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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren von eingehausten Verbrauchsstoffen, die in einer eindeutig dem Verbrauchsstoff zugeordneten Verpackung untergebracht sind. Als Verbrauchsstoffe kommen beispielsweise Drucktinten oder Getränkebasismaterialien in Betracht, die in Kapseln verpackt sind. Es besteht die Notwendigkeit, die Verpackungen bzw. den Verbrauchsstoff zu identifizieren, einerseits für die Produktsicherung und die Abgrenzungen von Verbrauchsstoffen untereinander, was etwa die Sortenerkennung betrifft, um optimierte Druckergebnisse bzw. Getränkequalität zu liefern.
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Identifikationsverfahren sind weithin bekannt.
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So hat die NXP Semiconductors einen UHF-Lesechip (RFID-Chip) entwickelt, der speziell für elektronische Geräte und schnelldrehende Verbrauchsgüter entwickelt wurde, wie in der Pressemitteilung „NXP stellt neuen UHF-Lesechip für elektronische Geräte und Verbrauchsgüter vor" 02. April 2012, ausgeführt ist.
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Die
DE 2010 044 251 A1 beschreibt eine Portionskapsel für ein Getränkebasismaterial, beispielsweise Kaffee, die eine Kennung aufweist, welche es ermöglicht, die jeweilige Portionskapsel zu individualisieren, um zu verhindern, dass ein Kaffeeautomat mit einer ungeeigneten Portionskapsel betrieben wird. Dabei kann es sich bei der Kennung um Flächenbereiche mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften, beispielsweise Reflexionseigenschaften, handeln. Die Portionskapsel soll dabei mindestens zwei Bereiche aufweisen, die sich in ihren optischen Eigenschaften unterscheiden. Am Kaffeeautomaten ist ein Sensor vorgesehen, der die Kennung mit einer Referenzkennung vergleicht und den Kaffeeautomaten nur dann in Betrieb nimmt, wenn die ermittelte Kennung mit der Referenzkennung übereinstimmt. Die Kennung soll dabei ein maschinenlesbarer Aufdruck sein, der in einer im Lebensmittelbereich zugelassenen Farbe aufgebracht ist. Vorzugsweise ist der Aufdruck ein Barcode, ein Logo oder ein Rapport. Alternative Möglichkeiten für eine Kennung sind angegeben, unter anderem auch die Kennung über einen RFID-Chip.
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Die
EP 2 345 351 A1 beschreibt eine Getränkekapsel, zu deren Identifizierung ein zweidimensionaler Barcode mit rechtwinkligen Grenzen (QR-Code) verwendet wird, der mittig auf der die Kapsel verschließenden Membran angebracht ist. Der optische Code enthält eine binäre Information, die von einer Kamera eines Getränkeautomaten ausgelesen werden kann. Ein besonderer Vorteil wird darin gesehen, dass der optische Code mit einer gewissen Winkeltoleranz ausgelesen werden kann, so dass die Getränkekapsel nicht mehr mit einer vordefinierten Ausrichtung in das Gerät eingeführt werden muss. Ein weiterer Vorteil des optischen Codes liegt in seiner geringen Größe, so dass er identifiziert werden kann, ohne dass die Membran, die die Getränkekapsel verschießt, geglättet werden muss.
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Die
EP 2 448 843 B1 beschreibt ebenfalls eine identifizierbare Getränkekapsel, bei der die Identifikation berührungslos über ein magnetisches Element erfolgt, beispielsweise einen Draht, der am Verschlussrand der Getränkekapsel eingelassen ist.
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In allen Fällen hat die zu identifizierende Kapsel eine Zusatzausstattung, die beispielsweise in einem QR-Code oder einem RFID-Chip mit Antenne bestehen kann. Hierdurch ist bei der Produktion einer solchen Verpackung zusätzlicher Herstellungsaufwand erforderlich, der vermieden werden sollte.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Identifizieren von eingehausten Verbrauchsstoffen, die in einer eindeutig dem Verbrauchsstoff zugeordneten Verpackung untergebracht sind, zur Verfügung zu stellen, bei dem auf Zusatzausstattung bei der Verpackung verzichtet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der rückbezogenen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist mindestens folgende Schritte auf:
- – Bereithalten einer eindeutigen Zuordnungsfunktion von Spektralwerten zu jeweils einer Verpackung und damit zu dem darin eingehausten Verbrauchsstoff
- – Auswählen einer zu identifizierenden Verpackung;
- – Definieren einer Messstelle auf der Verpackung und Ausleuchten der Messstelle;
- – Farbmetrisches Vermessen der Messstelle in einem mindestens zweidimensionalen Farbraum;
- – Ermitteln eines Ortes in dem Farbraum auf Basis der erhaltenen Messwerte;
- – Definieren einer Toleranz für den ermittelten Ort in einer ersten Dimension des Farbraumes;
- – Definieren einer Toleranz für den ermittelten Ort in einer zweiten Dimension des Farbraumes;
- – Zuordnen des ermittelten Ortes zu einem Verbrauchsstoff anhand der eindeutigen Zuordnungsfunktion.
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Die Messstelle auf der Verpackung kann dabei ein partielles Areal der Verpackung sein, ein Randbereich oder eine Gesamtfläche, zum Beispiel die Gesamtoberfläche der Membran, welche eine solche Verpackung verschließt.
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Die Messwerte können eine eindeutige Produktinformation sicherstellen und damit eine Abgrenzung und damit letztlich Produktsicherheit gewährleisten. Aufgrund dessen kann ein Prozess ausgelöst werden, zum Beispiel die Zubereitung einer bestimmten Sorte Kaffee, so dass die richtige Wassermenge, Temperatur, Druck und andere Parameter eingehalten werden. Da die Verpackung jeder Sorte bzw. Getränkeart eine andere Farbe hat, ist die Identifikation eindeutig messbar sowie reproduzierbar. Es ergeben sich gleiche Messwerte für gleiche Sorten im Rahmen einer zu definierenden Toleranz.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Ermittlung der Toleranzen auf der Messstelle eine wiederholte Anzahl von farbmetrischen Messungen durchgeführt, wobei die Messergebnisse einer statistischen Prozedur unterworfen werden.
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Dabei werden in der statistischen Prozedur Mittelwert und Standardabweichung der Messergebnisse ermittelt, wobei der Mittelwert in Kombination mit der die Toleranzen definierenden Standardabweichung den Verbrauchsstoff genau definiert. Dabei kann die wiederholte Anzahl von Messungen, die durchgeführt wird, Messungen mit unterschiedlichem Drehwinkel der Verpackung in Bezug auf ein Messgerät umfassen.
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Es hat sich gezeigt, dass das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung besonders sicher durchgeführt werden kann, wenn zum Beispiel ein Farbraum durch das RGB-System, das Lab-System der CIE (CIELAB), das LUV-System der CIE (CIELUV) oder das XYZ-System der CIE (CIEXYZ) oder den Tristimulus-Filter definiert ist.
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Es kann dabei die Messstelle mit einer oder mehreren der Spektralarten Rot (R), Grün (G), Blau (B), Infrarot (IR), Ultraviolett (UV) oder mit Weißlicht ausgeleuchtet werden.
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Im Folgenden soll die Erfindung durch Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Außerdem zeigt
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1 den prinzipiellen Aufbau einer Messanordnung und
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2 eine Schnittansicht der Messanordnung gemäß 1 entlang der Linie A-A.
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Die Erfindung nutzt die Grundsätze der deskriptiven Farbmetrik und misst mit Hilfe einer Aufnahmeeinheit, beispielsweise einem Spektralfotometer, bevorzugt aber einer CCD-Kamera oder einem CCD-Sensor, wie dem Bayer-Sensor, oder mittels einer Fotodiode beziehungsweise Fotozelle, das Verhältnis der Strahldichte des Materials zur Strahldichte eines vollkommen mattweißen Materials bei Reflexion, das in gleicher Weise bestrahlt wird. Es wird also die von einer beleuchteten Probe reflektierte Lichtintensität mit der reflektierten Energie eines Weißstandards verglichen. Die Intensität des von der Probe und von dem Weißstandard remittierten Lichts wird in der Aufnahmeeinheit in analoge Signale umgewandelt, aus denen dann der Strahldichtefaktor bzw. der Remissionsgrad abgeleitet wird. Die Aufnahmeeinheit zusammen mit der Auswertelogik kann in das entsprechende Gerät eingebaut werden, wobei aufgrund der Miniaturisierung kein besonders hoher Platzbedarf erforderlich ist. Die Auswertelogik übernimmt es insbesondere, die primären Farbwerte auf das absolute Weiß zu normieren und die normierten Werte dann in die Koordinaten des Farbraums umzuwandeln, beispielsweise in die Koordinaten L, a und b des CIELAB-Systems. Dabei ist durch die Koordinate a die Buntheit auf der Grün-Rot Achse festgelegt, durch die Koordinate b die Buntheit auf der Blau-Gelb Achse. Die Koordinate L bezeichnet die Helligkeit. Der Ursprung dieses Koordinatensystems ist der Unbunt- oder Weißpunkt.
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Für die Erfindung kann es ausreichend sein, wenn nur in einem zweidimensionalen Farbraum gearbeitet wird, der beispielsweise durch die von den Koordinatenachsen a, b aufgespannte Ebene, definiert ist. Weiter kann es ausreichend sein, die unbunten Farben Schwarz/Weiß beziehungsweise Graustufen zu erfassen.
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Weitere Einzelheiten zu dem CIELAB-System ergeben sich aus der Norm EN ISO 11664-4.
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1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Messanordnung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 ist eine Schnittansicht der Messanordnung gemäß 1 entlang der Linie A-A. Ein Messobjekt, hier als Beispiel eine Getränkekapsel 1, wird in den Strahlengang einer Beleuchtungsanordnung 2 gebracht, wobei Dioden, auch Laserdioden, Lampen oder dergleichen verwendet werden können, je nachdem, mit welcher der Spektralarten rot, grün, blau, infrarot, ultraviolett ausgeleuchtet werden soll. Gegebenenfalls wird eine Weißlichtquelle eingesetzt. Die Aufnahmeeinheit 3 detektiert die reflektierte Strahlung.
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Die Reproduzierbarkeit und Eindeutigkeit beim Identifizieren von Verpackungen wird mit Hilfe der nachfolgenden Tabellen 1 bis 3 dargestellt. Tabelle 1
| Sorte | Produkt 1 | Produkt 2 | Produkt 3 | Produkt 4 | Produkt 5 | Produkt 6 |
| 0 | 82/1,6/24 | 78/2,3/4 | 57/6/15 | 57/20/23 | 43/4/5 | 62/31/15 |
| 45 | 83/1,7/22 | 77/2,7/4 | 54/7/18 | 56/20/23 | 44/5/7 | 64/27/13 |
| 90 | 81/1,9/30 | 81/2,7/4 | 49/8/20 | 54/21/25 | 42/4/5 | 57/36/17 |
| 135 | 83/1,9/33,6 | 77/3/5 | 55/7/17 | 57/19/22 | 50/3/4 | 64/30/15 |
| 180 | 84/2,1/34 | 83/2,7/5 | 55/6/16 | 57/19/21 | 43/5/6 | 62/23/12 |
| 225 | 82/2/33 | 84/2,7/5,5 | 57/5/17 | 58/17/18 | 40/6/7 | 57/25/12 |
| 270 | 82/1,7/32 | 84/3/5 | 60/5/18 | 54/20/23 | 40/5/5 | 60/34/16 |
| 315 | 82/1,7/29 | 77/2/4 | 62/5/18 | 57/16/19 | 52/4/5 | 61/35/17 |
| 360 | 82/1,7/31 | 78/2/4 | 53/6/15 | 56/20/22 | 47/5/5 | 58/35/17 |
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In Tabelle 1 sind die Ergebnisse für Produkte, beispielsweise Getränkekapseln, die zur Verpackung unterschiedlicher Sorten an Getränkebasismaterial eingesetzt werden, dargestellt. Die Produkte, deren Verschlussmembran je nach Getränkebasismaterial unterschiedliche Farben, unterschiedliche Drucke beziehungsweise insgesamt ein unterschiedliches Design aufweisen, sind in der ersten Zeile aufgeführt. Gemessen wurde wiederholt mit einem konstanten Winkelabstand von 45° auf einer vordefinierten Messstelle der jeweiligen Verschlussembran der Getränkekapsel, die im Wesentlichen kreisförmig ist. Für jeden Messwinkel sind die ermittelten Werte für L, a und b angegeben, so ist beispielsweise für das Produkt 1 bei einem Winkelwert von 0° L = 82, a = 1,6 und b = 24. Man erkennt, dass bei den unterschiedlichen Winkeln die Abweichungen für erfasste Werte L, a und b untereinander grundsätzlich geringe Toleranzen zulassen, man erkennt überdies, dass von Produkt zu Produkt beträchtliche Unterschiede in den Spektralwerten vorhanden sind. So unterscheidet sich beispielsweise der Wert L für das Produkt 1 deutlich von dem für das Produkt 4. Andererseits stirnrot dieser Wert für das Produkt 4 nahezu mit dem Wert L für das Produkt 3 überein. Daraus ergibt sich, dass allein aus einer Koordinate, beispielsweise L, im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel keine eindeutige Zuordnung zur Verpackung beziehungsweise dem Produkt getroffen werden kann. Es ergeben sich aber deutliche Unterschiede in der Größe der Komponente a für das Produkt 3 und das Produkt 4 so dass, wenn beide Komponenten L, a zur Bewertung herangezogen werden, eine eindeutige Zuordnung möglich ist. Dies gelingt um so mehr, wenn auch die Komponente b berücksichtigt wird, und es ist daher möglich, eine eindeutige und reproduzierbare Zuordnung zu treffen, wenn man wenigstens zwei Komponenten bei der Auswertung berücksichtigt, also in einem zweidimensionalen Farbraum arbeitet.
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Man erkennt weiterhin, dass die Werte für die Komponenten L, a, b, auch für eine Sorte streuen, so dass es gemäß der Erfindung vorgesehen ist, in einer statistischen Prozedur Mittelwert und Standardabweichung festzulegen und daraus die Toleranzen zu definieren, die erlaubt werden können, um immer noch eine eindeutige und reproduzierbare Identifizierung zu gewährleisten.
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Unter Zugrundelegung der Formel
für den Mittelwert und der Formel für die Standardabweichung:
ergeben sich folgende Werte für die einzelnen Produkte: Tabelle 2
| Sorte | Produkt 1 | Produkt 2 | Produkt 3 | Produkt 4 | Produkt 5 | Produkt 6 |
| Mittelwert | 82,3/1,8/29,8 | 79,9/2,6/4,5 | 55,8/6,1/17,1 | 56,2/19,1/21,8 | 44,6/4,6/5,4 | 60,6/30,7/14,9 |
| Standardabweichung | 0,82/0,16/4,0 | 2,92/0,36/0,58 | 3,61/0,99/1,52 | 1,31/1,52/2,04 | 4,00/0,83/0,96 | 2,59/4,50/4,36 |
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Eine erlaubte Toleranz zum Mittelwert für L von 1 würde alle Produkte unterscheiden, es würde aber eine Vielzahl von Kapseln des Produkts 2 nicht erfasst werden. Auch aus diesem Grund ist es erforderlich, einen zweiten Farbwert zur Bewertung heranzuziehen, damit die erlaubten Toleranzen vergrößert werden können. Die wiederholte Anzahl von Messungen kann auch mit einer freien Drehung durchgeführt werden, wobei also ein fester Winkelschritt von 45° nicht erforderlich ist. Dieses führt beispielsweise zu folgendem Ergebnis: Tabelle 3
| Sorte | Produkt 7 | Produkt 8 | Produkt 9 | Produkt 10 | Produkt 11 |
| Freie Drehung 1 | 63/10/11 | 60/2/32 | 36/1/0,8 | 74/7/21 | 82/2/5 |
| Freie Drehung 2 | 59/13/12 | 60/2/31 | 38/1/0,6 | 74/6/21 | 84/3/6 |
| Freie Drehung 3 | 65/9/10 | 59/2/33 | 39/0,8/0,8 | 76/6/18 | 79/3/5 |
| Freie Drehung 4 | 66/9/10 | 59/2/34 | 39/0,8/0,7 | 73/7/19 | 79/2/5 |
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Man erkennt auch hier, dass die Unterscheidbarkeit der einzelnen Produkte gegeben ist, wobei eine Toleranzgenauigkeit eingehalten werden kann.
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Aus alledem ergibt sich, dass es einerseits nicht erforderlich ist, die Verpackung in einer bestimmten Ausrichtung in das Gerät einzuführen, um sie eindeutig identifizieren zu können. Andererseits ist das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auch für sich schnell drehende Verpackungen geeignet, da die Winkelposition der Messstelle für die Identifizierung keine Rolle spielt.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2010044251 A1 [0004]
- EP 2345351 A1 [0005]
- EP 2448843 B1 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Pressemitteilung „NXP stellt neuen UHF-Lesechip für elektronische Geräte und Verbrauchsgüter vor” 02. April 2012 [0003]
- Norm EN ISO 11664-4 [0022]
ergeben sich folgende Werte für die einzelnen Produkte: Tabelle 2