的大小還依賴于容器的材料反射光線的能力。例如，白瓷容器將形成比黑色杯子更分散的光點。強度足夠的光源優選地是激光器或基于產生光子發射的燈或一些其它的光電子部件的光發射器(例如LED)。該模塊還包括可將沖擊容器的光線縮小為較小的點的聚焦裝置。在激光器的情況下，激光器被選擇為在可被能夠檢測激光器的入射光線42的接收模塊讀取的波長范圍、尤其是在大約650nm的可見光范圍內發射。可適合于本發明的設備的激光器模塊可以是由Conrad Electronic出售的編號為0LSH-703P的具有可變焦距的二極管激光器類型。用于接收射線的模塊優選地是電子照相機。其包括一排光電二極管23，該排光電二極管被定向成與發射的激光射線在相同的垂直平面中，但是有角度地偏離該發射的射線。每個光電二極管是在入射光線到達時產生電流的半導體。所產生的電流的強度依賴于光線在該排光電二極管上的漫射，通常入射光線的中心在光電二極管上實現最大的電流強度。該排光電二極管23包括例如至少20個、優選地至少50個、最優選地100-200個與放大電路和像素數據支持函數相關聯的光電二極管。像素的數量、間隔和大小決定相機的精度并因此決定所檢測到的入射光線的移動上的公差精度。通常，像素的數量越大，分辨率越好。像素例如中心到中心地間隔大約80-85微米。適合于該設備的照相機是由TA0S，PlanO， Texas, USA在市場上銷售的商標為TAOS且編號為TSL 1401R的照相機。照相機21必須與放置在照相機前面的光學透鏡M相關聯，以便將照相機的鏡頭視角聚焦在光點的區域上。還有利地以這種方式與過濾器相關聯，即允許特定波長的射線通過并阻止不希望的波長下的射線通過。例如，非常熱的液體可產生接近紅外線的輻射，因此肉眼是不可見的，該輻射必須被過濾掉以便避免照相機飽和和/或測量誤差。因此，不透紅外線的過濾器消除了這些輻射并僅保留由光發射裝置發射的那些射線。
如圖2所示，該控制設備包括一控制單元5，通常為一微控制器，其本身已知為通常具有微處理器、輸入和輸出部分(I/O)、程序存儲器和用于變量數據的存儲器。微控制器的輸入端聯接到用于接收啟動填充循環用輸入信號的按鈕類型的操作按鈕60或等同物。根據本發明的一個有利方面，單個操作按鈕足夠用于為不同大小例如 25、40和IlOmL的杯子以及不同類型的飲料啟動循環。微控制器具有連接到激光發射模塊 20的MOS類型的輸出端以便向激光器發送脈沖模式的信號。激光發射模塊因此產生頻率為大約50-500HZ的光脈動。脈沖模式是優選的，因為其可改進入射信號的處理，并且可將信號的有用部分與例如由于杯子的特性(顏色、形狀、圖案)、蒸汽、環境亮度等被外部條件擾亂的部分區分開。接收模塊或照相機21連接到微控制器5的輸入端。照相機生成的信號是模擬類型的，因為其包括光強度的值，該信號然后通過集成在微控制器電路內的A/D轉換器轉換成數字模式。信號產生在光電二極管上的電場強度的分布，其形式為由到達該排光電二極管的入射光線產生的強度峰值。通過微控制器分析此信號，該微控制器確定產生最大電場強度的光電二極管或像素。在脈沖激光模式下，微控制器的處理單元在給定頻率下以差分模式計算，以便能夠通過對兩個強度測量值求差來確定最大強度；一次測量在激光器開啟時執行，另一次測量在激光器關閉時執行。在微控制器的另一個MOS類型的輸出端，一信號被發送到繼電器7，該繼電器命令填充裝置即例如活塞泵8的電啟動。應指出，填充裝置可包括各種裝置，例如液體傳送裝置、旁路和/或停止裝置。其可以是泵、門、閥或這些裝置的組合。泵可以是活塞泵、隔膜泵、 蠕動泵或一些其它泵。下面將結合圖2和3說明設備的工作方式。用戶將他的杯子穩定地放置在供應區； 即放置在管11下方的支承件13的表面上。當激光器開啟時，用戶可將激光射線定向為標記對應于希望的填充液面的杯子的內緣。激光射線的定向可按不同方式進行。一種優選方式是使模塊20、21圍繞軸線I共同旋轉來共同地定位，以便根據希望的液面在杯子內垂直地升高或降低射線。標記顯示為杯子內的高強度的小光點。一旦已實現標記，則按下操作按鈕60使得可以開始新的填充循環。微控制器然后向繼電器7發送啟動信號，該繼電器開啟泵8。然后開始用于制備(例如提取或煮泡)飲料的過程。如圖3所示，發射的射線40在杯子的內表面30上生成光點。光點41在杯子的內表面30上的位置朝向接收模塊21——在此情況下為線性照相機——返回入射光線42。例如，入射光線42和發射光線40形成依賴于反射面的幾何形狀的角度A。入射光線42在照相機上的沖擊位置41然后以圖像向量的形式由微控制器存儲。微控制器確定哪個光電二極管產生最大的電場強度；例如No. 1到No. 128的一排光電二極管中的光電二極管No. 64。 當填充物到達杯子內時，光點向上并朝杯子43的內側移動。由液體和/或泡沫的表面31 反射的點43以與角度A不同的角度B產生新的入射光線44。當產生泡沫時，是泡沫的上表面用作反射面。通過線性照相機21檢測新的入射光線44 ；這被表示為產生最大電能強度的光電二極管或光電二極管組的改變；該改變對應于圖像向量的改變。例如，相鄰的光電二極管No. 65現在產生最大電場強度；測量該強度并使之與此像素數相關聯。由于所有的光電二極管均在同一個時間間隔內被測量，因此可獲得“圖像向量”形式的強度分布。當位置測量的公差超過某一個預定的閾值——在此情況下被表示為圖像向量中的一個或多個變量的變化——時，微控制器發送信號以打開繼電器；這使泵停止運轉并暫停杯子的填充。 填充即到杯子內的實際液體流的實際停止依賴于各種因素，即尤其是由微控制器確定的圖像向量的變量的公差，以及最終流入容納成分的膠囊以及流管內的液體體積。因此，重要的是限定最低的可能公差，以便限制光點被液體或泡沫表面反射的時刻與液體不再從機器流出的時刻之間的差值。下面將參照圖4-6更詳細地說明信號檢測和分析的優選但非限制性的原理。圖4示出用于獲取差分模式中的圖像向量并確定與這些圖像向量相關的相關變量的算法的重復循環。此循環通常由照相機本身的系統獨立地實現。連續地捕獲每個采樣圖像，然后在沒有光束的情況下進行采樣。在第一步驟100中，根據所有像素的檢測到的最大值的平均值自動調節積分時間、即照相機的像素的電容充電所需的時間。允許像素接收光通量的時間被選擇為使得沒有像素飽和。此積分值獨立于讀取轉換結果的頻率。射線的閃光頻率還依賴于積分時間的值。使用兩個連續的圖像來提取有用信息。因此，第二步驟200在于獲取在激光器處于開啟模式時的圖像向量以及在激光器處于關閉模式時的圖像向量。該圖像向量更精確地說是對應于像素排產生的強度的分布的強度值的表。在下一步驟300中，照相機計算對應于以前獲取的兩個圖像向量之間的差值的差分圖像向量。這產生檢測所需的數據。圖6中示出示例性的差分圖像向量。然后由該向量確定一些強度值。確定的第一個值是表示為像素數并在步驟400中確定的最大強度(或峰值)450的位置。該位置對應于反射光點的中心，其對應于一個或多個像素。接下來，在下面的步驟500中確定第二個值，該值是表示為斜率410形式的品質因數。為此，照相機搜索低于在測試510期間的平均值的像素440。此平均值簡單地通過(最大值-最小值)/2來計算。一旦已檢測到此像素 440，則在步驟520中照相機確定位于平均值430上方的第一個像素450。然后在步驟530 中通過照相機提取出斜率410，該斜率是位于平均值的線的兩側的像素440和450的邊緣之間的連接線。此后，在步驟600中借助于此斜率內插虛擬像素(或子像素)460。此虛擬中間像素還用于液面檢測計算；這可提高檢測精確性并同時保持相同的分辨率。確定差分圖像向量和相關變量的循環由照相機在循環內更新和重復。圖5示出控制單元5基于在圖4的循環期間確定并由照相機傳遞給控制單元的數據和變量所執行的控制循環。照相機持久地預備好差分圖像向量，并且設備處于備用模式(步驟110)。然后用戶致動按鈕(步驟120)以便開始飲料的提取循環；換句話說，啟動泵8并且一判斷(test)可確定開始或暫停在進行中的提取循環(步驟130-140)。在檢測過程開始時，最大強度的像素的位置、子像素和斜率是存儲的作為基準的變量(步驟150)。 如圖4所示，照相機在數據采集循環中獲得這些變量。在提取期間，系統以規則的時間間隔 (例如每50ms)讀取由照相機發出的信息(步驟160)，并執行與基準的比較的判斷(步驟 170)。此判斷是計算并監控例如最大值的位置、斜率的改變以及子像素的值。然后，當一個或多個變量相對于基準值的變化達到或超過預定的公差閾值時，控制單元5通過作用在繼電器7上來停止提取(步驟180)。因此，應當理解，對于相同的分辨率，通過控制與由到達該排光電二極管的入射光線產生的強度分布中的改變相關的一些參數(強度最大值的位置、子像素和斜率)的變化提高了精確性。應理解，檢測方法可以簡化，并且可僅在于測量并比較最大強度的值而不進行子像素的內插也不進行斜率計算；此時僅在最大強度從一個二極管改變到另一個二極管時才檢測填充液面。圖7和8示出根據超聲波傳播原理工作的本發明的設備的第二種可能模式。設備 2B包括超聲波發射器20B，該發射器垂直于杯子3的放置區域垂直地設置以便產生朝向液體表面31的波40B。用于接收來自杯子內的液體表面的反射波42B的超聲波接收器21B垂直于杯子的放置區域垂直地設置。該接收器例如在相對于流管11的相對側上水平地稍微偏離發射器。在放置區域的一側并且盡可能靠近杯子設置有機械標記系統9，以便用戶可借助于可相對于標尺刻度91垂直移動的可視標記游標90來標記希望的液面。與前面的模式相反，在外部進行標記。當然應理解，機械標記也可用激光類型的標記器或光指針等代替，以標記杯子表面的內部或外部。圖8示出與控制單元50 —起進行操作的原理。游標系統9與可變電阻器92相關聯，該可變電阻器使得可改變控制器發出的電壓，根據標尺刻度上光標的位置恢復可變電壓測量。通過校準，電壓值對應于液體表面和波接收器之間的預定的理論距離。此理論距離本身對應于通過可視標記游標90指示的可視液面。波發射器20B在輸出模式下與控制單元耦合，以便當按鈕60被致動時從該控制單元接收信號。在輸入模式下，波接收器告知控制單元其與液體表面隔開的實際距離的改變。 當液體達到或超過對應于理論距離值的液面時，控制單元輸出用于切斷繼電器7的信號以便暫停向泵8的供電。本發明可包括在本領域的技術人員的(知識)范圍內的其它變型和組合，而不會由此背離由下文的權利要求所限定的本發明的框架。
權利要求
1.用于控制通過飲料自動售貨機(1)向容器C3)填充液體的設備，所述設備包括 用于用液體填充容器的裝置(8)；起作用以便命令填充裝置停止的控制裝置01，5，50)； 用于標記容器內的液體填充液面的可視標記裝置O0，40，41，9)； 朝向容器發射信號的裝置O0，22，40，20B，40B)；接收入射信號的裝置(21，23，Μ，21Β)，該裝置接收從容器返回的入射信號G2，42B)； 所述控制裝置(21，5，50)構造成以便-通過基于入射信號(42，44，42B)測量代表容器內的填充液面的至少一個變量來處理該入射信號，并且-當該變量達到或超過某一預定閾值時命令填充裝置(8)停止，其特征在于，所述至少一個變量是由一連串光電接收器測量的光入射信號的位移。
2.根據權利要求1的設備，其特征在于，所述液面的可視標記裝置是-光發射裝置00，40，41，43)，所述光發射裝置特別用于在容器的內壁(30)上標記位置，可選地用于產生光點Gl)形式的標記；或-機械裝置(9，90，91)，所述機械裝置特別用于在容器外部給出液面指示。
3.根據權利要求1或2的設備，其特征在于，發射信號的裝置和接收信號的裝置是光類型的信號裝置00，21)。
4.根據前述權利要求中任一項的設備，其特征在于，信號發射裝置是用于生成可見光線GO)的光電發射器模塊(20)，可選地，所述光電發射器模塊是激光器或基于燈或一些其它光電子部件(LED)的光發射器并且包括聚焦裝置02)；可視標記裝置是由光電發射器模塊生成的光線在容器中形成的光點Gl)；該光點定位成標記所述容器內的希望的飲料液面；接收裝置是構造成檢測從容器返回的入射光線0 的光電接收器模塊；以及控制裝置構造成測量光電接收器模塊接收到的入射光線G2，44)的位置的變化；控制裝置還構造成當入射光線信號的位置已達到一預定位置的變化的閾值時命令填充裝置停止。
5.根據權利要求4的設備，其特征在于，光電接收器模塊包括具有至少一排光敏性光電二極管的照相機；所述排被定向為接收入射光線G2，44)以便在所述排上通過一個或多個光電二極管檢測光線位置的變化。
6.根據權利要求5的設備，其特征在于，所述排光電二極管定向成與光電發射器生成的光線在相同的平面內，并且與所述光線成一非零度角。
7.根據權利要求4至6中任一項的設備，其特征在于，控制裝置01，5)構造成-確定入射光線0 在所述排上的相對初始位置，該位置對應于初始光點Gl) 在容器內的位置；-檢測入射光線G4)在所述排上的位置的變化，該位置變化對應于由容器內液體的升高所引起的光點G3)的位置的改變；-按照預定的公差閾值，根據所述位置的變化命令填充裝置(8)停止。
8.根據權利要求4至7中任一項的設備，其特征在于，控制裝置01，5)構造成還檢測接收器模塊上的強度的變化，并且根據測得的強度的變化操作填充裝置(8)。
9.根據權利要求4至8中任一項的設備，其特征在于，通過測量并然后比較該排光電二極管產生的強度的分布(“圖像向量”)并檢測與該圖像向量相關的至少一個變量的改變來檢測入射光線0 的位置的變化，可選地，控制裝置01，幻構造成控制從光電發射器模塊的光線的發射，該光電發射器模塊以脈沖信號模式發射，從而光電接收器模塊的接收信號可通過差分測量處理，該差分測量是通過計算在光信號發射期間光電接收器模塊產生的圖像向量與在光電發射器模塊00)的兩次光信號發射之間光電接收器模塊產生的圖像向量之間的差值來確定入射光線的位置。
10.根據權利要求4至9中任一項的設備，其特征在于，所述設備包括操作部件(60)， 該操作部件在每個填充循環開始時至少命令-啟動用液體填充容器(3)的裝置(8)；-初始化通過控制裝置的控制單元( 進行的填充控制過程。
11.根據權利要求4至10中任一項的設備，其特征在于，光電發射器模塊(20，22)構造成能夠移動，以便能夠根據容器內所選擇的填充液面改變光點的位置。
12.根據權利要求11的設備，其特征在于，光電發射器模塊OO)和光電接收器模塊 (21)可共同移動。
13.根據權利要求12的設備，其特征在于，光電發射器模塊OO)和光電接收器模塊 (21)可移動通過一定的角扇形。
14.根據前述權利要求中任一項的設備，其特征在于，所述可視標記裝置、發射器裝置和接收器裝置能夠一同移動，以便使得可改變容器內的填充液面的標記。
15.根據權利要求14的設備，其特征在于，所述可視標記裝置、發射器裝置和接收器裝置能夠以手動或自動方式移動通過一扇形弧。
全文摘要
用于控制通過飲料自動售貨機(1)向容器(3)填充液體的設備，該設備包括用于標記容器內的液體填充液面的可視標記裝置(20，40，41)；朝向容器發射信號的裝置(20，40)；接收入射信號的裝置(21)，該裝置接收從容器返回的入射信號；和構造成根據入射信號的變化命令填充停止的控制裝置。
文檔編號B67D1/12GK102556924SQ20121000754
公開日2012年7月11日 申請日期2005年11月15日 優先權日2004年12月14日
發明者A·克賴普, G·泰里安, M·奧贊, R·皮蓋, X·格萊皮恩 申請人:雀巢技術公司