CN106659170B

CN106659170B - 用于食品装饰的装置和方法

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Publication number: CN106659170B
Application number: CN201580034965.5A
Authority: CN
Inventors: J·R·H·利奇; J·D·莫利
Original assignee: Unilever NV
Current assignee: Unilever IP Holdings BV
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2020-09-11
Anticipated expiration: 2035-06-02
Also published as: AU2015281211B2; EP3160250B1; CA2953191C; AU2015281211A1; BR112016028133B1; EA201692156A1; CN106659170A; EA032160B1; EP3160250A1; MX2016016368A; US10798949B2; BR112016028133A2; US20170181445A1; WO2015197323A1; TR201802706T4; CA2953191A1

Abstract

本发明提供了一种威化产品装饰装置，包括激光器、准直仪、至少一个检流计驱动反射镜和非球面扫描透镜，所述装置能够相对于待装饰的威化产品定位，其中所述装置被构造为提供激光束，所述激光束具有在待装饰的威化产品表面上的直径为100‑750μm的光斑尺寸，以及实质上平坦的焦平面，其特征在于所述焦平面具有5mm至20mm的景深，以及所述激光束的焦平面高于或低于待装饰的威化产品表面5mm至30mm。本发明还提供了一种装饰威化产品的方法。

Description

用于食品装饰的装置和方法

技术领域

本发明涉及对威化类食品装饰的装置和方法，这类食品包括用于冷冻甜食的可食用容器，例如冰激凌锥筒。特别地，本发明涉及利用激光技术来装饰这种食品的装置和方法。

背景技术

威化深受消费者的喜爱，消费者们发现它是包括烘焙食品、甜食和冷冻产品在内的各种食品中吸引人的一部分。威化能够用于将吸引人的纹理特征、结构和香味添加到产品上成为它们的一部分。威化由主要是面粉、糖、油脂和/或油和水组成的面糊制作而成。一旦混合好上述配料，就将面糊倒在通常为加热到超过200℃温度的金属表面的烘焙盘上。烘焙过程中大部分水被驱散成为水蒸汽。由于威化的含糖量较高，它们在烘焙盘的高温下是相对塑性和柔性的。烘焙之后立即将威化留成扁平状以提供威化片，威化片可以用作产品的夹层或用作产品的表面装饰。或者，通过使用比如心轴的成形元件对柔性的威化成形来制成容器，以形成可食用容器例如卷、壳、杯或锥筒。威化的表面可以是光滑平坦的，但更常见的是具有烘焙盘造成的华夫格纹理，烘焙盘在其表面上具有栅格状结构用以防止威化面糊粘着在表面上。

尽管受到消费者的喜爱，但威化是非常熟知的食品，消费者仍在不断寻找新的食用体验。传统的威化感觉有些过时，不那么吸引人。因此，技术在发展以便通过在表面提供装饰来增强威化产品的外观。这种技术的例子是压印或压花，用于将装饰压印到威化的表面结构内。然而，改变威化的表面会损坏消费者所期望的华夫结构，同时，压花和压印也是费时的工艺，需要在威化在烘焙盘的高温下仍然处于塑性和柔性的同时实施，因此会干扰到后续威化成形(例如形成锥筒形)的步骤。其它的威化装饰方法包括喷涂、喷墨印刷、转印和在威化表面上引入额外的彩色材料和配料的这种技术。然而，这种技术引入添加剂会破坏威化的正常天然成分，会是消费者不能接受的，特别是在儿童食品的情况下。此外，在已成型的威化产品(比如锥筒)上引入装饰并不简单易行，这是因为除了如上所述的华夫格图案之外，这些表面还将被弯曲和倾斜，这些技术将导致进一步出现问题。

因此，需要一种方法，该方法不会遭受与压印和压花相关的问题，并且能够不使用添加剂，通过利用颜色变化或阴影在威化表面上产生装饰。一种不使用添加剂而使威化表面的颜色变化的方法包括烙花法，其中在威化表面施加热压印，从而威化中的碳水化合物和糖分遭受到颜色变化，变成更深的颜色，由此由压印的图案能够产生形成对照的图案或装饰。然而，该方法仍然遇到与传统压印相同的缺陷，例如其仍然是费时的方法，在不改变压印本身的情况下，在改变装饰设计方面没有灵活性，并且也会干扰到后续的威化成形步骤。

还公开了其它的方法，其采用激光技术直接加热威化自身的表面，进一步烹调威化使材料变暗并产生形成对比的图案或装饰。DE3836821和DE3803261公开了利用激光实施的热处理进行表面标记，其中使用掩膜限定待施加的装饰的形状。掩膜包含类似蜡纸的开口，然后施加激光穿过掩膜。当激光穿过开口时，其与产品的表面相互作用，引起加热并因此改变颜色。然而，掩膜或蜡纸的使用限制了所能够实现的装饰——每种不同的设计必须采用不同的掩膜。它们还需要额外的装置和加工步骤以便在激光加热之前将掩膜放置到产品上以及之后将其移除，这导致费用上的增加和生产线速度的下降。此外，不仅需要为每个不同的设计提供不同的掩膜，也需要为要装饰的每个不同产品形状提供不同的掩膜装饰。例如，当装饰扁平的威化时，可以采用扁平的掩膜，而当产品例如为锥形时，则掩膜的形状必须对应于这类产品的弯曲表面和锥形形状。

因此，优选不采用掩膜来装饰产品。现在，激光技术的改进使得在称之为激光雕刻的工艺中可以不利用掩膜来产生特定的图像。激光雕刻装置通常由两个主要部件构成：激光源和控制器。激光源发射激光束，控制器控制待雕刻表面上激光束的运动的方向、强度、速度以及传播。在更为常见的结构中，激光和待装饰表面均固定不动，检流计反射镜使激光束在表面上移动。使用这种技术的激光雕刻能够以光栅模式或向量模式工作。在激光雕刻中，激光接触表面的点为激光的焦点，即待装饰表面定位在激光束的焦平面内侧，在这里激光光斑尺寸最小，能量最大。这种焦点非常小，例如小于50μm，当激光束越过表面时只有焦点内的区域受到影响。激光的能量将位于焦点下的表面加热，随后由于材料的汽化或者由于材料破碎剥落，材料被烧蚀。由于表面材料被烧蚀，必须清除表面上的碎屑以允许激光继续雕刻。由于激光的位置是由控制器确定，因此在激光雕刻过程中不需要掩膜，也不需要向表面增加障碍物来防止激光偏离待装饰的图案。因此这些技术允许以快速、可控的方式产生大范围的细节装饰。然而，激光雕刻通常实施在硬弹性材料上，例如木材、塑料、搪瓷和金属，在不危害原有产品的结构完整性的情况下可以通过烧蚀去除表面的层。然而，容易理解的是威化食品不能抵抗烧蚀，不适合标准的激光雕刻技术，这是因为激光将穿透威化的松脆的结构，产生过烧区域，使威化穿孔，损坏或破坏待装饰的产品。因此需要对这种技术进行本质上的改进才能用于威化食品。

某些技术试图利用激光雕刻类技术加热威化产品表面来产生装饰。WO2006/129078利用变色基底，并公开了通过将激光束导引在待标记的目标区域上来标记目标的方法，其中那些区域至少包括丙二酸盐、葡萄糖酸盐或庚糖酸盐。类似地，WO2006/129086也利用变色基底，并公开了通过将激光束导引在待标记的目标区域上来标记目标的方法，其中那些区域至少包括藻酸盐。US2008/0131563公开了一种包含糖和氨基酸的可食用的涂层，其中在利用激光源辐射时，糖和氨基酸反应，在该可食用的涂层中形成棕色。然而，这些技术都需要采用包含改变颜色的添加剂的额外涂层，破坏了威化的正常天然成分，并且可能不被消费者接受，如上面已经论述的。此外，这些公开都没有解释在不导致任何损坏的情况下如何利用激光技术装饰产品。

JP2006248237涉及一种对观赏物品(例如烘焙的糖果)进行激光束装饰的方法，其中利用激光束辐射表面来制作表面装饰。然而，该方法需要激光是特定配置的，以便在限定的时间内向待装饰表面的限定区域传送限定的能量。因而该装置需要对激光源和控制器仔细校准以便于操作。

上述技术的进一步特征在于待装饰表面被定位在激光束的焦平面内部，从而激光接触表面的点为激光束的焦点。结果是能被装饰的表面区域受到装置的焦平面的尺寸和形状的限制，因此上述技术主要用于平坦的平面。相反地，本发明旨在使用的威化类可食用容器被成形为异构的形状，例如卷、壳、杯或锥筒，其表面可以是弯曲的、凸起的、凹陷的或其它不均匀的形状。此外，这些产品的实际表面通常具有华夫格纹理，这引入了当试图施加装饰时需要进行处理的进一步特征。因此，使用激光类技术装饰具有不平坦或不均匀表面的威化类食品是存在问题的。

DE102006037922涉及一种使用激光束在食品的弯曲表面上标记的装置和方法。该发明的目的是提供一种方法和装置，使得可以从至少两个立体角区域对固定在给定位置的静止的食品进行标记，从而在不必对食品重新定位的情况下在食品的弯曲表面上标记。通过从至少两个立体角区域照亮食品，DE102006037922旨在相对于得到的各种焦平面优化目标表面的位置，使它可以标记目标曲面上更大的相邻区域，特别是在基本呈柱面或球面的情况下。然而，这种披露包含了某些缺点：激光束利用反射镜或棱镜被分成至少2束独立的光束，这导致了散射和效率损失，特别是使用CO₂激光时；额外的棱镜或反射镜引入装置的复杂性；装置只能用于在该装置下被分度和保持静止的产品，这是因为分光器是静态的，不能用于装饰在操作中的移动产品；以及最后，DE102006037922特别披露了待装饰表面定位在分裂的激光束的焦平面内部。如上所述，威化类产品不能抵抗烧蚀，采用DE102006037922中特别指定的聚焦激光束并不适宜，这是因为激光将穿孔威化的松脆的结构，产生过烧区域，穿透威化，损坏或破坏待装饰的产品。

JP2002113585A披露了一种根据任意图像图案的信息在食品表面上立即形成图像图案的方法和装置，并且提供了由该方法制造的食品。根据给定的图像图案使用激光束选择性地辐射食品表面，并在食品表面上形成该图像图案。

DE19646813A披露了借助二氧化碳激光图像投影和塑造系统，在食品上的可食用糊剂的表面上产生图像或图例的工艺，所述食品例如是肉、糕点或糖果以及其它即食食品。该工艺由计算机控制，并留下被扫描向量系统捕获的图像。

DE19851379A披露了一种容纳在封闭箱中的二氧化碳激光器，连同能够从数据库和/或扫描仪中选择各种设计的处理器、用于激光响应于这些输入的驱动器和用于食品(所述食品能够精确地定位在激光器下方)的托架。激光窗口设置在一管的顶部，所述管的下部开口端通常由一板件封闭。在操作中，板被拉到一边，空气通过喷嘴向下吹，并且通过杯状物实施抽吸，从而没有油烟能够进入管中。该设计用于零售商店，员工或消费者能够使用标记，消费者可以通过自动贩卖机支付该服务。该系统能够再现从简单线条到照片的设计范围。

EP1604572A披露了一种借助激光束为熏制食品标记的工艺，所述激光束在程序控制下被引导在熏制食品的表面上，使激光束遵循着待重现的标记的图案，激光束仅作用在位于食品表面的熏制层的颗粒上，不会明显侵蚀到食品本身的表面。

US5897797披露了一种农产品(例如水果和蔬菜)标记系统，其在产品的表层蚀刻出可识别的标记。该系统的第一实施例使用激光器发射高强度光束以形成可识别的标记。该系统的第二和第三实施例使用点阵打印机针头。在第二实施例中，打印机针头的针直接接触农产品的表层，对表层区域蚀刻，形成可识别的标记。在第三实施例中，一导热带部件放置在打印机针头和农产品之间。打印机针头撞击导热带部件，借此在导热带部件上形成热点，这又蚀刻农产品的表层以形成可识别的标记。

因此本发明的目的是利用激光雕刻类工艺在威化类产品上形成装饰。本发明进一步的目的是利用激光雕刻类工艺在威化类产品上形成装饰而没有前述缺陷。本发明另外的目的是利用激光雕刻类工艺在威化类产品上形成装饰，虽然是采用激光雕刻，但不需要对装置进行复杂的再校准。本发明进一步的目的是利用激光雕刻类工艺在具有不均匀或不平坦表面的威化类产品上形成装饰。

发明内容

现在已经发现通过使用特定的装置和工艺能够实现上述目的。因此，在第一方面，本发明提供了一种威化产品装饰装置，其包括激光器、准直仪、至少一个检流计驱动反射镜和非球面扫描透镜，该装置可相对于待装饰产品定位，其中所述装置被构造为提供激光束，所述激光束具有

-在待装饰威化产品表面上的直径为100-750μm的光斑尺寸，以及

-基本平坦的焦平面，

其特征在于

-该焦平面具有5mm至20mm的景深，以及

-该激光束的焦平面高于或低于待装饰的威化产品表面5mm至30mm。

本发明的装置能够在威化类产品上形成精细的、高分辨率的装饰。此外，其能够这样做而不会对威化类产品造成任何损坏。另外，即使表面不是平坦的，例如是锥体的弯曲的、倾斜的表面，该装置也能够在整个待装饰表面形成装饰。

激光器优选是CO₂激光器。

光斑尺寸优选至少150μm，更优选至少250μm，更优选仍至少300μm，最优选至少350μm。光斑尺寸优选至多700μm，更优选至多600μm，更优选仍至多550μm，最优选至多500μm。

威化类产品优选是卷、壳或杯。威化类产品最优选是锥筒。

激光束的焦平面优选在待装饰威化类产品表面之上至少7.5mm处，更优选至少10mm，更优选仍至少12.5mm，再更优选至少15mm。激光束的焦平面优选高于待装饰威化类产品表面至多27.5mm，更优选至多25mm，更优选仍至多20mm，再更优选至多17.5mm。

在一可选实施例中，激光束的焦平面优选在待装饰威化类产品表面之下至少7.5mm，更优选至少10mm，更优选仍至少12.5mm，再更优选至少15mm。在该实施例中激光束的焦平面优选低于待装饰威化类产品表面至多27.5mm，更优选至多25mm，更优选仍至多20mm，再更优选至多17.5mm。

焦平面的景深优选至少为5.5mm，更优选至少6mm，更优选仍至少7.5mm，再更优选至少10mm。焦平面的景深优选至多17.5mm，更优选至多15mm，更优选仍至多12.5mm。

在进一步的方面，本发明提供了一种装饰威化产品的工艺，包括步骤：将威化产品定位在第一方面的装置的下方，操作装置使激光束的焦平面高于或低于待装饰威化类产品表面5mm至30mm，其中激光束焦平面的景深为5mm至20mm。

威化类产品优选是卷、壳或杯。威化类产品最优选是锥筒。

附图说明

图1示出了典型的激光雕刻装置。

图2示出了根据本发明装置的示意性表示。

图3示出了采用根据本发明的装置施加在锥筒上的各种装饰。

具体实施方式

本发明涉及对威化类产品进行装饰的激光技术的使用。威化是常见的食品构成，特别是组合的冷冻甜食的组成部分。威化通常是酥脆、甜美、单薄、干的饼干制品。它们能够被用于在其作为一部分的产品上添加吸引人的纹理特征、结构和味道。威化由主要是面粉、糖、油脂和/或油和水混合成的面糊制作而成。一旦混合好上述配料，就将面糊倒在通常为加热到超过200℃温度的金属表面的烘焙盘上。烘焙过程中大部分水被驱散成为水蒸汽。由于威化的含糖量高，它们在烘焙盘的高温下是相对塑性和柔性的，并能够形成可食用的容器，例如卷、壳和锥筒。可以采用现有技术中已知的方法对威化成形。用威化制成可食用容器的一种方法是通过模制工艺。该工艺包括步骤：将面糊沉积到模具中；将芯插入到模具中，面糊被迫呈现出芯和模具之间的空腔的形状；将模具加热持续一段适宜的时间；在指定时间结束时从模具中取出锥筒。在填料、储存和分配之前优选将制备的容器放置到传送装置上以用于修整、包装和装饰。通过该方法，可以制作各种形状包括但不限于锥形的容器或不同尺寸和外形的杯。另一种制备冰激凌锥筒的方法是滚压法。该方法包括步骤：将面糊沉积到两个烘焙盘之间；在这两个盘之间烘焙出平坦的威化；将该平坦的威化饼输送到滚压装置；将该平坦的威化滚压成圆锥形。用这种方法制作的冰激凌锥筒有时候被称作糖卷锥筒。

威化类产品可以包含45-80wt％的小麦粉。优选的成分包含48-80wt％的小麦粉。更优选的成分包含50-75wt％的小麦粉。进一步优选的成分包含55-70wt％的小麦粉，最优的成分包含58-65wt％的小麦粉。威化类可食用容器还包含重量百分比为15-50％的糖。优选的成分包含至少17％，更优选至少19％，仍更优选至少21％，甚至是至少25％，但优选不超过45％，更优选不超过40％，仍更优选不超过35％，甚至是更优选不超过30％重量的含糖量。还可以包含1至30wt％的食用油。优选的成分包含1-15wt％的食用油。更优选的成分包含1-8wt％的食用油。进一步优选的成分包含1.5-6wt％的食用油。仍然进一步优选的成分包含2-5.5wt％的食用油，最优的成分包含2.5-4.5wt％的食用油。所述食用油可以选自任何已知的来源。食用油优选是C12-C18食用油。食用油优选是棕榈油或椰子油。此外，威化类可食用容器可以包含0-3wt％的卵磷脂。优选的成分包含0.1-2wt％的卵磷脂。更优选的成分包含0.2-0.8wt％的卵磷脂。进一步优选的成分包含0.3-0.7wt％的卵磷脂。仍进一步优选的成分包含0.35-0.65wt％的卵磷脂，最优选的成分包含0.4-0.6wt％的卵磷脂。最后，威化类可食用容器可以包含少量的水。然而，为了在存储过程中保持锥筒的酥脆，该可食用容器优选基本不含水。基本不含水是指不超过3％，更优选不超过2％，仍更优选不超过1％，甚至更优选不超过0.5％，再更优选不超过0.2％，甚至是少于0.1％重量的水。

威化类可食用容器的可选配料包含焦糖，其作为着色剂被添加到可食用容器中。它是一种无定形的深棕色材料，是通过对含糖材料进行仔细控制的热处理而制作出来的，所述含糖材料例如是葡萄糖、转化糖、乳糖、麦芽糖、糖蜜、蔗糖、淀粉水解物和它们的馏分等。高粘度的、几乎呈黑色的糖浆包含颜色成分，这种颜料成分在碳酸饮料、药用和调味萃取物、糖果、汤羹、烘焙制品和大量其它食品中给予了琥珀色阴影。当含有焦糖时，可食用容器优选包含大约0.2wt％的焦糖。威化类可食用锥筒形容器还优选包含盐。盐优选是氯化钠。当含有盐时，锥筒优选包含大约0.2wt％的盐。本发明已经发现激光类技术能够在这种威化上形成装饰。

本发明的装置包括激光器、准直仪、至少一个检流计驱动反射镜和非球面扫描透镜。激光器可以是与有机材料相容的任意适宜的激光器，但在优选实施例中是气体激光器，优选是调谐半导体激光器，更优选是CO₂激光器。激光器优选为25-100瓦特，更优选为30-70瓦特，更优选仍为50-60瓦特，最优选是55瓦特。波长高于3微米以确保它可以吸收在威化类产品的表面上，并且波长少于12微米以保持在激光作用的范围内。在一优选实施例中，波长为6-11.5微米，更优选为8-11微米，最优选为10.6微米。这些波长提供了最佳的表面吸收，这是因为它提高了工艺的效率，然而如果激光通过表面被传递到产品主体中，则会产生表面下加热导致不均匀的着色和装饰，还会导致损害产品的结构，削弱产品的表面和内部结构。此外，这一波长最大化电到激光功率成本。优选采用密封的CO₂激光器，这是因为其具有长的使用寿命，价格低廉以及可靠的气体再循环。由于需要在食品生产环境中操作装置，因此激光器可以容纳在IP54密封的食品级不锈钢壳体中。激光器可以由空气冷却，但由于其在制造环境中的尺寸约束，激光器可以采用水冷以最小的复杂度和尺寸除去来自激光系统的热量。激光器可以是直流激励，但优选是射频激励，这是因为相比于直流激励的激光器，其提供了改善的电极使用寿命。

激光源发射的激光束穿过准直仪，准直仪用于使激光束平行并限制光能的传播。通常使用略凹的反射镜校准来自于激光器的激光以确保功率输出的稳定性。在一优选实施例中，激光束的发散度小于1毫弧度。

激光束由至少一个检流计驱动反射镜控制，优选由两个反射镜控制，这两个反射镜连接两个安装成彼此正交的检流计扫描仪。旋转检流计使反射镜旋转，从而使激光束偏转成两个正交的角度。

在传统的系统中，经过校准的激光束穿过透镜(其适用于CO₂激光器)，将反射镜的这些角运动转化成标记平面上的线性位移。在这些传统的系统中，标记平面是位于透镜下方的平面，激光束在该平面上聚焦成其最小直径。在这些系统中，透镜可以由ZnSe材质的球面凹凸透镜制成，其具有两个球面，其中凹面面向着激光器和检流计扫描系统，凸面面向待装饰的表面。然而，如图1所示，这种透镜产生弯曲的标记平面。由检流计反射镜2控制的激光束1进入传统的透镜3，并沿着如图所示弯曲的焦平面4聚焦。结果是很难对这样的系统校准，以便在待标记平面上形成精确且一致的位置，能够理解到，这是因为除非待标记的表面形状精确地对应于焦平面的形状，否则激光束的强度和形状将会高度变化地越过待装饰表面。图1展示了与装饰简单平面5相关联的问题。能够产生180mm标记区域的球面透镜将具有大约400mm的焦距和可接受的小于0.35弧度半角的扫描角。这种透镜产生的焦平面使得整个标记区域上的高度变化超过3mm，这导致所施加的标记的颜色出现显著的且不能接受的变化。此外，在整个标记区域上聚焦的激光光斑的形状也发生变化。所以，在图1所示的实施例中，A点处的光斑将被聚焦，因此成为具有最小尺寸和最大能量密度的圆形，而位于B点和C点处的光斑则不聚焦，因此具有较低的能量。此外，在该场景下描述的系统中，B点和C点处形成的光斑将呈椭圆形，其长短轴之比高达1:1.2。这进一步增大了激光光斑的面积，使得能量密度下降，并因此导致装饰的质量下降。光斑的椭圆形形状还降低了标记的视觉质量，这是因为在标记区域的边缘处激光产生的线宽在水平轴和竖直轴上不同。能够理解的是，当诸如威化锥筒类产品和类似本发明处理的产品的待装饰表面是非线性的时，这些问题被大大恶化。最后，为了用于装饰本发明处理的威化类产品的易碎结构，传统系统的结构还必须是非常小心地控制。构造为使用标准材料(例如金属、塑料、木材等)的任何系统在用于威化类材料时都将是过于强大的，至少聚焦在图1所示的A点处将导致损坏。

因此本发明采用了一种能够在整个标记平面上提供基本平坦的焦平面的透镜类型。术语焦平面是指激光束聚焦在这样的区域，使得激光光斑输送最大能量密度的90-100％。基本平坦的含义是透镜所形成的焦平面在横跨180mm的标记区域上在高度上的变化至多为1mm，优选至多0.5mm。在本发明的基本平坦的焦平面中，在180mm的标记区域的焦平面中，激光光斑的长短轴的椭圆度比至多1:1.1，优选至多1:1.05。由非球面扫描透镜提供的焦平面相比于传统透镜的具有本质的改善。例如，非球面扫描透镜能够具有增大的0.44弧度半角的扫描角，这使得所需要的透镜焦距减小至300mm，并且在横跨180mm的标记区域，由这种透镜形成的焦平面中的误差高度变化仅为0.5mm，并且长短轴的椭圆度比减小至1:1.05。本发明的装置还利用了聚焦的景深。术语景深是指跨过这样区域的距离，在该区域中激光输送的光斑具有最大能量密度的90-100％。传统的系统仅具有浅的1至2.5mm的景深，待装饰目标定位在该景深中。相反，本发明的装置具有5mm至20mm的更深的景深。

然而，如上所述，对威化产品的激光类装饰提出了独特的挑战，必须要克服该挑战以确保在不损坏产品的情况下实现高质量的装饰。本发明惊奇地发现待装饰的威化类产品的表面必须放置成高于或低于激光束的焦平面5mm至30mm。也就是说当激光接触到待装饰表面时激光实质上是散焦的。

因此本发明的装置利用了这一发现，即若采用特定类型的透镜以及若将待装饰产品放置在激光的焦平面外部5mm至30mm的散焦区域，则能够在不导致结构损坏的情形下向威化实施高质量的装饰，而且该装置可用于装饰不均匀的、弯曲的和非平面的表面。不希望被理论所束缚，确信的是威化产品在焦平面外部的特定定位确保了激光输送的能量足以改变颜色而不会导致进一步的生化变化，否则该生化变化将导致威化产品受到损坏。此外，深的焦平面在诸如锥筒、杯形等形状的产品的整个非平面表面提供能量的均匀分布。

现在参照图2描述本发明，图2示出了本发明装置的一个实施例，其中提供了与上述有机材料相容的激光器6。激光源穿过准直仪7，使激光束平行成发散度优选少于1毫弧度。然后通过一组检流计驱动反射镜8控制激光束，所述检流计驱动反射镜8转动以将激光束偏转呈两个正交的角度。之后激光束穿过一非球面的扫描透镜9，该扫描透镜用于将光束聚焦到基本平坦的焦平面(由虚线A表示)。该装置构造为提供深度为5至20mm的焦平面，其上边界和下边界分别由虚线A’和A”表示。因此激光沿着焦平面A完全聚焦，该焦平面上的光斑具有最小的尺寸和最大能量密度的100％。沿着线A’和A”，激光光斑变大，具有最大能量密度的90％。因此，在图2的表示中，放置在由A’和A”描绘的焦平面的深度内的任何物体都将承受激光光斑的最大能量密度的至少90％。

焦平面的景深为5mm至20mm，也就是说A’和A”之间的距离是5mm至20mm。在一优选的实施例中，焦平面的景深至少为5.5mm，更优选至少为6mm，更优选仍至少为7.5mm，再更优选为至少10mm。焦平面的景深优选至多17.5mm，更优选至多15mm，更优选仍至多12.5mm。

如上所述，待装饰的威化类产品的表面必须定位成高于或低于激光束的焦平面5mm至30mm。在图2所示的情形中，待装饰的威化类产品的表面定位在线A”之下5mm至30mm处。在图2的表示中，待装饰产品是一锥筒10，其沿箭头指示方向从右向左移动而在传送装置11上移动到位。因此锥筒是定位在焦平面下方，与锥筒表面相互作用的激光束发散远离焦点，在待装饰威化类产品的表面上形成的光斑尺寸为100至750μm。光斑尺寸优选为至少150μm，更优选为至少250μm，更优选仍为至少300μm，最优选为至少350μm。光斑尺寸优选至多700μm，更优选至多600μm，更优选仍至多550μm，最优选至多500μm。当光斑尺寸增大时，能量减少。因此，在待装饰威化类产品的表面上的激光光斑的能量密度小于最大能量密度的90％，更优选小于89％，更优选仍小于87.5％，再更优选小于85％，最优选小于80％。待装饰威化类产品的表面上的激光光斑的能量密度优选大于25％，更优选大于50％，更优选仍大于75％。在图2的表示中，定位在线A’或A”表示的区域之上或之下5mm至30mm处的待装饰的表面将承受小于激光光斑最大能量密度的90％。

相比于传统的激光蚀刻技术，本发明的装置在待装饰威化类产品的表面上形成了较大的激光束光斑。该光斑尺寸的直径为100至750μm。该激光束光斑不必是完美的圆形，一定程度的椭圆度是可以接受的。当激光光斑显示出一定程度的椭圆度时，在正被装饰表面上激光光斑的最长直径处测量激光光斑的直径。光斑尺寸优选为至少150μm，更优选为至少250μm，更优选仍为至少300μm，最优选为至少350μm。光斑尺寸优选至多700μm，更优选至多600μm，更优选仍至多550μm，最优选至多500μm。

因此应当理解的是，本发明采用的参数远远超出了传统激光装饰技术的规范，包括采用较大的激光光斑尺寸，以及将待装饰表面实际定位在激光的焦平面外部。然而，已经发现这些特征确保了所述装置能够在威化类产品上提供高分辨率的细节装饰。此外，在不损坏酥脆的威化表面的情形下形成装饰，并且所述装置能够用来装饰任意形状的威化类产品包括平坦的表面，但是特别适用于装饰非平面的表面，所以威化类产品可以是卷、壳、杯、锥筒等。

在使用中，待装饰的威化类产品定位在装置下方。可以采用任何适宜的装置来定位产品，例如机械臂、分度器或传送带。激光器构造成提供波长大于3微米、小于12微米的激光束。在一优选实施例中，波长为6-11.5微米，更优选为8-11微米，最优选为10.6微米。激光束穿过准直仪，变成平行的从而限制光能的传播，如此激光束的发散度优选小于1毫弧度。然后通过至少一个检流计驱动反射镜控制激光束的运动，所述检流计驱动反射镜使激光束偏转呈两个正交的角度，并因此控制激光束在待装饰表面上的运动。激光束聚焦穿过非球面扫描透镜，该非球面扫描透镜用于使激光束聚焦在深度为5至20mm的基本平坦的焦平面上。

然后将待装饰威化类产品的表面定位在激光束的焦平面之上或之下5mm至30mm处。在图2的表示中，待装饰产品是一锥筒10，其沿箭头指示的方向从右向左移动而在传送装置11上移动到位。在该实施例中，锥筒定位在焦平面下方，因此与锥筒表面相互作用的激光束发散远离焦点。在一可选实施例中，当被装饰的威化类产品表面定位在焦平面上方时，所述激光束会聚。在任一实施例中，激光束都在待装饰的表面上提供100至750μm的光斑尺寸。

通过对控制器编程，使反射镜移动激光束穿过特定的路径，如此提供不同的图案。能够仔细地调整激光束的路径以实现能量的一致输送，由此整个装饰产生一致的颜色变化。例如，应避免交叉路径以确保正在装饰的表面区域只暴露于激光一次，从而所有的材料区域都受到相同量的激光能量的影响。此外，本发明的装置可以用于装饰在装置下方分度的物体——即该物体定位在装置的下方并且是静止的，同时反射镜使激光束扫描整个表面以形成装饰。可选的并且有利的是，所述装置可用于在物体被操作时顺便装饰物体，即物体在装置下方连续通过，控制反射镜使激光同时跟踪物体并扫描整个表面以形成装饰。

现在结合以下非限制性实施例进一步描述本发明。

实施例

根据表1给出的配方制备面糊，并形成含糖的锥形卷筒，所述锥形卷筒在其顶部具有大约50mm的最宽直径，长度约为250mm。

配料	wt％
		小麦粉	35.46
马铃薯淀粉	1.88
		蔗糖	15.53
盐	0.56
		椰子油(全精炼)	14.35
香子兰香精	0.05
		向日葵卵磷脂	0.23
焦糖糖浆(57％的总固体量)	0.38
		水	31.57

表1---威化的面糊成分

采用的激光器为Razor 55W激光标记系统：CDRH级别IV，为CO₂激光器类型，最大平均输出功率为55W，波长为10.6·m的已调制的CW，功率稳定性±5％，模态质量(M2)＜1.2，工作频率&占空比0-25kHz，标记速度5000mm.s-1，光束轮廓TEM00*，水冷源自Electrox，Avenue One，The Business Park,Letchworth Garden City,Hertfordshire SG6 2HB,United Kingdom。采用数控15mm高速检流计，来源于II-VI Infrared，375SaxonburgBlvd.，Saxonburg，PA。所述激光器壳体为NEMA12&IP 55，利用一体的共振器防尘密封来密封。

透镜为平场300mm透镜，其提供直径为210mm的标记区域。焦平面距离透镜约为310mm，焦深约15mm。锥筒设置在以6m/min的速度移动的传送装置上，并定位在焦平面下方约20mm处。在这一构造中，待装饰产品表面上的光斑尺寸的直径约为400μm。锥筒上待装饰区域测量约为25mm×25mm。

使用本装置在锥筒上装饰出各种装饰，如图3所示，能够看到本发明的激光类技术能够在不使用颜色变化添加剂的情况下在威化类产品上产生装饰。此外，该装置能够在具有不平坦的、弯曲的、倾斜的和渐细的表面的锥筒食品上形成一致地详细的、高分辨率的装饰。此外，该装置能够在这些威化锥筒产品上形成装饰而不会对表面造成任何损坏。

Claims

1.一种威化产品装饰装置，包括激光器(6)、准直仪(7)、至少一个检流计驱动反射镜(8)和非球面扫描透镜(9)，所述装置能够相对于待装饰的威化产品定位，其中所述装置被构造为提供激光束，所述激光束具有

-在待装饰的威化产品表面上直径为100-750μm的光斑尺寸，以及

-实质上平坦的焦平面，

其特征在于

-所述焦平面具有5mm至20mm的景深，以及

-所述激光束的焦平面高于或低于待装饰的威化产品表面5mm至30mm。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述激光器是CO₂激光器。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述光斑尺寸的直径为150μm至700μm。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述光斑尺寸的直径为250μm至600μm。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其中威化类产品是锥筒。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述激光束的焦平面高于待装饰的威化类产品表面7.5mm至27.5mm。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述激光束的焦平面低于待装饰的威化类产品表面7.5mm至27.5mm。

8.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述焦平面的景深为5.5mm至17.5mm。

9.一种装饰威化产品的方法，包括步骤：将威化产品定位在如权利要求1-8中任一项所述的装置的下方，并且操作所述装置使得所述激光束的焦平面高于或低于待装饰的威化产品表面5mm至30mm，其中所述激光束的焦平面的景深为5mm至20mm的深度。

10.根据权利要求9所述的方法，其中威化类产品是锥筒。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述激光束的焦平面高于待装饰的威化类产品表面7.5mm至27.5mm。

12.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述激光束的焦平面低于待装饰的威化类产品表面7.5mm至27.5mm。

13.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述焦平面的景深为5.5mm至17.5mm。