CN111655093B - 用于制备和分配饮料的机器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制备和分配饮料的机器，该饮料是诸如茶、咖啡、巧克力热饮、巧克力冷饮、奶、汤或婴儿食品，该机器包括：胶囊识别模块，该胶囊识别模块用于识别在胶囊识别位置处插入所述机器中的胶囊，该胶囊识别模块包括用于捕获处于所述胶囊识别位置的所述胶囊的至少一部分的图像的相机；其中该胶囊识别模块包括用于捕获处于胶囊识别位置的胶囊的至少一部分的图像的相机、以用于照亮所述胶囊识别位置处的胶囊的至少一个光源例如至少一个LED，其中胶囊识别模块包括用于将至少一个光源的光朝向胶囊识别位置漫射的漫射体。

Description

用于制备和分配饮料的机器
技术领域
本发明领域涉及使用具有待制备饮料的配料的胶囊的饮料制备机器。本发明领域具体地涉及使用胶囊并且被配置为自动识别插入机器的胶囊类型以便例如使饮料制备参数适应所识别出的胶囊类型的饮料制备机器。
出于本说明书的目的，“饮料”意在包括任一种可供人类食用的液体物质，诸如茶、咖啡、巧克力热饮或冷饮、奶、汤、幼儿食品等。“胶囊”意在包括置于封闭包装，尤其是气密包装内的任一种预先分份的饮料配料，诸如调味配料，封闭包装由任一种材料制成(例如塑料包装、铝包装、可回收包装和/或可生物降解包装)并且可为任意形状和结构，包括容纳配料的柔软荚包或刚性储盒。胶囊可容纳用于制备单份饮料或多份饮料的一定量的配料。
背景技术
某些饮料制备机器使用胶囊，该胶囊容纳待提取或待溶解的配料，和/或在饮料制备机器中储存和自动定量投放的配料，或者在制备饮料时添加的配料。一些饮料机具有填充装置，该填充装置包括用于通常为水的液体的泵，其用来泵送来自水源的液体，这种液体是冷的或实际上通过加热装置例如加热块等来加热。
尤其是在咖啡制备领域中，已广泛开发了多种机器，其中容纳饮料配料的胶囊插入在泡制装置中。
已开发出便于插入“新鲜”胶囊和移除使用过的胶囊的泡制装置。通常，泡制装置包括两个部件，这两个部件能够从用于插入/移除胶囊的构型相对移动到用于泡制胶囊中的配料的构型。
可手动致动泡制装置的可移动部件，如在WO 2009/043630、WO 01/15581、WO 02/43541、WO 2010/015427、WO 2010/128109、WO 2011/144719和WO 2012/032019中有所公开。各种手柄构型在EP 1867260、WO 2005/004683、WO 2007/135136、WO 2008/138710、WO2009/074550、WO 2009/074553、WO 2009/074555、WO 2009/074557、WO 2009/074559、WO2010/037806、WO 2011/042400、WO 2011/042401和WO 2011/144720中有所公开。WO 2009/074550、WO 2011/144719、EP2014195046、EP2014195048和EP2014195067中公开了将此类布置结构集成到饮料机中。
泡制装置的活动部件可通过电机来致动。例如，EP 1 767 129中公开了此类系统。在该案例中，用户不必手动开启或关闭泡制装置。泡制装置具有胶囊插入通道，该通道设置有经由开关而组装到泡制装置的可移动部件的安全门，以用于在通道关闭期间检测手指出现在通道中的不期望情况，并且防止手指受到挤压伤害。WO 2012/093107和WO 2013/127906中公开了用于胶囊插入通道的另选盖。WO 2012/025258、WO 2012/025259和WO2013/127476中公开了不同的机动化系统。
为了允许用户与此类机器交互以向机器提供操作指令或从其获得反馈，本领域已经公开了各种系统，例如在以下参考文献中所提及的：AT 410 377、CH 682 798、DE 44 29353、DE 202 00 419、DE 20 2006 019 039、DE 2007 008 590、EP 1 448 084、EP 1 676509、EP 08155851.2、FR 2 624 844、GB 2 397 510、US 4,377,049、US 4,458,735、US 4,554,419、US 4,767,632、US 4,954,697、US 5,312,020、US 5,335,705、US 5,372,061、US5,375,508、US 5,645,230、US 5,685,435、US 5,731,981、US 5,836,236、US 5,959,869、US6,182,555、US 6,354,341、US 6,759,072、US 2007/0157820、WO 97/25634、WO 99/50172、WO 2004/030435、WO 2004/030438、WO 2006/063645、WO 2006/090183、WO 2007/003062、WO2007/003990、WO 2008/104751、WO 2008/138710、WO 2008/138820、WO 2010/003932、WO2011/144720和WO 2012/032019。
为了便于操作机器，可以自动识别供应到机器的胶囊，并且然后自动操纵并提取胶囊，如例如WO 2012/123440中所公开的那样。
仍然需要通过可靠地自动识别胶囊的机器来改善饮料分配。
发明内容
本发明涉及用于制备饮料的机器。饮料制备机器可为家用或非家用机器。
该机器可用于制备咖啡、茶、巧克力、可可、奶、汤、幼儿食品等。
饮料制备通常包括混合多种饮料配料，例如水和奶粉；和/或冲泡饮料配料，诸如用水冲泡研磨咖啡或茶。此类配料中的一种或多种可以松散和/或团聚粉末形式和/或以液体形式、具体地以浓缩物形式提供。载液或稀释剂液体(例如，水)可与此类配料混合以形成饮料。通常，根据用户要求形成并分配预定量的饮料，该预定量对应于一部分(例如一份)。此部分的体积可在25mL至200mL的范围内，甚至多达300mL或400mL，例如装满杯子的体积，具体取决于饮料的类型。形成并分配的饮料可选自芮斯崔朵特浓咖啡(ristrettos)、浓缩咖啡(espressos)、lungo咖啡、热牛奶咖啡(cappuccinos)、拿铁玛奇朵(lattemacchiato)、拿铁咖啡(cafélatte)、美式咖啡(americano coffees)、茶等。具体地，咖啡机可被配置为分配浓缩咖啡，例如每份的可调体积为20ml至60ml；和/或用于分配lungo咖啡，例如每份的体积在70ml至150ml的范围内。
本发明的机器具有提取单元，该提取单元用于提取提取室中的饮料配料胶囊以形成饮料。该单元具有第一部件和第二部件，该第一部件和该第二部件能够在用于将胶囊插入到提取室中和/或从提取室移除胶囊的远离位置与用于在提取室中固定和提取此类胶囊的靠近位置之间相对地移动。在靠近位置，第一部件和第二部件通常界定提取室。
胶囊可包括胶囊主体，例如大致直的、锥形的或圆盘形的主体。胶囊可以具有从周边部分例如胶囊主体的边缘或表面延伸的圆形的周边环形凸缘，例如柔性或刚性凸缘。胶囊可容纳用于制备茶、咖啡、巧克力热饮、巧克力冷饮、牛奶、汤或婴儿食品的风味配料。
第一部件和第二部件中的至少一个部件可界定用于接收例如胶囊内的配料的腔，诸如锥形腔(例如圆锥形或金字塔形腔)或直腔(例如圆柱形或梯形腔)或圆盘形腔。此类腔可沿着与第一部件和第二部件的相对移动方向大致共线的轴线延伸。随后由此类腔在一侧界定提取室。
这些第一部件和第二部件中的另一部件可由另一个腔界定和/或包括提取板，诸如设置有用于打开胶囊的流通面的穿刺元件的板或者用于与胶囊的预先打开的或自打开式流通面配合的非侵入性板。
WO 2008/037642和WO 2013/026843中公开了提取单元的示例。
这些部件中的至少一个部件可具有胶囊开启器，例如一个或多个胶囊刺穿器。
胶囊还可包括自打开机构。例如，CH 605 293和WO 03/059778中公开了自打开式胶囊。
当使用封闭胶囊时，第一部件和第二部件可包括胶囊开启器，诸如刀片和/或撕开工具，例如具有撕裂轮廓的板，例如从NespressoTM机器已知的或者在EP 0 512 470、EP 2068 684和WO 2014/076041以及其中引用的参考文献中公开的具有撕裂轮廓的板。
部件中的至少一个部件可具有开口，以供要与此类胶囊中容纳的配料混合的液体流入。
该机器包括用于控制提取单元提取此类胶囊的控制单元。该控制单元可通过电源例如经由电线供电。
该机器具有出口，该出口用于将通过提取此类胶囊形成的饮料分配到位于容器放置区域中的用户容器，诸如杯子或马克杯。
调味饮料的制备方式可为：将诸如水之类的载液循环(使用液体驱动器，例如泵)到胶囊中，以通过例如沿着提取方向暴露于保持在胶囊中的调味配料来给液体调味，所述提取方向可大致平行于第一部件和第二部件的相对移动方向或者大致平行于提取的纵向或中心方向。
例如，用户容器可被放置在容器支撑件上以收集饮料。
容器支撑件可通过此类机器所在的外部放置支撑件来形成。
容器支撑件可由机器包括的支撑件形成，例如可移动或可移除的机器支撑件。
容器放置区域可与用于支撑位于出口下方的此类用户容器的机器容器支撑件相关联。该支撑件可以与滴盘相关联，例如支撑该支撑件的滴盘；和/或能够在出口下方相对于外壳垂直地移动和/或在出口下方相对于外壳远离移动，从而能够在出口下方放置不同高度的用户容器。合适的容器支撑件的示例在EP 0 549 887、EP 1 440 639、EP 1 731065、EP 1 867 260、US 5,161,455、US 5,353,692、WO 2009/074557、WO 2009/074559、WO2009/135869、WO 2011/154492、WO 2012/007313、WO 2013/186339、WO 2016/096705、WO2016/096706和WO 2016/096707中有所公开。
在实施方案中，出口可固定到以下部件或由以下部件形成或安装到以下部件上或安装到以下部件中：
-机器头，该机器头具有其中出口位于容器放置区域上方的展开位置以及其中出口回缩到外部机器主外壳内的塌缩位置，诸如通过第一部件和第二部件中的至少一个部件或通过由控制单元控制的致动器驱动以向内进入和向外离开主外壳的机器头；和/或
-可移动的饮料引导件，该可移动的饮料引导件具有将饮料分配到容器放置区域的饮料分配构型和阻止将饮料分配到容器放置区域的饮料止挡构型，例如通过将残余饮料从引导件经过引导件边缘排出到废物容器，诸如通过第一部件和第二部件中的至少一个部件或通过一个(或上述)机器头或通过由控制单元控制的致动器在分配构型与止挡构型之间驱动的饮料引导件。
例如，该机器设置有机器头，如WO 2017/037212和WO 2017/037215中所公开的那样。
EP 1867260、WO 2009/074559、WO 2009/135869、WO 2010/128109、WO 2011/086087、WO 2011/086088、PCT/EP2017/050237和WO 2017/037212中公开了用于实施本发明的合适的废物容器的示例。
定向液体引导件可以完全限定于主体和/或机器头中。
WO 2006/050769、WO 2012/072758、WO 2013/127907、WO 2016/083488和WO 2017/037212中公开了适合的或适于实施本发明的定向液体引导件的细节。
提取单元可包括用于将胶囊进给到提取室的胶囊进料器，该进料器具有胶囊分配器，该胶囊分配器具有从进料器朝向提取室释放此类胶囊的释放构型以及保持此类胶囊远离提取室的保持构型。
胶囊分配器可由机械和/或磁性胶囊门形成，诸如例如具有与此类胶囊的外部形状的至少一部分互补并匹配的形状的胶囊保持器。
该胶囊保持器可具有能够在阻碍朝向提取室转移的位置与无碍朝向提取室的转移的位置之间移动的胶囊门，诸如可枢转的和/或可平移的胶囊门。
该胶囊保持器可具有用于从保持构型变为释放构型或从释放构型变为保持构型的致动器，诸如由控制单元控制的致动器。
该胶囊保持器可由提取单元的第一部件和/或第二部件的至少一部分形成，例如，当第一部件和第二部件处于靠近位置时和/或当它们处于远离位置与靠近位置之间的中间位置时，由阻碍胶囊朝向提取室转移的第一部件和/或第二部件的表面和/或边缘形成。该胶囊保持器随后与提取单元的第一部件和第二部件同时被致动。
在朝向提取室释放胶囊之后，该胶囊分配器可立即从释放构型变为保持构型，使得仅在需要释放胶囊时提供朝向提取室的通道。
胶囊进料器可包括用于将此类胶囊引导至提取室呈预定胶囊取向以使其进入提取室的通道，诸如与胶囊固定器相关联的通道，该胶囊固定器用于在将第一部件和第二部件相对地移动到其靠近位置之前将此类胶囊固定在处于远离位置的第一部件与第二部件之间。
第一部件和第二部件(以及任选的胶囊引导通道)与配料胶囊之间的相互作用可为WO 2005/004683、WO 2007/135135、WO 2007/135136、WO 2008/037642和WO 2013/026856中所公开的类型。
当第一部件和第二部件处于远离位置或朝向远离位置移动时，控制单元可控制胶囊分配器从进料器释放此类胶囊，以便当第一部件和第二部件返回其靠近位置时使此类胶囊进入提取室。
当第一部件和第二部件为以下情况时，控制单元可控制胶囊分配器将此类胶囊保持在进料器中并远离提取室：
-处于靠近位置或相对地移动到该靠近位置；或
-处于远离位置并即将相对地移动到靠近位置，以便当此类胶囊从分配器释放的话为该胶囊留出的时间不足以在第一部件和第二部件到达靠近位置之前将胶囊接收到提取室中。
胶囊进料器可包括连接到控制单元的胶囊传感器或与该胶囊传感器相关联，控制单元被配置为当胶囊传感器感测到胶囊分配器上或该胶囊分配器处无此类胶囊时，使该胶囊分配器进入或保持其保持构型。例如在WO 2012/123440、WO 2014/147128、WO 2015/173285、WO 2015/173289、WO 2015/173292、WO 2016/005352和WO 2016/005417中公开了胶囊传感器的示例。
控制单元可被配置为控制致动器，使得在预定的时间段之后第一部件和第二部件被致动器移动：从靠近位置移动到远离位置以及从远离位置移动到靠近位置，该预定的时间段例如从饮料制备触发事件开始，诸如例如胶囊检测、胶囊识别、用户致动机器的用户界面等或它们的组合，例如预定的时间段在3秒至15秒的范围内，诸如5秒至12秒，例如7秒至10秒。
EP 1767129、WO 2012/025258、WO 2012/025259、WO 2013/127476和WO 2014/056641中公开了由致动器(例如，马达)相对地移动的此类部件的示例。
例如，该第一部件和第二部件能够大致沿着竖直轴线由致动器从靠近位置相对地移动到远离位置和/或反之亦然。
该机器可包括用于将液体例如水供应到提取室中的液体供应器，该液体供应器连接到控制单元并受其控制以将此类液体供应到提取室中以及中断此类供应，中断此类供应的操作自动地和/或经由连接到控制单元的用户界面手动地执行，和/或在由检测布置结构检测到此类容器的移除时执行。例如，液体供应器包括以下各项中的一者或多者：所述液体的源，诸如液体储罐或用于连接到外部液体提供器的液体连接器；用于将此类液体引导至提取室的一个或多个液体管；用于将此类液体驱动到提取室中的液体驱动器，诸如泵，例如电磁泵(往复式活塞泵)或蠕动泵或隔膜泵；以及用于热调节此类液体的热调节器，例如加热器和/或冷却器，诸如直列式热调节器，例如直列式流量调节器。
WO 2016/005349、EP2015194020.2、PCT/EP2017/050237以及其中引用的参考文献中公开了合适的液体源的示例，例如储罐或连接器。
热调节器可以是热水器、加热块或按需加热器(ODH)，例如EP 1 253 844、EP 1380 243和EP 1 809 151中公开的ODH类型。
泵及其在饮料机中的结合的示例在WO 2009/150030、WO 2010/108700、WO 2011/107574和WO 2013/098173中有所公开。
控制单元可被配置为控制液体供应器，以便：
-在第一部件和第二部件在部件从远离位置移动到靠近位置时，当第一部件和第二部件已经到达它们的靠近位置并且胶囊容纳在胶囊提取室中时，将所述液体自动供应到所述提取室中，以便将所述液体与胶囊中容纳的配料混合并形成经由出口分配的饮料，该过程任选地在通过一个(或上述)胶囊传感器感测到将此类胶囊供应到该单元之后执行；和/或
-在第一部件和第二部件已经到达其靠近位置并且提取室中未容纳任何胶囊时，将该液体自动供应到所述提取室中，以便冲洗或清洁单元的至少一部分和任选的出口，液体供应器例如被配置为在冲洗或清洁温度下供应液体，该冲洗或清洁温度与此类液体例如通过泡制来形成饮料的温度不同。
在一个具体实施方案中，还设想递送冷冻或凉爽的饮料。
控制单元可被配置为控制液体供应器以在第一部件和第二部件已经到达其靠近位置并且提取室中未容纳任何(例如被检测到或被识别的)胶囊时不将液体自动供应到提取室中。例如，控制单元被配置为控制液体供应器，以在连接到控制单元的用户界面上感测到对应的手动用户输入时将液体供应到提取室中。
控制单元可具有提取结束管理程序，该提取结束管理程序在液体供应被中断时(例如，当预定提取过程结束或被检测为有故障时)自动运行，以执行以下操作：
-将第一部件和第二部件立即相对地移动到其远离位置，以便从第一部件与第二部件之间移除任何胶囊；或
-使第一部件和第二部件在靠近位置保持预定时间段(例如在1秒至5秒诸如2秒至3秒的范围内)，以允许手动请求(例如经由连接到控制单元的用户界面)以经由液体供应器将额外量的液体供应到提取室中，以及在预定时间段内不存在此类手动请求时，将第一部件和第二部件相对地移动到其远离位置，以便从第一部件与第二部件之间移除任何胶囊，例如将此类胶囊移入由一个(或上述)废物容器形成的旧胶囊收集器中。
例如，在将第一部件和第二部件移动到其靠近位置之前，这些部件可在预定时间段保持进入其远离位置，诸如在1秒至6秒例如2秒至4秒的范围内的时间段，从而允许先将新胶囊插入在第一部件与第二部件之间，然后再将其相对地移动到其靠近位置，并且新胶囊容纳在提取室中以供提取新胶囊。
因此，用户可请求将两份(或多份)饮料(例如，双份浓缩咖啡)分配到同一用户容器中。
根据本发明，用于制备和分配饮料诸如茶、咖啡、巧克力热饮、巧克力冷饮、奶、汤或婴儿食品的机器包括：
-提取单元，该提取单元用于提取饮料配料胶囊以形成饮料，例如具有第一部件和第二部件的单元，该第一部件和第二部件能够在用于插入和/或移除胶囊的远离位置与用于固定和提取此类胶囊的靠近位置之间相对地移动，靠近位置是诸如其中第一部件和第二部件界定提取室的靠近位置，任选地所述部件中的至少一个部件具有胶囊开启器，例如一个或多个胶囊刺穿器，并且/或者所述部件中的至少一个部件具有开口，以供要与此类胶囊中容纳的配料混合的液体流入；
-控制单元，该控制单元用于控制提取单元提取此类胶囊，诸如由电源例如经由电线供电的控制单元；
-出口，该出口用于将通过提取此类胶囊形成的饮料分配到位于容器放置区域中、诸如位于容器支撑件上的用户容器，诸如杯子或马克杯，以收集所述饮料，该容器支撑件例如是此类机器所在的外部放置支撑件，或机器支撑件，例如可移动或可移除的机器支撑件，
-胶囊识别模块，用于识别在胶囊识别位置处插入机器中的胶囊，该胶囊识别模块包括用于捕获处于胶囊识别位置的胶囊的至少一部分的图像的相机，
-用于照亮胶囊识别位置处的胶囊的至少一个光源，例如至少一个LED，
其中胶囊识别模块包括用于将至少一个光源的光朝向胶囊识别位置漫射的漫射体。
优选地，漫射体形成从相机延伸到胶囊识别位置的锥形腔，其中该腔优选地朝向胶囊识别位置开口。漫射体例如形成基本上圆锥形的腔。另选地，漫射体形成半椭球形腔。
在实施方案中，漫射体包括结构化内表面以便改善光在所述内表面内的漫射。
机器优选地还包括用于将来自至少一个光源的光引导至漫射体的光导。光导例如包括用于将来自至少一个光源的光引导至漫射体的至少一个光引导突出部。
漫射体优选地被配置为防止来自至少一个光源的光直接反射在位于胶囊识别位置处的胶囊上。
使用根据本发明的漫射体能够避免来自光源的光在位于胶囊识别位置处和/或胶囊识别模块中的胶囊上的反射，这种反射可能导致胶囊的照亮故障，从而可能导致胶囊识别故障。因此，使用根据本发明的漫射体能够提高饮料制备机器的整体可靠性，具体地是胶囊识别模块的整体可靠性。
附图说明
现在参照示意图描述本发明，其中：
-图1是根据本发明的机器的透视图；
-图2是根据本发明的一个实施方案的胶囊识别模块的剖视图；
-图3是图2的胶囊识别模块的分解图；
-图4是根据本发明的另一个实施方案的胶囊识别模块的剖视图；
-图5是图4的胶囊识别模块的分解图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的饮料机1的示例性实施方案，该机器用于制备和分配饮料，诸如茶、咖啡、巧克力热饮、巧克力冷饮、奶、汤或幼儿食品。配料可以配料胶囊的形式供应，例如在上述标题为“技术领域”部分中描述的类型。
机器1包括用于提取饮料配料胶囊以形成饮料的提取单元。提取单元例如具有第一部件和第二部件，该第一部件和第二部件优选地位于机器外壳内部，因此在图1中不可见，并且可在用于插入和/或移除胶囊的远离位置与用于固定和提取胶囊的靠近位置(诸如第一部件和第二部件界定提取室的靠近位置)之间相对地移动。例如，部件中的至少一个部件具有胶囊开启器，例如一个或多个胶囊刺穿器，并且/或者部件中的至少一个部件具有开口，以供要与胶囊中容纳的配料混合的液体流入。
机器1包括优选地位于机器外壳内部的控制单元，以用于控制提取单元提取胶囊。控制单元可由电源(例如，以经由电线的已知方式)或由直流电源(例如电池，诸如汽车电池或便携式电池或机器电池)供电。
机器1具有出口16，该出口用于将通过提取此类胶囊形成的饮料分配到位于容器放置区域17的用户容器(未显示)，诸如杯子或马克杯，以收集饮料。
在实施方案中，出口16例如固定到机器头部10或由机器头部形成或安装到机器头部上或安装在机器头部中，其中出口16位于容器放置区域17上方。
提取单元包括致动器，该致动器被配置为使第一部件和第二部件在其相对远离位置与相对靠近位置之间相对地移动。致动器连接到机器的控制单元并受其控制，以使第一部件和第二部件相对地移动。
控制单元连接到用于启动和/或控制提取单元的输入装置。根据本发明，输入装置包括例如用户界面3，例如触摸屏。
参考图2，提取单元可包括用于将胶囊进给到提取室的胶囊进料器2，以及用于识别进给到提取室的胶囊类型的胶囊识别模块4。胶囊识别模块4例如在胶囊处于胶囊进料器2内的胶囊识别位置20时并且在其进给到提取室之前识别此类胶囊的类型，提取室未在图中示出并且例如位于胶囊识别位置20下方。
机器优选地还包括胶囊传感器，例如机械和/或光学传感器(未示出)，以用于感测接近和/或位于胶囊识别位置20的胶囊的存在。
胶囊进料器2可具有保持装置(未示出)，以将胶囊保持在胶囊识别位置20处。保持装置通常具有释放构型和保持构型，释放构型用于例如在重力作用下将胶囊从胶囊识别位置20朝向提取室释放，保持构型用于将胶囊远离提取室例如在提取室上方保持在胶囊识别位置20。
胶囊进料器2可具有通道，该通道用于将胶囊引导至提取室进入预定胶囊取向，以使其通过胶囊识别位置进入提取室。通道例如包括引导沟槽21，在胶囊行进通过通道的同时，胶囊的凸缘插入引导沟槽中，从而将胶囊保持在预定取向，预定取向优选地适于胶囊识别模块4识别胶囊和/或将胶囊插入提取室。
当提取单元的第一部件和第二部件处于远离位置或当它们朝向远离位置移动时，控制单元可控制保持装置以从胶囊识别位置20释放胶囊，以便当第一部件和第二部件返回它们的靠近位置时使胶囊进入提取室。保持装置例如包括提取单元的第一部件和/或第二部件的表面和/或边缘。
胶囊识别模块4优选地连接到控制单元，并且被配置为识别位于胶囊识别位置20的胶囊的预定胶囊类型中的类型。
如下文进一步更详细地解释，胶囊识别模块4通过捕获所述胶囊的图像并将其作为输入进给到经训练的神经网络计算装置来识别胶囊的类型。
控制单元例如被配置为根据与胶囊类型相关联的液体供应程序来控制机器的液体供应器，该液体供应程序诸如具有一个或多个经调节的供应液体参数的液体供应程序，该供应液体参数选自在所识别胶囊的提取期间恒定或可变的液体温度、流量、压力和体积。例如，胶囊类型可选自可在机器的提取室中提取的多个已知预定胶囊类型。
胶囊识别模块4优选地沿进料器2的通道定位在胶囊识别位置20的高度处。
在使用本发明的机器期间，可进行以下步骤：
-将容器放置在容器放置区域；
-将胶囊插入胶囊进料器2；
-通过胶囊识别模块4识别胶囊的类型；
-自动、半自动或手动地将提取单元的第一部件和第二部件相对地移动到其远离位置；
-将胶囊供应到提取室；
-将第一部件和第二部件相对地移动到其靠近位置以将胶囊定位在提取室中；
-应用基于胶囊的识别类型确定的提取参数来提取位于提取室中的胶囊以制备饮料；以及
-经由出口16将制备的饮料分配到容器。
根据本发明，胶囊识别模块4被配置为通过捕获所述胶囊的图像并由神经网络计算装置处理所述图像来确定在胶囊识别位置20处插入饮料制备机器的胶囊的类型。
饮料制备机器通常允许提取不同类型的胶囊，以便制备不同的饮料和/或不同的饮料风格。提取室中可提取的不同类型的胶囊例如对应于容纳在其中的不同配料和/或不同的配料调理。
在实施方案中，每种类型的胶囊对应于具体类型的咖啡，其不同于容纳在其它类型胶囊中的咖啡，例如但不限于容纳在胶囊中的咖啡的产地、烘焙程度、研磨水平、数量和/或其咖啡因含量中的一者或多者。另选地或以它们的组合，在饮料制备机器1中可提取的不同类型的胶囊对应于用于制备不同饮料的配料，诸如例如咖啡、奶、汤、婴儿奶粉、茶、冷饮等。
优选地，每种类型的胶囊与胶囊的特定方面相关联，例如形成于胶囊表面上的颜色或颜色组合、特定字符和/或图画等，从而使得例如用户可在视觉上区分不同类型的胶囊。胶囊识别模块4的神经网络装置包括神经网络程序，该神经网络程序优选地先前受过训练，以基于所述胶囊的至少一部分的数字图像来识别胶囊的类型。神经网络装置通常包括用于运行神经网络程序的数据处理器。
机器1可被配置为使用特定于具体类型的胶囊的制备参数来提取每个胶囊。例如，制备参数包括以下各项中的一者或多者：载液温度、载液体积、提取时间、载液压力、载液类型、多个连续的制备阶段等。与在机器1中可提取的每种类型的胶囊一起使用的制备参数优选存储在与控制单元和/或与胶囊识别模块4连接或可连接的内部或外部数据存储装置中。基于由胶囊识别模块4确定的胶囊类型来选择针对特定胶囊的适当制备参数，并且控制单元使用这些制备参数来控制所识别的胶囊的提取。
机器1还可被配置为将关于在机器中提取的每个胶囊类型的信息存储和/或传输到外部终端和/或服务器，以便例如监测机器1上的胶囊消耗。
参见图2，胶囊识别模块4包括光源(例如，一个或多个白色LED 40或任何其它合适的光源，优选地具有已知且明确的光谱)、相机41(例如，CCD相机)、以及神经网络计算装置(图中未示出，例如以微控制器、微处理器或被配置为运行神经网络计算机程序的另一适当计算装置的形式)。胶囊识别模块4优选地还包括用于控制光源、相机41和神经网络计算装置的控制器(图中未示出，例如但不唯一地为ASIC或可编程微控制器)。另选地，胶囊识别模块的神经网络计算装置和控制器是同一部件或集成为单个部件。胶囊识别模块4的控制器例如被配置为打开和关闭光源和/或用于接收和处理来自相机41的信号。光源、相机41、神经网络计算装置和模块控制器优选地附接例如焊接到电子板42，通常为PCB，并且以已知方式为它们提供必要的电力和数据连接和/或互连。控制器优选连接到机器1的控制单元并受其控制。
优选地，胶囊识别模块4还包括光导43和漫射体44，以用于引导由光源朝向胶囊识别位置20发射的光，和/或用于优选地将由相机41接收的光限定为由位于胶囊识别位置20的胶囊反射的光，以便避免感测杂散光，例如环境光。
优选地，光源为扩展光源。在实施方案中，光源例如包括例如围绕相机41优选地等距分布的多个LED 40。在例示的实施方案中，光源例如包括围绕相机41分布的四个LED 40，图2中仅示意性地示出了其中的两个LED。然而，在本发明的框架内，其它类型和/或分布的扩展光源也是可能的，诸如例如环绕相机41的环形光源。
光导43为例如基本上透明覆盖件的形式，其与光源和/或相机41相关联，例如至少部分地覆盖光源和/或相机。覆盖件包括例如开口或引导光通过漫射体44往来于胶囊识别位置20的其它引导装置。在图2示意性地例示的实施方案中，光导43例如包括光引导突出部430，每个突出部430从光源的LED 40朝向漫射体44延伸，以便将由LED 40发射的光引导至漫射体44中。
光导43和/或漫射体44优选地被配置为避免光源发出的光直接到达胶囊识别位置20。在图2所示的实施方案中，光引导突出部430例如被配置为使得被引导光的大部分抵靠漫射体的内壁的一部分被引导至漫射体44中，光将在该处被反射，因此，在横向于从相机41延伸到胶囊位置识别20的漫射体44的纵向轴线的方向上被反射。漫射体44侧面上的光引导突出部430的末端例如以45°倾斜，使得被引导的光中的大部分光在倾斜表面上反射并且以基本上垂直于漫射体44的纵向轴线的角度朝漫射体44引导。
在例示的示例中，漫射体44包括优选浅色的例如白色的不透明元件，该元件形成朝向胶囊识别位置20的截顶锥形腔开口。然而，对于本发明框架内的漫射体，其它形状也是可能的。然而，漫射体优选地形成从相机41延伸到胶囊识别位置的锥形腔，优选地朝向胶囊识别位置开口。
漫射体44优选地被配置为避免在位于胶囊识别位置20处和/或胶囊识别模块中的胶囊上的反射，这种反射可能导致胶囊的照明故障，从而可能导致胶囊识别故障。漫射体44的内表面例如是纹理化的，以便改善从光源行进到胶囊识别位置20的光的漫射。
漫射体44任选地包括在胶囊识别位置20的方向上使从光源发出的光线中断和/或偏离的开口和/或突出元件。另选地或以它们的组合，漫射体由透明或半透明材料制成，并且来自光源的光例如被光导引导通过漫射体的壁，从而导致光以分布方式折射出漫射体的壁并进入胶囊识别位置前方的腔中。
图4示意性地例示了漫射体44的示例性实施方案，该漫射体包括形成于其内表面上的突出元件440，以便防止光(例如由光导43引导并通过光引导突出部430离开光导43的光)直接到达胶囊识别位置20。
在例示的实施方案中，光导44形成朝向胶囊识别位置20开口的半椭球形腔，相机41优选地位于与胶囊识别位置41相对的端部处。
在例示的实施方案中，突出元件440至少部分地覆盖光导43的光引导突出部430的末端。突出元件440的目的是阻挡光在接近漫射体44的纵向轴线的方向上折射出光引导突出部430的斜面末端，以避免此类光直接到达胶囊识别位置20，即，不首先被漫射体44的内壁反射至少一次。然而，漫射体44的突出元件440优选地包括开口，该开口被配置为允许朝向漫射体44的内壁折射的光进入漫射体的腔。
任选地，机器1包括用于检测位于或靠近胶囊识别位置20的胶囊的胶囊检测器。胶囊检测器例如包括在胶囊识别模块4中，优选地附接到例如焊接在电子板42上。然而，胶囊检测器的其它部署在本发明的框架内是可以的。胶囊检测器可为任何合适的类型，例如，存在检测器和/或运动检测器，诸如红外(IR)检测器、感应和/或电阻检测器、机械开关元件等。胶囊检测器例如由胶囊识别模块4的控制器控制或由机器的控制单元直接控制。
在实施方案中，当将胶囊接近和/或放置在胶囊识别位置20处的胶囊进料器2上时，胶囊检测器检测胶囊的存在并将对应的信号发送到控制器和/或机器的控制单元，该信号激活光源40以照亮位于胶囊识别位置20处的胶囊的表面的至少一部分。相机41继而被激活以捕获被照亮的胶囊的至少一部分的图像。然后将捕获的数字图像进给到神经网络计算装置并由其处理，以便确定胶囊的类型。在其它实施方案中，例如，如果机器不包括任何胶囊检测器，则胶囊识别模块4(具体地是光源40和相机41)例如通过机器的用户界面的用户致动而被启动，例如通过饮料选择器的致动而被启动。
优选地，相机41是CCD传感器或提供胶囊的至少一部分的数字图像(例如彩色或灰度图像)的任何合适的相机。将图像作为输入数据进给到神经网络计算装置，该神经网络计算装置将使用该输入数据运行神经网络计算机程序，以便确定胶囊的类型，其中神经网络的参数，具体地是其突触权重和偏差，先前已在由神经网络计算机程序实现的神经网络的训练期间进行设定。
根据本发明的用于确定胶囊类型的神经网络例如在训练工作台上手动和/或自动地训练，该训练工作台包括用于将各种类型的胶囊进给到一个或多个胶囊识别位置的胶囊进料器，训练台的每个胶囊识别位置具有相机，用于拍摄在对应胶囊识别位置处进给的每个胶囊的至少一部分的照片。优选地，训练台的胶囊识别位置中的照明和图像捕获条件类似于饮料制备机器中的胶囊识别位置处的照明和图像捕获条件。然后将捕获的图像作为输入馈送到运行本发明的神经网络计算机程序的计算装置。将每个图像的程序(即神经网络)的输出与对应样品胶囊的实际类型进行比较，并且将比较的结果反馈给程序以使程序调节神经网络参数，具体地是一个或多个突触连接的权重和/或偏差。
一旦实现所需的成功识别速率，神经网络就优选地被认为是经过充分训练的，并且具有经调整的参数的神经网络程序可例如被复制并加载到集成到或将要集成到本发明的饮料制备机器中的神经网络计算装置中。
本发明的神经网络计算机程序可根据上述方案通过新的训练会话来更新以识别新类型的胶囊，其中胶囊包括新类型的胶囊。一旦神经网络学习到新类型的胶囊，具有更新参数的计算机程序就可被复制并加载到功能机器的神经网络计算装置中，以将其胶囊识别模块更新到较新版本。任选地，各种被识别的胶囊类型中的一种胶囊类型对应于机器未知的胶囊。
本发明的神经网络计算机程序的训练优选地在饮料制备机器外部的训练台上执行。然而，捕获样品胶囊的图像的条件优选地与机器中的条件类似或甚至相同。
由本发明的神经网络计算机程序实现的神经网络的合适架构的示例汇总于下表中：
Figure GDA0003879781700000171
表1：合适的神经网络架构的示例
根据该示例，神经网络是包括十二个层的卷积神经网络，其中第一卷积层具有128×128×1的输入大小。该神经网络因此通常期望128个像素乘128个像素灰度级图像作为其输入并且执行11路分类。该神经网络例如包括五个基本层：三个卷积层，之后是两个完全连接的层。每个卷积层使用大小为3×3×1且步幅为1且无填充的内核，以产生32个输出特征图。每个卷积之后是ReLU非线性和最大池化子采样操作。然后将特征提取部分的输出馈送到双层全连接分类器，例如LogSoftMax分类器。分类器的隐藏层例如由六十四个神经元构建并且也使用ReLU激活函数。
优选地，在通过本发明的神经网络转发图像数据输入之前，对它们执行三步骤预处理。在第一预处理步骤中，通过减去在每个像素的整个训练集上计算的平均激活来优选地使数据以零为中心。在第二预处理步骤中，将数据除以数据集的全局标准偏差，以便归一化输入值的范围。在第三即最后预处理步骤中，利用十三乘十三高斯加权窗口执行局部对比度归一化，以便放大图片中的边缘。
然而，在本发明的框架内，其它神经网络架构和/或数据预处理也是可能的，以便基于胶囊或其至少一部分的数字图像实现可靠的胶囊类型识别。

Claims (13)

1.一种用于制备和分配饮料的机器，此类机器包括：
-提取单元，所述提取单元用于提取饮料配料胶囊以形成所述饮料；
-控制单元，所述控制单元用于控制所述提取单元提取此类胶囊；
-出口，所述出口用于将通过提取此类胶囊形成的所述饮料分配到位于容器放置区域中的用户容器，以收集所述饮料，
-胶囊识别模块，所述胶囊识别模块用于识别在胶囊识别位置处插入所述机器中的胶囊，所述胶囊识别模块包括用于捕获处于所述胶囊识别位置的所述胶囊的至少一部分的图像的相机，
-用于照亮处于所述胶囊识别位置处的胶囊的至少一个光源，
其中，所述胶囊识别模块包括用于将所述至少一个光源的光朝向所述胶囊识别位置漫射的漫射体，
其特征在于，所述机器还包括用于将来自所述至少一个光源的光引导至所述漫射体的光导，所述光导包括用于将来自所述至少一个光源的光引导至所述漫射体的至少一个光引导突出部，所述漫射体包括形成于其内表面上的突出元件，所述突出元件至少部分地覆盖所述光导的光引导突出部的末端，以便防止由至少一个光源发出的光线直接到达所述胶囊识别位置。
2.根据权利要求1所述的机器，其中所述漫射体形成从所述相机延伸到所述胶囊识别位置的锥形腔。
3.根据权利要求2所述的机器，其中所述锥形腔朝向所述胶囊识别位置开口。
4.根据权利要求2或3所述的机器，所述漫射体形成锥形的腔。
5.根据权利要求2或3所述的机器，所述漫射体形成半椭球形腔。
6.根据权利要求1至3中的一项所述的机器，其中所述漫射体包括结构化内表面以便改善光在所述内表面内的漫射。
7.根据权利要求1至3中的一项所述的机器，其中所述漫射体被配置为防止来自所述至少一个光源的光直接反射在位于所述胶囊识别位置处的胶囊上。
8.根据权利要求1所述的机器，其中所述饮料是茶、咖啡、巧克力热饮、巧克力冷饮、奶、汤或婴儿食品。
9.根据权利要求1所述的机器，其中所述提取单元具有第一部件和第二部件，所述第一部件和所述第二部件能够在用于插入和/或移除胶囊的远离位置与用于固定和提取此类胶囊的靠近位置之间相对地移动。
10.根据权利要求9所述的机器，其中所述靠近位置是其中所述第一部件和所述第二部件界定提取室的靠近位置。
11.根据权利要求9所述的机器，其中所述第一部件和第二部件中的至少一个部件具有胶囊开启器，并且/或者所述第一部件和第二部件中的至少一个部件具有开口，以供要与此类胶囊中容纳的配料混合的液体流入。
12.根据权利要求11所述的机器，其中所述胶囊开启器包括一个或多个胶囊刺穿器。
13.根据权利要求1所述的机器，其中所述用户容器位于容器支撑件上，所述容器支撑件是此类机器所在的外部放置支撑件，或可移动或可移除的机器支撑件。
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