CN104394740B - 囊盒识别系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于饮料生产机器的囊盒，所述囊盒包含：包封在所述囊盒内的成分；和标识；其中所述标识是结合有代码图案的导电材料的区域，所述代码图案由预定排列的一个或多个在所述导电材料中形成的不连续部分组成，并且其中所述囊盒包含引导囊盒在所述饮料生产机器内的对齐的定向构件。

Description

囊盒识别系统
发明技术领域
本发明涉及囊盒识别系统。特别地，本发明涉及编码系统，其允许识别例如饮料生产机器中的囊盒。
发明背景
已知被设计以使用分配成分的自动化饮料生产机器。通常，这类机器使用包含预定剂量的饮料成分(例如，咖啡粉、可可粉、茶叶)的囊盒。这类囊盒便于使用并且能帮助制备在味道和质量方面一致的饮料。
根据待制备的饮料类型，可能需要改变饮料生产机器的运行参数。已经提出几种用于识别这类囊盒的系统以控制饮料生产机器中的参数。
例如，国际专利申请WO 2011/000723和WO 2011/000724(Nestec S.A.)描述了包含标识的饮料囊盒和用于在饮料生产设备中识别这类囊盒的方法。优选包埋在饮料囊盒内的标识包含包封在塑料壳中的磁性反应材料。当通过由电磁发射器提供的磁场激发时，磁性反应材料能够通过产生至少一个Barkhausen跃迁改变电压磁力信号。每种类型的囊盒的磁性反应材料的组成不同但相同类型囊盒的磁性反应材料的组成相同。因此，根据针对磁信号提供的改变可识别囊盒的类型(例如，通过与多个参考物的磁性图谱比较)。
欧洲专利申请EP 0451980(Kraft General Foods Limited)涉及包含用于制备饮料的可食用物品的包装，其优选装备识别装置。假设了几种可能的系统，其各自包含特殊的识别装置和合适的传感器。例如，识别装置可包含一个或多个在包装主体中形成的表面特征，所述表面特征可被机械传感器或光学传感器识别；一条或多条应用于包装主体的磁性材料，其可被合适的磁传感器读取；一个或多个应用于包装主体的金属箔的有形状区域或分开区域，其产生对机器中所述包装运动的诱导效应，其诱导效应能被感知；或者一个或多个在包装主体上形成的导电区域，所述导电区域可被电感知。
国际专利申请WO 2011/141532(Nestec S.A.)描述了用于通过离心制备饮料的囊盒、系统和方法。囊盒包含已排列并待读取的代码，同时囊盒围绕穿过囊盒的旋转轴旋转。已经通过印刷、压花或激光雕刻应用到囊盒上的代码的光学读取是优选的。还公开了通过在囊盒的环形金属边缘上提供的突出或凹处形成的编码的诱导感应。
识别饮料生产机器中的囊盒的问题在于从囊盒中提取或读取信息并不总是可靠或方便的。例如，常需要使用具有高水平的冗余的编码系统以确保能在任何方向和/或其中囊盒周围的环境不干净(例如，由于存在剩余的饮料材料)的情况下读取囊盒。
试验和定义
如本文使用的，术语“包括”包括术语“基本上由……组成”和“由……组成”。本文包含的所有百分比和比例是以重量计算的，除非另外规定。应当注意，在指定值或量的任何范围中，任何特定上限值或量可与任何特定下限值或量相结合。
认为如本文发现的本发明的公开内容包括所有如在权利要求中发现的实施方式，其彼此之间存在多重从属，并且不考虑权利要求可伴随多重从属或冗余的事实。
饮料
如本文使用的，术语“饮料”是指适于人消费的基本上水性的可饮用组合物。优选地，饮料包含以饮料的重量计，至少85％，更优选至少90％且最优选95至99.9％的水。
饮料成分
如本文使用的，术语“饮料成分”是指可用于生产饮料的食品级物质。通常，这类成分将与液体，优选水性液体混合以生产饮料(例如，通过浸湿、浸泡、溶解和/或悬浮)。
“可浸泡性(infusible)饮料成分”是指当浸湿或浸泡在水性液体中时释放一些可溶物质，例如调味和/或芳香分子进入液体中的饮料成分。可浸泡饮料成分的优选实例为茶树材料、草本植物材料和/或果粒。优选地，可浸泡饮料成分将被干燥并且具有小于30wt％，优选小于20wt％且最优选0.1至10wt％的水分含量。
发明概述
在第一方面中，本发明涉及用于饮料生产机器的囊盒，所述囊盒包含：
-包封在所述囊盒内的成分；和
-标识；
其中所述标识是结合有代码图案的导电材料区域，所述代码图案由预定排列的一个或多个在所述导电材料中形成的不连续部分组成，并且其中所述囊盒包含引导囊盒在所述饮料生产机器内对齐的定向构件。
本发明的关键是编码系统的简单和可靠性。这允许在广泛的容差范围内识别囊盒而不需要在编码系统内构建冗余，和/或在制备过程中减少以无效形式被拒绝的囊盒比例。编码系统的简单和可靠性是可能的，因为定向构件确保囊盒仅能够在饮料生产机器内以有限数量的固定定向之一对齐。
在另外的方面中，本发明涉及识别饮料生产机器中的囊盒的方法，所述方法包括：
-提供囊盒，其包含：
·包封在所述囊盒内的成分；
·标识，其中所述标识是结合有代码图案的导电材料区域，所述代码图案由预定排列的一个或多个在所述导电材料中形成的不连续部分组成；和
·引导囊盒在所述饮料生产机器内对齐的定向构件；
-对线圈施加交流电，将所述线圈放置在所述饮料生产机器中使得它在所述标识内产生涡电流；
-检测线圈阻抗的变化；
-产生指示线圈阻抗变化的信号；和
-根据信号识别所述囊盒。
该方法提供了用于识别饮料生产机器内的囊盒的简单系统。这类系统可具有降低的复杂性(例如，通过包含较少的组件)和/或生产更经济。这允许根据囊盒识别改变一个或多个饮料生产机器的运行参数，最终实现单一饮料生产机器制备各自需要不同制备条件的许多不同饮料。
详细描述
本发明涉及用于饮料生产机器的囊盒。囊盒包封成分。尽管也设想其中囊盒包封清洁物质的实施方式，但优选地，其将为饮料成分。最优选地，饮料成分包含可浸泡饮料成分(例如，叶茶)。
囊盒可为任何合适的设计。为了促进有效率和有成本效益的生产，优选通过注射模塑或热成型形成囊盒。优选地，囊盒包括主体部分和盖部分，所述盖部分与主体部分连接以在囊盒内包封成分。在该实施方式中，优选通过注射模塑或热成型形成主体部分，并且随后通过连接盖部分与主体部分将所述成分包封在囊盒内。在特别优选的实施方式中，主体部分包含边缘，并且所述盖围绕所述边缘通过热封与主体部分连接。
囊盒包含用于引导囊盒在饮料生产机器内对齐的定向构件。定向构件确保囊盒将以n个固定方向中的任一个在饮料生产机器内对齐，其中n为整数。优选地，n为1、2、3、4、5或6，更优选n为1、2、3或4，仍更优选n为1或2且最优选地n为2。在一些优选的实施方式中，囊盒包含多个定向构件。
优选地，所述定向构件被一体化形成为主体部分的一部分，更优选作为所述边缘的一部分。例如，囊盒底部和/或边缘可具有支点止动装置(fulcrum detents)和/或边缘周边的突出物(protusion)以确保囊盒在饮料生产机器中保持n个固定方向中的任何一个。
为了引导囊盒支撑物在饮料生产机器内的对齐，饮料生产机器包含可与一个或多个定向构件相互作用的囊盒支撑物。例如，在其中定向构件为突出物的实施方式中，囊盒支撑物优选包含适于接受突出物的相应凹口。类似地。在其中定向构件为凹口的实施方式中，则囊盒支撑物优选包含适于与凹口接合的相应突出物。这种布置的优点在于囊盒以固定位置保持在饮料生产机器内。这确保囊盒在代码图案的读取期间是静止的。
应当注意，定向构件不必是突出物或凹口。在一些优选的实施方式中，定向构件可由囊盒本身的形状组成，其中改变囊盒的形状以限制囊盒在饮料生产机器内的定向数量。这最优选通过提供其中将底座部分成形使得它具有有限程度的旋转对称的囊盒来实现。例如，可将囊盒成形使得底座部分具有60°旋转对称(例如，基本上六边形的底座部分)、72°旋转对称(例如，基本上五边形的底座部分)、90°旋转对称(例如，基本上正方形的底座部分)、120°旋转对称(例如，基本上三角形的底座部分)或180°旋转对称(例如，基本上椭圆形或基本上长方形的底座部分)。
在其中定向构件由囊盒的形状组成的实施方式中，相应改变囊盒支撑物以确保它与有形状的囊盒相互作用并且使它在饮料生产机器内保持在静止位置(例如，通过一旦将囊盒插入其中就防止旋转)。例如，如果囊盒的底座部分的形状基本上为六边形，则将改变囊盒支撑物以接受这种囊盒(优选地，通过提供具有基本上六边形凹口的囊盒支撑物，改变所述凹口以接受基本上六边形的囊盒底座)。
囊盒包含标识。标识是结合有代码图案的导电材料区域。代码图案由预定排列的一个或多个在导电材料中形成的不连续部分组成。该编码系统允许囊盒的机器读取，例如，通过饮料生产机器。在囊盒生产期间机器读取也是有用的，特别地关于囊盒的选择和/或包装。
标识可包含任何导电材料。导电材料的优选实例包括金属箔、导电油墨和金属线圈。在特别优选的实施方式中，导电材料为金属箔。在该实施方式中，箔可为任何厚度，尽管具有10至100μm的厚度的金属箔是特别优选的。
在一些优选的实施方式中，囊盒包含多个标识。排列所述一个或多个标识以实现在定向构件指示的固定方向的任何一个中检测囊盒。在优选的实施方式中，囊盒包含多个彼此独立编码的标识。
可将所述一个或多个标识并入囊盒的盖部分或底座或者以标签形式应用于囊盒。为了方便生产，优选盖部分包含所述一个或多个标识。代码图案可位于盖部分上的任何地方。在优选的实施方式中，各个标识位于盖部分的周围。
如上所述，在一些实施方式中，主体部分包含边缘并且优选围绕边缘将盖部分与主体部分连接。同样地，盖部分由外周边缘部分和中心盖部分组成。在这些实施方式中，优选在盖部分中结合各个标识。优选各个标识至少部分地位于外围边缘部分上，以最小化在囊盒包装和运输过程中破坏标识的可能性。更优选地，各个标识完全位于外周边缘部分上。然而，应当注意，还可能使标识完全或部分位于中心盖部分上，尤其当包封在囊盒内的成分不是空气敏感的。
在其中盖部分包含一个或多个标识的实施方式中，盖部分优选包含金属箔，更优选盖部分为聚合物/金属箔层合物，最优选聚合物/铝箔层合物。在结合代码图案之前箔没有必要是光滑的。实际上，为了使盖部分与主体部分的密封受控制(例如，根据密封强度)，优选使箔压印。
优选对称地排列标识。特别地，优选标识具有旋转对称。例如，标识优选具有60°、72°、90°、120°或180°旋转对称，更优选90°、120°或180°旋转对称，最优选180°旋转对称。
囊盒的识别基于电磁感应和金属检测原理。携带交流电和位于标识附近的线圈诱导导电材料中的涡电流。涡电流产生改变线圈阻抗的相反电磁通量。阻抗的变化是导电材料中循环的涡电流的强度和自由度的函数。
导电材料中结合的代码图案包含限制和减弱涡电流强度的不连续部分，由此影响线圈的阻抗。电子检测系统(还称为涡电流传感器)监测线圈阻抗的变化以获得信号。可通过电子和/或软件处理获取信号的其他特征。处理的信号可与有效代码图案或无效代码图案相关。例如，有效代码图案可检验囊盒的完整性或识别囊盒类型(例如，饮料种类、清洁囊盒)，而无效代码图案可表示空白图案、囊盒再使用或仅表示不存在囊盒。
各个线圈被交流电(例如，10mA，约200kHz，并且可能阶段性/脉冲地，以避免交叉耦合干扰)激发。尽管线圈的直径并不关键，但优选不大于10mm，更优选不大于8mm。在一个实施方式中，在电子桥电路中配置线圈并且检测电路包括交流波形发生器(振荡器、处理器输出等)、放大器、滤波器和另外的信号调节。
该检测方法的优点在于，线圈和涡电流传感器不需要与代码图案接触。这意味即使在线圈和代码图案之间有水和/或剩余的饮料成分，识别系统仍工作。为了确保良好的信号分化，优选将线圈和代码图案隔开0至3mm，更优选0至2mm的距离。
为了在广泛的容差范围内运行，优选每个线圈具有低的代码图案数量和粗的图形分辨率。例如，每个线圈各自感应4个图形(A、B、C、D)的2个线圈提供10个识别代码。这足以编码9个不同的机器参数组(例如，9个不同冲泡循环和1个清洁循环)。为了促进通过包含2个线圈的系统的检测，代码图案优选为对称的，并且更优选代码图案具有180°旋转对称。在这样的实施方式中的定向构件优选确保囊盒将在饮料生产机器内以两个可能定向中的任何一个对齐，其中这些定向也具有180°旋转对称。
应当注意，代码图案不需要暴露在囊盒的表面上。例如，代码图案可被层合物覆盖。层合物可为不支持涡电流的任何材料。为了保护代码图案(例如，在囊盒的包装过程中)，优选代码图案被非导电材料层完全或部分覆盖。
在另外的方面中，本发明涉及识别饮料生产机器中的囊盒的方法。所述方法包括：
-对线圈施加交流电，所述线圈放置在所述饮料生产机器中，使得它在所述标识内产生涡电流；
-检测线圈阻抗的变化；
-产生指示线圈阻抗变化的信号；和
-根据信号识别所述囊盒。
该方法实现单一饮料生产机器制备需要不同制备条件的许多不同饮料。在优选的实施方式中，通过比较信号与多个参考信号识别囊盒，每一个参考信号对应于特定类型的囊盒。
特别优选地，囊盒的识别控制饮料生产机器的至少一个参数。例如，至少一个参数可包括调整下列中的一个或多个：冲泡液体(其优选为水)的温度、压力、体积和/或流速。此外或者可替代地，至少一个参数可为空气压力或冲泡时间。还设想，囊盒的识别可确定冲泡液体在饮料生产机器内沿着哪条路径行走。
在将交流电施加于线圈时标识和线圈优选彼此相对静止。该布置允许囊盒被识别而不需要囊盒运动。这减少识别囊盒所需的时间和/或提高识别的准确性。
从卫生角度看，优选囊盒为一次性的。为了防止囊盒再使用，优选一旦已经识别囊盒就将代码图案破坏。例如，可通过刺破一个或多个标识实现代码图案的破坏。
附图
通过示例的方式，本发明的一些实施方式通过附图示例说明，其中：
图1a至1c示出一系列本发明实施方式的囊盒的视图。
图2示出优选的读取模式中图1的囊盒的横截面侧视图。
图3是显示饮料生产机器的基本组件的示意图。
图4a至4j示例说明一系列根据本发明的实施方式的囊盒的俯视图，其中各个囊盒被10种可能的识别代码之一编码。
图5a至5j例示一系列根据本发明的替代实施方式的囊盒的俯视图。
图6例示了许多标识，其中各个标识含有一种可能的代码图案。
图1a至1c示出本发明实施方式的饮料生产机器的囊盒1的三个不同视图。
图1a是包含主体部分2和盖部分3的囊盒1的横截面侧视图。将盖部分3围绕法兰样边缘4与主体部分2连接。主体部分2定义了包封成分6c的隔室5。成分6优选为饮料成分，尽管它还可以是清洁成分。将盖部分3围绕边缘4与主体部分2连接，由此密封囊盒1内的成分6。囊盒1包含两个用于引导饮料生产机器内的囊盒对齐的定向构件7a,7b。在该实施方式中，定向构件7a,7b是在边缘4的下面整体形成的支点止动装置。
图1b是图1a囊盒的俯视图代表。在该实施方式中，盖部分3包含沿着边缘4的内缘的穿孔8以促进成分6从囊盒1中释放。盖部分3包含两个标识9a,9b，其被排列，使得它们具有围绕通过囊盒中心垂直轴的180°旋转对称。每个标识9a,9b是结合代码图案的导电材料区域。在该实施方式中，盖部分3包含导电材料(例如，金属箔，优选为聚合物/铝箔层合物形式)并且代码图案在盖部分3中形成。
图1c是从图1a囊盒的仰视图代表。主体部分2具有圆形底座10和法兰样边缘4。如上所述，在该实施方式中，定向构件7a,7b在边缘4的下面范围内整体形成。在该实施方式中，定向构件7a,7b以对称方式排列，然而事实未必如此并且设想其他实施方式，其中囊盒仅包含单个定向构件或多个以对称或非对称方式排列的定向构件。
图2示出饮料生产机器中的优选读取模式中图1的囊盒的横截面侧视图。在该实施方式中，囊盒1包含配置的两个定向构件7a,7b，使得囊盒仅可以以两个定向中的一个插入饮料生产机器中。饮料生产机器包含两个线圈11a,11b。在交流电施加于线圈时，在导电材料中产生涡电流。如此放置各个线圈11a,11b，在标识中的一个之内产生这些涡电流。这导致线圈阻抗的变化。各个线圈提供指示该阻抗变化的信号，允许根据信号识别囊盒。
图3是饮料生产机器的基本装置的代表。本发明的囊盒1,21可用于这类机器。
饮料生产机器包含囊盒支撑物20，其可接收囊盒21。囊盒包含一个或多个定向构件(未示出)，并且囊盒支撑物与定向构件相互作用以固定囊盒在饮料生产机器内的位置(例如，通过防止囊盒旋转运动的方式)。囊盒另外包含一个或多个标识(未示出)。邻近标识(优选0至2mm)放置两个线圈31a,31b。该排列促进上述囊盒的识别。
饮料生产机器优选包含冲泡室22。通过滤水器24、水泵25、加热器26和阀门27将来自蓄水池23的水供给至冲泡室22。阀门27控制在加热器25和冲泡室22之间取水的途径。为了生产饮料，来自蓄水池23的水优选通过囊盒21进入冲泡室22。气泵28沿着水泵送空气，因此促进囊盒内容物与水的混合。随后，可通过喷口30将饮料分配至容器29(例如，杯子、马克杯(mug))。为了冲洗和/或清洁冲泡室22，阀门27能重新引导水使得它通过冲洗头32进入冲泡室22。
图4a至4j示例说明了一系列根据本发明实施方式的囊盒的俯视图。各个囊盒1具有包含两个经排列以具有180°旋转对称的标识9a,9b的盖部分3，其中各个标识9a,9b是结合四个可能的代码图案A、B、C或D之一的导电材料区域。囊盒包含配置的定向构件7a,7b使得囊盒仅可以以两个定向方式插入饮料生产机器，并且被设计为被包含两个线圈的饮料生产机器读取。因此，代码图案#1(由线圈#1感应的)可为A、B、C或D且代码图案#2(由线圈#2感应的)可独立地为A、B、C或D。因此，该实施方式足以编码10种不同的识别代码，如图4a至4j和表1概述的。各个识别代码可与不同的机器参数组相关。
表1
图5a至5j示例说明了一系列根据本发明替代实施方式的囊盒，其中识别代码再次具有180°旋转对称。囊盒与图4a至4j中示出的那些的不同在于，各个囊盒1包含四个标识9a、9b、9c、9d。各个标识9a、9b、9c、9d是结合四个可能代码图案A、B、C或D之一的导电材料区域。标识具有180°旋转对称，标识9a具有与标识9c相同的代码图案。类似地，标识9b具有与标识9d相同的代码图案。然而，每对标识(9a,9c；9b,9d)独立于其他对进行编码。因此，该实施方式足以与表1类似的方式编码10个不同的识别代码，其各自可与不同的机器参数组相关联。
图6示例说明了许多标识39，其中各个标识结合可能的代码图案。各个代码图案由预定排列的一个或多个在导电材料40中形成的不连续部分组成。不连续部分优选为穿孔41、狭缝42、孔43、缺口(未示出)或其组合。
为了方便，以5组(组1、组2、组3、组4、组5)形式示例说明代码图案，各个组由4个代码图案(图案A、图案B、图案C、图案D)组成。然而，这并不意味着暗示这些组以任何方式是限制性的。例如，可通过从组1中选择所有图案A、B、C和D，或者通过从组2中选择图案A、从组3中选择图案B、从组4中选择图案C并且从组5中选择图案D编译代码图案的组。实际上，任何组合是可能的，只要各个图案A、图案B、图案C和图案D与独特的和可识别的线圈阻抗变化有关。

Claims (15)

1.用于饮料生产机器的囊盒(1,21)，所述囊盒(1,21)包含：
-包封在所述囊盒(1,21)内的成分(6)；和
-多个标识(9a,9b,9c,9d,39)；
其中所述标识(9a,9b,9c,9d,39)是彼此独立编码并且每一个都是结合有代码图案的导电材料区域，所述代码图案由预定排列的一个或多个在导电材料(40)内形成的不连续部分(41,42,43)组成，
并且其中所述囊盒包含用于引导所述囊盒在所述饮料生产机器内对齐的至少一个定向构件(7a,7b)，其中所述至少一个定向构件(7a,7b)引导所述囊盒对齐，使得所述囊盒以n个固定定向中的任一个在所述饮料生产机器中对齐，其中n为1、2、3、4、5或6，
所述标识被排列以具有旋转对称，从而能够在所述至少一个定向构件指示的固定方向的任何一个中检测所述囊盒。
2.如权利要求1所述的囊盒，其中所述囊盒包含主体部分(2)并且所述定向构件(7a,7b)整体形成为所述主体部分(2)的一部分。
3.如权利要求1或2所述的囊盒，其中所述导电材料(40)为金属箔。
4.如权利要求3所述的囊盒，其中所述金属箔具有10至100μm的厚度。
5.如权利要求1所述的囊盒，其中所述多个标识(9a,9b,9c,9d,39)被排列以具有180°旋转对称。
6.如权利要求1或2所述的囊盒，其中所述囊盒包含盖部分(3)并且所述盖部分(3)包含所述标识(9a,9b,9c,9d,39)。
7.如权利要求1或2所述的囊盒，其中所述囊盒包封饮料成分。
8.如权利要求1或2所述的囊盒，其中所述囊盒包封可浸泡饮料成分。
9.如权利要求1或2所述的囊盒，其中所述囊盒包封清洁物质。
10.如权利要求1或2所述的囊盒，其中所述代码图案被非导电材料层完全覆盖或部分覆盖。
11.识别饮料生产机器中的囊盒的方法，所述方法包括：
-提供囊盒(1,21)，其包含：
·包封在所述囊盒内的成分(6)；
·标识(9a,9b,9c,9d,39)，其中所述标识(9a,9b,9c,9d,39)是结合有代码图案的导电材料区域，所述代码图案由预定排列的一个或多个在所述导电材料(40)中形成的不连续部分(41,42,43)组成；和
·引导囊盒在所述饮料生产机器内对齐的定向构件(7a,7b)；
-对线圈(31a,31b)施加交流电，将所述线圈(31a,31b)放置在所述饮料生产机器中使得它在所述标识(9a,9b,9c,9d,39)内产生涡电流；
-检测线圈阻抗的变化；
-产生指示线圈阻抗变化的信号；和
-根据信号识别所述囊盒(1,21)。
12.如权利要求11所述的方法，其中通过将所述信号与多个参考信号进行比较而识别所述囊盒，每一个所述参考信号对应于某种类型的囊盒。
13.如权利要求11或12所述的方法，其中所述囊盒的识别控制所述饮料生产机器的至少一个参数。
14.如权利要求11或12所述的方法，其中在将交流电施加于所述线圈时所述标识和所述线圈彼此相对静止。
15.如权利要求11或12所述的方法，其中所述方法包括随后破坏所述代码图案。
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