KR20240038137A

KR20240038137A - 커피콩 분석 시스템 및 커피콩 분석을 갖는 커피 머신

Info

Publication number: KR20240038137A
Application number: KR1020247008239A
Authority: KR
Inventors: 안케 게르다 신네마; 벤 시체마
Original assignee: 베르수니 홀딩 비.브이.
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2022-12-07
Publication date: 2024-03-22
Also published as: CN117897608A; WO2023110595A1; EP4198497A1; AU2022411956A1; EP4367503A1

Abstract

커피콩을 분석하기 위한 시스템이 제공된다. 광 센서는 커피콩의 다크니스 레벨을 감지하고, 거리 센서는 광 센서와 커피콩 사이의 거리를 결정하는 데 사용된다. 이어서, 감지된 다크니스 레벨은 결정된 거리를 사용하여 보정되어, 이에 의해 보정된 (그리고 이에 의해 더 정확한) 다크니스 레벨을 획득한다. 이는 로스팅 강도를 나타내고, 커피 머신에 의해 커피 브루잉 파라미터를 조정하는 데 사용될 수 있다.

Description

커피콩 분석 시스템 및 커피콩 분석을 갖는 커피 머신

본 발명은, 예를 들어 커피 또는 에스프레소 머신의 자동 제어를 가능하게 하기 위한 커피콩의 분석에 관한 것이다.

새로운 분쇄된 콩으로부터 제조된 커피가 미리 분쇄된 커피보다 더 양호한 품질을 제공하는 것으로 잘 알려져 있다. 종종, 새로운 콩이 에스프레소 커피를 제조할 때 사용된다.

가정, 또는 바, 레스토랑 및 호텔에서 사용하기 위한, 많은 상이한 유형의 구매가능한 에스프레소 커피 머신이 존재한다. 예를 들어 특정 설정에 적합한 머신의 유형은 사용량과 예산에 의존한다.

수동 에스프레소 머신에서, 사용자는 포터필터(portafilter)로 알려진 커피 수용 용기를 커피 분쇄물(coffee grounds)로 충전한다. 이어서, 사용자는 소위 퍽(puck)을 생성하기 위해 약 200N과 같은 충분한 압력으로 포터필터 내의 커피 분쇄물을 탬핑(tamping)할 필요가 있다. 이어서, 포터필터는, 통상적으로 베이어닛 유형의 연결을 통해 커피 머신에 장착된다. 다음으로, 커피 머신은 포터필터 내에서 퍽을 통해 온수를 주입하고, 생성된 커피는, 전형적으로 포터필터에 통합된 스파웃(spout)을 통해 분배된다. 브루잉 후에, 사용자는 포터필터를 분리하고, 사용된 커피 분쇄물을 폐기하여 포터필터를 비울 필요가 있다.

또한, 통합된 분쇄기를 갖는 수동 에스프레소 머신이 존재한다. 사용자는 분쇄된 커피를 수용하는 제1 위치와 커피가 브루잉되는 제2 위치 사이에서 포터필터를 스위칭한다. 탬핑은 수동으로 또는 수동 조작식 레버를 통해 수행될 수 있다.

완전 자동 에스프레소 머신에서, 전술한 단계들 모두는 하나의 동일한 머신에서 자동으로 수행된다. 머신은 커피 분쇄물을 제조하기 위해 콩 저장소 및 분쇄기를 포함한다. 이들 분쇄물은 브루잉 챔버 내로 수송되고, 유압식으로 작동되거나 전기모터를 통해 작동될 수 있는 피스톤을 통해, 자동으로 탬핑된다. 다음으로, 온수가 브루잉 챔버 내의 커피 분쇄물을 통해 구동되고, 커피가 브루잉되고 분배되고, 사용된 커피 분쇄물은 브루잉 챔버로부터 머신 내의 쓰레기통 내로 방출된다.

이는 수동 에스프레소 머신에 의해 요구되는 수동 단계를 제거하고, 따라서 시간을 절약할 뿐만 아니라 더 균일한 결과를 보장한다.

수동 에스프레소 머신은 완전 자동 에스프레소 머신보다 더 낮은 비용으로 제조될 수 있는데, 이는 수송 단계들 중 많은 것이 자동화될 필요가 없기 때문이다. 그러나, 결과는, 충전 및 탬핑 공정에서의 사용자 개입의 결과로서, 특히 커피 분쇄물의 부피 또는 중량, 및 퍽 내로의 커피 분쇄물의 탬핑의 힘 및 균일성(직진성)을 설정하는 데 있어서 사용자 개입의 결과로서, 덜 균일할 수 있다. 브루잉 공정의 일부로서 소비자에 의한 매 브루잉 후에 커피 퍽이 제거되기 때문에, 수동 에스프레소 머신은 더 적은 유지보수를 필요로 한다.

완전 자동 머신은 더 일관된 결과를 제공하지만, 비용이 더 많이 든다. 이는 또한 수동 에스프레소 머신을 사용하는 바리스타 감성을 없앤다. 완전 자동 커피 머신은 또한 더 많은 유지보수(커피콩의 충전, 물 충전, 소비한 물의 제거 및 쓰레기통 내의 커피 폐기물 처리)를 필요로 한다. 또한 완전 자동 커피 머신이 더 클 수 있다.

제3 유형의 커피 머신이 제안되었으며, 이는 전술한 두 유형들로부터의 요소들을 조합한다. 미국 특허 제9 125 519호는 수동 에스프레소 머신에 사용되는 바와 같이 제거가능한 포터필터를 갖는 커피 머신을 개시하지만, 이는 또한 콩 저장소 및 삽입된 포터필터에 커피 분말을 전달하기 위한 커피 밀을 포함한다. 포터필터는 브루잉 챔버로서 기능하고, (플런저를 형성하는) 분배 필터는 자동으로 탬핑하고, 이에 의해 가압된 온수가 포터필터로 전달되기 전에 포터필터 내의 커피 분말을 압밀하는 데 사용된다.

사용자는 머신에 빈 포터필터를 연결하고, 분쇄, 분쇄된 커피의 포터필터 내로 투여, 분쇄된 커피의 탬핑, 온수 전달 및 이어서 커피 분배가 완전 자동 머신에서와 같이 자동화된다. 브루잉 후, 사용자는 수동 에스프레소 머신이 사용되는 방식과 유사하게, 포터필터를 연결해제하고 커피 폐기물을 방출할 필요가 있다.

커피 머신의 유형에 관계없이, 상이한 커피 브루잉 공정들이 상이한 커피콩들에 적합하다. 특히, 커피콩의 다크니스(darkness)를 결정하는 로스팅 강도(roast intensity)는 적절한 커피 브루잉 파라미터에 영향을 준다.

본 발명은, 예를 들어 브루잉 파라미터의 자동 제어가 구현될 수 있도록, 예를 들어 적합한 브루잉 파라미터의 선택을 가능하게 하기 위해, 로스팅 강도를 결정하기 위한 커피콩의 분석에 관한 것이다. 완전 자동 커피 머신과 같은, 커피 분쇄기를 포함하는 커피 머신에 특히 관심이 있다.

DE 102019200788호는, 커피콩의 파라미터에 기초하여 브루잉 파라미터가 자동으로 제어되는 완전 자동 커피 머신을 개시한다. 하나의 예는 커피콩 컬러를 감지하기 위한 카메라를 사용하고, 이는 로스팅의 정도가 결정될 수 있게 한다.

컬러 결정은 컬러 이미지 감지를 필요로 하며, 이는 조명 조건에 크게 의존하기 때문에 정확하지 않을 수 있고, 그것은 구현하는 데 비용이 많이 들 수 있다.

US 제2017/215451호는 커피 로스팅 장치를 개시한다. 로스팅은 커피콩의 부피에 따라 제어된다. 특히, 원하는 로스팅 레벨을 달성하는 데 필요한 시간이 첫 번째 균열이 발생하는 데 걸린 시간의 함수라는 인식에 기초하여, 커피콩의 이러한 첫 번째 균열을 식별하는 데 부피의 변화가 사용된다.

커피 로스팅 정도를 결정하기 위한 간단하지만 정확한 방식에 대한 필요성이 남아 있다.

본 발명은 청구범위에 의해 정의된다.

본 발명의 양태에 따른 예는 커피콩을 분석하기 위한 시스템을 제공하며, 시스템은,

커피콩의 다크니스 레벨을 감지하기 위한 광 센서;

광 센서와 커피콩 사이의 거리를 결정하기 위한 거리 센서; 및

결정된 거리를 사용하여 감지된 다크니스 레벨을 보정하여, 이에 의해 보정된 다크니스 레벨을 획득하도록 적응된 프로세서를 포함한다.

이 시스템은 컬러보다는 커피콩의 다크니스 레벨을 측정하고, 이는 더 간단한 감지 하드웨어를 가능하게 한다. 다크니스 결정을 정확하게 만들기 위해, 다크니스 레벨은 거리 측정을 사용하여 보정된다. 따라서, 다크니스 레벨이 원격으로 검출되고, 커피콩까지의 거리가 측정되어 다크니스 측정을 보정하는 데 사용되어, 그것이 더 정확하게 하고 로스팅 레벨을 정확하게 결정하는 데 사용될 수 있게 한다.

로스팅 레벨은 연속적인 스케일이지만, 전형적으로 로스터는 그의 콩을 3개 이상의 카테고리로 분할한다. 따라서, 로스팅 레벨은 3개 내지 5개의 카테고리 중 하나로서 식별될 수 있다. 로스팅 컬러와 로스팅 레벨 사이의 관계는 콩 유형에 비교적 독립적이어서, 다크니스 측정이 모든 콩 유형에 대한 로스팅 레벨의 양호한 지표이게 한다.

광 센서, 거리 센서 및 프로세서는 반드시 별개의 구성요소들은 아니며, 실제로 아래에서 명확해질 바와 같이, 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성요소들이 3개의 기능을 전달하기 위해 공유될 수 있다는 점에 유의한다.

광 센서는 예를 들어 커피콩으로부터의 반사율, 특히 생성된 호출 신호(interrogation signal)의 반사율을 측정하기 위한 것이다. 이러한 방식으로, 조명 조건은 반복가능하고 신뢰성 있는 결과를 제공하는 호출 신호에 의해 고정된다.

거리 센서는 예를 들어 비행시간 센서를 포함한다. 이는 상이한 커피콩 위치들, 예를 들어 커피 저장소 내의 상이한 커피콩 레벨들에 대해 거리가 측정되는 것을 가능하게 한다.

예를 들어, 비행시간 센서는 광원을 포함하고, 비행시간 센서는 광 센서를 사용하여 비행시간을 결정한다. 따라서, 비행시간 측정에 대한 것과 동일한 광 센서가 다크니스 결정에 사용된다.

광원은 적외선 레이저를 포함할 수 있고, 광 센서는 적외선 광을 감지하도록 적응된다.

따라서, 적외선 센서가 (IR 광의 반사 레벨에 기초하여) 다크니스 결정에 사용될 뿐만 아니라 비행시간 측정에도 사용된다. 따라서, 다크니스 감지 및 비행시간 측정 둘 모두를 구현하기 위해 몇 가지 구성요소만이 필요하다.

프로세서는 예를 들어, 보정된 다크니스 레벨로부터 로스팅 레벨을 출력하도록 적응된다. 이는 사용자가 콩 로스팅 레벨을 알게 할 수 있고, 그는 이 정보를 사용하여 수동 조정을 할 수 있다.

또한, 본 발명은 커피 머신을 제공하고, 커피 머신은,

물 저장소;

물 히터;

물 펌프;

커피콩 저장소;

분쇄된 커피 출구를 갖는 커피 분쇄기;

커피 분쇄기로부터 분쇄된 커피를 수용하기 위한 커피 용기;

가열된 물을 커피 용기에 전달하기 위한 물 전달 시스템;

커피콩 저장소 내의 커피콩의 로스팅 레벨을 결정하기 위한 상기에 정의된 분석 시스템; 및

커피 브루잉을 제어하기 위한 제어기를 포함한다.

이 커피 머신은 커피콩 로스팅 레벨의 분석을 커피콩 저장소에 통합한다. 이 정보는 다양한 방식으로 제어기에 의해 사용될 수 있다.

예를 들어, 제어기는, 결정된 로스팅 레벨에 따라,

커피 브루잉 파라미터;

커피 분쇄 파라미터;

커피 용기로의 분쇄된 커피의 투여 중 적어도 하나를 제어하도록 적응될 수 있다.

커피 머신의 제어기는,

결정된 로스팅 레벨;

결정된 로스팅 레벨에 대한 커피 레시피 조언;

결정된 로스팅 레벨에 대한 커피 맛 옵션;

커피콩 유형의 검출된 변화 중 하나 이상을 나타내는 출력을 사용자에게 제공할 수 있다.

예를 들어, 새로운 콩이 머신에 충전된 경우, 이는 검출될 수 있고, 콩이 상이한 경우, 이는 사용자에게 통지될 수 있다.

분석 시스템의 프로세서는 결정된 거리에 기초하여 커피콩 저장소 내의 커피콩의 양을 결정하도록 추가로 적응될 수 있다. 따라서, 커피콩 저장소의 충전 상태를 결정하기 위해 동일한 분석 시스템이 또한 사용될 수 있다. 이러한 정보는 커피 머신에 의해 다양한 방식으로 사용될 수 있다.

예를 들어, 커피 머신 제어기는 커피콩의 결정된 양에 따라, 커피 분쇄(분쇄 시간 또는 분쇄 설정)를 제어하도록 적응될 수 있다.

제어기는 대신에 또는 마찬가지로, 커피콩의 결정된 양에 따라, 어떤 커피 레시피들이 완료될 수 있는지를 결정하도록 적응될 수 있다.

따라서, 커피 분쇄의 시작은 충분한 콩이 존재하는지 여부에 따라 허용되거나 또는 금지될 수 있다. 이는 또한 레시피 선택에 의존할 수 있으며, 예를 들어 단일 샷이 여전히 가능할 수 있는 반면, 더블 샷은 가능하지 않다. (더 많은 커피콩을 필요로 하는) 진한 커피가 가능하지 않을 수 있는 반면, 마일드 커피가 가능하다. 남겨진 나머지 커피콩으로 여전히 제조될 수 있는 커피 레시피는 사용자에게 분명하게 나타날 수 있고, 다른 것은 희미해질 수 있다.

제어기는 또한 커피의 결정된 양에 따라, 자동 콩 주문을 구현할 수 있다. 제어기는 또한 커피콩의 나머지 양을 나타내는 출력 신호를 제공하여, 사용자가 또한 자신의 주문 및 충전 결정을 행할 수 있게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 커피 분쇄 시스템을 제공하고, 커피 분쇄 시스템은,

커피콩을 위한 커피콩 저장소;

커피 분쇄기;

로스팅 레벨에 기초하여 커피 분쇄기 설정들을 제어하기 위한 제어기를 포함한다.

본 발명의 이들 양태 및 다른 양태는 이하에서 설명되는 실시예(들)를 참조하여 명백해지고 자세히 설명될 것이다.

본 발명의 더 양호한 이해를 위해, 그리고 그것이 어떻게 실시될 수 있는지를 더욱 명확하게 보여주기 위해, 이제 단지 예로서 첨부 도면을 참조할 것이다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 커피 머신의 일반적인 설계를 도시한다.
도 2는 완전 자동 커피 머신을 위한 가능한 유압 회로의 예를 도시한다.
도 3은 특히 커피콩 저장소 내의 커피콩을 분석하기 위한 시스템을 도시한다.
도 4는 시스템 구성요소들을 도시한다.
도 5는 보정이 더 정확한 다크니스 결정을 가능하게 하는 방법을 보여주기 위해 사용된다.
도 6a 및 도 6b는 커피콩 저장소에 대한 일부 형상 파라미터들을 도시한다.
도 7은 커피콩의 양이 거리 측정으로부터 결정될 수 있음을 입증하기 위한 시험의 결과를 도시한다.

본 발명은 도면을 참조하여 기술될 것이다.

상세한 설명 및 구체적인 예가, 장치, 시스템 및 방법의 예시적인 실시예를 나타내지만 단지 예시의 목적으로 의도되며 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것이 아님을 이해하여야 한다. 본 발명의 장치, 시스템 및 방법의 이들 및 다른 특징부, 양태 및 이점은 하기 설명, 첨부된 청구범위 및 첨부 도면으로부터 더 잘 이해될 것이다. 도면이 단지 개략적이며 축척대로 그려지지 않았음을 이해하여야 한다. 동일한 참조 번호가 동일하거나 유사한 부분을 나타내기 위해 도면 전체에 걸쳐 사용된다는 것을 또한 이해하여야 한다.

본 발명은 커피콩을 분석하기 위한 시스템을 제공한다. 광 센서는 커피콩의 다크니스 레벨을 감지하고, 거리 센서는 광 센서와 커피콩 사이의 거리를 결정하는 데 사용된다. 이어서, 감지된 다크니스 레벨은 결정된 거리를 사용하여 보정되어, 이에 의해 보정된 (그리고 이에 의해 더 정확한) 다크니스 레벨을 획득한다. 이는 로스팅 강도를 나타내고, 커피 머신에 의해 커피 브루잉 파라미터를 조정하는 데 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 커피 머신의 일반적인 설계를 도시한다. 도 1은 커피 분쇄가 커피 머신 내에서 내부적으로 일어나는 하이브리드 에스프레소 커피 머신을 나타낸다. 본 발명은 대안적으로 완전 자동 커피 머신에 적용될 수 있다.

커피 머신(10)은 커피 용기(16)를 수용하기 위한, 외부 장착 포트(14)를 갖는 주 하우징(12)을 포함한다. 예시된 머신은 스팀 노즐(24)을 추가로 포함한다.

커피 용기(16)는 필터 또는 필터 바스켓, 및 필터 또는 필터 바스켓을 수용하기 위한 지지체를 포함할 수 있다. 커피 용기(16)는 브루잉된 커피를 분배하기 위한 하부 스파웃(20)을 추가로 포함할 수 있다. 이는 손잡이(19)를 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 커피 용기(16)는 도면에 예시된 바와 같이, 종래의 포터필터에 대응할 수 있다. 사용 시, 커피 용기(16)는, 예를 들어 베이어닛 유형 커플링을 통해 외부 장착 포트(14)에 끼워질 수 있다.

커피 용기는 사용 중에 브루잉 챔버를 형성한다. 도 1에 도시된 바와 같은 하이브리드 머신의 경우에, 브루잉 챔버는, 그것이 외부의 제거가능한 부품에 의해 형성되기 때문에, 적어도 부분적으로 외부에 있는 것으로 간주될 수 있다. 그러나, 분쇄된 커피는 내부적으로 전달된다. 완전 자동 머신의 경우에, 브루잉 챔버는 내부에 있다.

주 하우징(12)은, 물 공급부(전형적으로 물 저장소), 내부 물 히터, 및 가열된 물을 커피 용기(16)에 전달하기 위한 물 전달 헤드를 갖는 물 전달 시스템 사이의 유체 커플링을 제공하는 유압 회로를 포함한다.

도 2는 (내부 분쇄기와 커피 브루잉 챔버(18)를 갖는) 완전 자동 커피 머신의 가능한 유압 회로의 예를 도시한다.

도 2는 물 저장소(30), 유량계(32)(유량 및 투여 제어를 위함), 물 히터(34), 물 펌프(36) 및 제어기(38)를 도시한다. 유량계(32)는 유동 측정치를 제어기(38)에 제공할 수 있고, 제어기(38)는 히터 및 펌프를 제어하여 커피 브루잉 공정을 수행할 수 있다. 물 히터는 예를 들어 유동 관통 히터, 예컨대 써모블록(thermoblock)일 수 있다. 유량계(32)는 선택적이다. 투여 및 유량 제어는 대안적으로 펌프(36)의 적합한 제어(예컨대, 전력 레벨 및 펌프 시간)를 통해 수행될 수 있다.

물 전달 시스템은 가열된 물을 물 전달 헤드(40)에 전달하기 위한 유체 통로를 포함하며, 이는 이어서 가열된 물을 브루잉 챔버(18)에 전달한다. 물 전달 헤드는 물 분배 디스크를 포함한다. 물 분배 디스크는 분쇄된 커피에 대한 물 전달의 영역을 제공한다. 물 전달 헤드는 물의 통과를 가능하게 하면서 또한 분쇄된 커피를 유지할 수 있게 하는 필터를 추가로 포함하여, 탬핑 동안 그것이 압밀될 수 있게 할 수 있다.

물 전달 헤드(40)와 브루잉 챔버 사이에 상대 이동을 제공함으로써 브루잉 챔버(18) 내의 분쇄된 커피를 압밀하기 위한 폐쇄 및 탬핑 시스템이 제공된다. 이러한 상대 변위는 추가로, 분쇄된 커피에 힘을 인가하여 탬핑을 수행하게 한다.

탬핑 시스템은 유압 압력에 의해 구동되는 피스톤을 포함하는 유압 액추에이터(42)를 포함한다. 유압 액추에이터는 브루잉 후에 피스톤을 후퇴시키는 것을 돕기 위해 복귀 스프링(도시되지 않음)을 추가로 포함할 수 있다.

물 펌프(36)로부터의 물 출구는 제1 유체 커플링(44)에 의해 유압 액추에이터(42)에 결합된다. 물 펌프로부터의 물 출구는 또한 제2 유체 커플링(46)에 의해 물 전달 헤드(40)에 결합된다. 제2 유체 커플링은 수동 인라인 밸브(48)를 포함한다. 수동 인라인 밸브는 유압 액추에이터의 입구 측에서(즉, 분기 지점(50A)에서)의 압력이 원하는 압력, 예컨대 원하는 탬핑 압력에 도달할 때 개방된다.

이러한 압력 미만에서, 밸브(48)는 폐쇄된 채로 유지된다. 밸브(48)가 제1 임계 압력(개방 압력)에서 개방되지만, 더 낮은 제2 임계 압력(폐쇄 압력)에 도달할 때에만 다시 폐쇄되도록 히스테리시스(hysteresis)가 있을 수 있다. 대안적으로, 단지 하나의 임계 압력만이 있을 수 있다.

이러한 방식으로, 물 펌프(36)는 브루잉을 위한 물 전달뿐만 아니라 폐쇄 및 탬핑을 위한 물 전달 둘 모두에 사용된다. 수동 인라인 밸브(48)는 사용자 상호작용 또는 전기 액추에이터를 필요로 하지 않으면서 이들 2개의 물 전달 기능들 사이에서 자동으로 스위칭된다. 수동 밸브(48)는 예를 들어 탬핑 압력에 도달되었을 때, 즉 탬핑이 완료되었을 때 개방된다. 이어서, 개방 밸브(48)를 통해 물 전달 헤드로 물 전달이 발생한다. 물 전달 헤드로의 이러한 물 전달 동안, 탬핑 압력이 유지된다.

이는 단지 완전 자동 커피 머신의 구성요소들 및 연결의 하나의 예에 불과하다. 제어기(38)는 브루잉 파라미터뿐만 아니라 브루잉 챔버의 이동을 제어한다.

도 2는 또한 분쇄된 커피를 브루잉 챔버(58)에 전달하는 분쇄된 커피 출구(58)를 갖는 커피 분쇄기(56) 및 콩 저장소(54)를 도시한다.

도 3은 특히 커피콩 저장소(54) 내의 커피콩을 분석하기 위한 시스템(60)을 도시한다. 이는 도 1 또는 도 2의 커피 머신 내에 통합될 수 있다.

시스템은 커피콩의 다크니스 레벨을 감지하기 위한 것이고, 또한 커피콩까지, 특히 커피콩의 상부의 레벨(62)까지의 거리(d)를 측정한다. 도 3은 시스템(60)에 대한 2개의 가능한 위치를 도시한다. 시스템은 콩 레벨로 지향된 광 입력/출력과 함께, 콩 저장소(54)의 상부 상에 장착된다.

시스템은 저장소 위에서 중심에 위치될 수 있거나, 저장소의 상부 개구의 주변부 위에 위치될 수 있고, 이들 2개의 위치는 도 3에 도시된다. 따라서, 시스템은 콩 위에 수직으로 또는 일정 각도로 있을 수 있다. 저장소는 시스템이 장착되는 유리 뚜껑을 가질 수 있거나, 또는 그것은 개방 상부를 가질 수 있다.

거리 측정은 바람직하게는 비행시간 측정에 기초한다.

도 4는 시스템 구성요소들을 도시한다. 시스템은 적외선(IR) 레이저 방출기(70) 및 복귀된 적외선 펄스를 검출할 수 있는 수신기(72)를 포함한다. 프로세서(74)는 IR 펄스의 생성 및 반사된 펄스의 복귀에 대한 시간을 측정하고, 반사된 펄스의 광 강도를 분석한다. 콩과 센서 사이의 거리(d)는 IR 레이저 펄스의 이동 시간에 기초하여 측정된다.

이어서, 콩의 반사율은 거리 및 IR 펄스의 복귀 강도에 기초하여 계산될 수 있다.

이는 IR 펄스만을 사용하여 가능하며, 그 이유는 다크 커피콩(즉, 가시광을 흡수하는 것)이 또한 다크니스 레벨의 함수로서 IR 광을 흡수할 것이기 때문이다.

이어서, 프로세서(74)는 커피콩의 로스팅 강도에 따라 커피 머신의 자동화된 제어를 가능하게 하도록 커피 머신의 주 제어기(38)에 연결될 수 있다.

이러한 방식으로, IR 펄스의 시선 내에서 커피콩의 다크니스 레벨을 감지하기 위한 광 센서(이 예에서 IR), 및 광 센서와 커피콩 사이의 거리를 결정하기 위한 거리 센서가 존재한다. 프로세서는 결정된 거리를 사용하여 감지된 다크니스 레벨을 보정하여, 이에 의해 보정된 다크니스 레벨을 획득한다. 이어서, 보정된 다크니스 레벨은 커피콩의 로스팅 강도를 나타낸다.

도 5는 보정이 더 정확한 다크니스 결정을 가능하게 하는 방법을 보여주기 위해 사용된다. 이는 2개의 콩 유형 및 로스팅 강도; 펄라(Perla)(중간 로스팅) 및 모레노(Moreno)(다크 로스팅)를 갖는 시험의 결과를 보여준다.

도 5는 y-축으로서 (고정 강도 방출형 IR 펄스로부터) 반사된 강도를 로그 스케일을 갖는 임의 단위(arbitrary unit)로, 그리고 x-축으로서 센서와 센서의 시선을 따른 커피콩 사이의 거리를 mm 단위로 도시한다.

그래프는 두 유형의 콩 모두에 대해 측정된 거리와 측정된 반사 강도 값 사이의 명확한 근거리 선형 관계를 보여준다. 펄라(중간 로스팅) 콩은 모레노(다크 로스팅) 콩과 비교하여 더 높은 반사율 강도를 생성한다.

구역(80)은 (사용된 특정 센서에 대해) 로스팅 강도 측정치가 콩 유형들 사이를 신뢰성 있게 구별할 수 있는 영역이었다는 것을 나타낸다.

따라서, 시스템은 컬러보다는 커피콩의 다크니스 레벨을 측정하고, 이는 더 단순한 감지 하드웨어를 가능하게 한다. 특히, 이 예에서, 동일한 IR 펄스 방출 및 검출이 비행시간 결정 및 다크니스 레벨 감지 둘 모두에 대해 사용된다. 거리에 대한 보정은 다크니스 레벨 측정을 더 정확하게 만든다.

시스템은 도 5에 도시된 유형의 미리 저장된 관계를 가져서, 측정된 결과(이는 플롯에서 단일 지점일 것임)가 가장 근접한 미리 저장된 함수와 페어링될 수 있고, 이에 의해 로스팅 레벨이 결정될 수 있게 한다. 로스팅 레벨은 예를 들어 3개 이상의 카테고리들 중 하나, 예컨대 3개 또는 5개의 카테고리로 정의된다. 로스팅 컬러와 로스팅 레벨 사이의 관계는 콩 유형에 비교적 독립적이어서, (보정된) 다크니스 레벨이 모든 콩 유형에 대한 로스팅 레벨의 양호한 지표이게 한다.

커피 머신 내에 통합될 때, 시스템은 커피 머신의 주 제어기(38)가 다양한 동작을 취할 수 있게 한다. 예를 들어, 커피 머신은 콩 저장소에 배치된 콩의 유형에 대해 사용자에게 통지하거나, 또는 다수의 콩 저장소가 커피 머신에 존재하는 경우 올바른 콩을 선택할 수 있다.

이어서, 브루잉 파라미터들은 분쇄기 미세도/거칠기 설정, 분쇄기로부터 커피 용기로의 투여량, 및 다른 브루잉 파라미터와 같은 최적의 설정으로 자동으로 조정될 수 있다.

커피 머신은 또한 특정 콩 로스팅 레벨에 특히 적합한 레시피를 추천할 수 있고, 유사하게 밀크 기반 커피 레시피의 경우에 밀크 유형을 추천할 수 있다.

분석 시스템은 로스팅 레벨이 결정되는 것을 가능하게 하는 것으로서 위에 기술되어 있다. 또한, 동일한 감지 시스템이 결정된 거리에 기초하여 커피콩 저장소 내의 커피콩의 양을 결정하는 데 사용될 수 있다. 거리는 커피콩의 상부 레벨인 것으로 가정될 수 있고, 따라서 커피콩 저장소의 충전 상태가 결정된다. 이러한 추가 정보는 커피 머신에 의해 다양한 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 커피콩의 결정된 양에 따라, 커피 분쇄(분쇄 시간 또는 분쇄 설정)를 제어하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 시스템은, 시스템에 거의 콩이 없을 때 분쇄 동작을 방지할 수 있거나, 또는 그것은 콩 레벨 표시 또는 경고가 소비자에게 제공되는 것을 가능하게 할 수 있다.

그것은 또한 자동 콩 주문을 위해 사용될 수 있고, 커피 브루잉 동안 커피 머신이 콩이 없이 가동되지 않을 것을 보장하는 데 사용될 수 있다. 이는 인터넷 연결을 갖는 커피 머신에 의해 달성될 수 있다.

본 발명은 임의의 콩 저장소 형상에 적용될 수 있고, 단순히 점유된 부피에 대해 저장소 내의 콩 레벨의 매핑을 필요로 한다. 도 6a는 커피콩 저장소(54)의 3가지 예들, 즉 절두 원추 형상의 저장소(좌측 이미지), 콩의 흐름을 허용하기 위해 하부에 원추 형상의 깔때기를 갖는 원형 실린더 형상의 저장소(중간 이미지), 및 콩의 흐름을 허용하기 위해 경사진 하부를 갖는 정사각형 실린더 형상의 저장소(우측 이미지)를 도시한다.

커피콩 저장소는 예를 들어 커피콩의 최대 질량을 150 g 내지 400 g의 범위로 유지한다.

도 6b에 도시된 벽 각도(α)는 예를 들어 25° 내지 90°(수직)이다.

폭(dw)은 전형적으로 100 mm 내지 200 mm이다. 너무 작은 폭은 센서 배치에 문제를 야기할 것이다. 최대 폭은 예를 들어, 사용되는 센서의 범위 및 최소로 요구되는 벽 각도에 의해 결정된다.

높이(dh)는 전형적으로 100 mm 내지 200 mm이다. 최소 높이는 최소로 요구되는 벽 각도에 의해 결정되고, 최대 높이는 사용되는 센서의 범위에 의해 결정된다.

도 7은 시험 결과를 도시하고, 500 ml 비커에 대한 콩 질량(그램 단위의 y-축) 대 센서 출력 거리(mm 단위의 x-축)를 보여준다. 그래프는 거리와 콩의 질량 사이의 선형 관계를 보여준다.

센서의 출력은 얼마나 많은 콩이 저장소 내에 있는지를 사용자 인터페이스 상에 나타내는 데 사용될 수 있다. 커피 머신이 인터넷에 연결되는 경우, 대신에 앱이 얼마나 많은 콩이 저장소에 있는지를 나타내는 데 사용될 수 있다. 이어서, 커피 머신은 소정의 미리 설정된 콩 레벨 또는 소비자에 의해 표시된 레벨에서 콩을 자동으로 주문할 수 있고/있거나, 저장소를 충전하거나 새로운 콩을 주문하도록 소비자에게 경고될 수 있다.

커피콩의 양에 대한 지식은 또한, 콩 레벨이 너무 낮을 때 커피 머신이 소정 레시피를 제조하는 것을 방지하는 데 사용될 수 있다. 시스템은 또한 새로운 콩이 충전되었을 때를 검출할 수 있고, 새로운 콩에 기초하여 설정이 조정되어야 하는지 여부를 사용자에게 물어 볼 수 있다.

위의 예는 반사 측정 및 비행시간 측정 둘 모두에 대한 IR 펄스의 사용에 기초한다. 그러나, 거리 측정 및 다크니스 추정은 별개의 시스템일 수 있다. 거리 측정은 예를 들어 전자기 스펙트럼의 상이한 부분을 다크니스 측정에 사용할 수 있다. 공유 센서는 거리 측정 광 및 다크니스 감지 광을 구별하기 위한 필터를 가짐으로써 여전히 사용될 수 있다.

위의 예에서, 거리 측정은 비행시간 광학 센서에 기초한다. 그러나, 거리는 하기에 개괄된 바와 같이 다른 방식으로 결정될 수 있다:

용량성 측정

이는 용기 벽 상에 전극 배열을 사용하는 것을 수반할 수 있다. 전극 근처의 콩의 존재는 상대 투자율을 증가시킬 것이며, 따라서 측정된 총 커패시턴스를 증가시킬 것이다. 단일 전극, 콩 특성을 보정하기 위한 추가 기준 전극을 갖는 단일 전극, 및 이산 레벨 감지를 위한 다수의 전극을 포함하는 상이한 전극 배열들이 사용될 수 있다. 커패시턴스 측정은 인터디지털 센서를 형성하는 콤 전극을 사용할 수 있다.

초음파 감지

초음파 거리 센서가 콩 레벨과 센서 사이의 거리를 측정하는 데 사용될 수 있다. 센서는 사운드 방출기 및 수신기를 사용한다. 방출기는 공기를 통해 사운드 펄스를 전송한다. 이러한 펄스는 가장 가까운 물체로부터 반사되고, 펄스는 다시 사운드 수신기로 복귀할 것이다. 따라서, 센서와 물체 사이의 거리는 음향 비행시간에 기초할 수 있다.

광 반사

콩의 존재는 반사 스트립으로부터의 반사 경로를 차단하는 데 사용되어, 콩 레벨이 반사 경로가 존재하는 제1 높이로서 결정될 수 있게 할 수 있다. 레벨 감지 기능을 제공하기 위해 광 게이트(light gate)들이 다수의 지점에 제공될 수 있다.

반사에 기초한 IR 근접 센서

센서는 IR 광 방출기 및 포토다이오드를 포함할 수 있다. 방출기는 IR 펄스를 전송하는 데 사용되고, 물체가 존재하는 경우, 이러한 광은 물체에 의해 다시 포토다이오드로 반사될 것이다. 콩은 광을 반사시켜, 센서가 단일 지점에서 콩 존재를 검출하는 데 사용될 수 있게 한다. 다수의 센서를 사용함으로써 다수의 레벨이 검출될 수 있다.

본 발명은 완전 자동 커피 머신에 특히 관심이 있지만, 이는 내부의 커피콩 저장소(및 분쇄기)를 통합하는 임의의 유형의 커피 머신에 적용될 수 있다. 그것은 또한 분쇄 설정(예컨대, 분쇄물 크기 및 분쇄 기간)을 제어하기 위해 독립형 분쇄기에 적용될 수 있다.

개시된 실시예에 대한 변형이 도면, 본 개시내용 및 첨부된 청구범위의 연구로부터, 청구된 발명을 실시하는 데 있어서 당업자에 의해 이해되고 달성될 수 있다. 청구범위에서, 단어 "포함하는"은 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 단수 형태(부정 관사 "a" 또는 "an")는 복수를 배제하지 않는다. 단일 프로세서 또는 다른 유닛이 청구범위에 인용된 여러 항목들의 기능들을 충족시킬 수 있다. 특정 조치가 서로 상이한 종속항에서 언급된다는 단순한 사실은 이들 조치의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 나타내지 않는다. 용어 "~하도록 적응된"이 청구항들 또는 설명에서 사용되는 경우, 용어 "~하도록 적응된"은 용어 "~하도록 구성된"과 동등한 것으로 의도된다는 점에 유의한다. 청구범위 내의 임의의 도면 부호는 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims

커피콩을 분석하기 위한 시스템으로서,
커피콩의 다크니스 레벨(level of darkness)을 감지하기 위한 광 센서(72);
상기 광 센서와 상기 커피콩 사이의 거리를 결정하기 위한 거리 센서(72, 74); 및
상기 결정된 거리를 사용하여 상기 감지된 다크니스 레벨을 보정하여, 이에 의해 보정된 다크니스 레벨을 획득하도록 적응된 프로세서(74)를 포함하는, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 광 센서는 상기 커피콩으로부터의 반사율을 측정하기 위한 것인, 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 거리 센서는 비행시간 센서를 포함하는, 시스템.
제3항에 있어서, 상기 비행시간 센서는 광원을 포함하고, 상기 비행시간 센서는 상기 광 센서를 사용하여 비행시간을 결정하는, 시스템.
제4항에 있어서, 상기 광원은 적외선 레이저를 포함하고, 상기 광 센서는 적외선 광을 감지하도록 적응되는, 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 보정된 다크니스 레벨로부터 로스팅 레벨을 출력하도록 적응되는, 시스템.
커피 머신으로서,
물 저장소(30);
물 히터(34);
물 펌프(36);
커피콩 저장소(54);
분쇄된 커피 출구를 갖는 커피 분쇄기(56);
상기 커피 분쇄기로부터 분쇄된 커피를 수용하기 위한 커피 용기(18);
가열된 물을 상기 커피 용기에 전달하기 위한 물 전달 시스템;
상기 커피콩 저장소 내의 커피콩의 로스팅 레벨을 결정하기 위한 제6항의 분석 시스템; 및
커피 브루잉을 제어하기 위한 제어기(38)를 포함하는, 커피 머신.
제7항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 결정된 로스팅 레벨에 따라,
커피 브루잉 파라미터들;
커피 분쇄 파라미터들;
상기 커피 용기로의 분쇄된 커피의 투여 중 적어도 하나를 제어하도록 적응되는, 커피 머신.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 결정된 로스팅 레벨;
상기 결정된 로스팅 레벨에 대한 커피 레시피 조언;
상기 결정된 로스팅 레벨에 대한 커피 맛 옵션들;
상기 커피콩 유형의 검출된 변화 중 하나 이상을 나타내는 출력을 사용자에게 제공하도록 적응되는, 커피 머신.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분석 시스템의 프로세서는 결정된 거리에 기초하여 상기 커피콩 저장소 내의 커피콩의 양을 결정하도록 추가로 적응되는, 커피 머신.
제10항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 커피콩의 결정된 양에 따라, 상기 커피 분쇄를 제어하도록 적응되는, 커피 머신.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 커피콩의 결정된 양에 따라, 어떤 커피 레시피들이 완료될 수 있는지를 결정하도록 적응되는, 커피 머신.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 커피의 결정된 양에 따라, 자동 콩 주문을 구현하도록 적응되는, 커피 머신.
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 커피콩의 나머지 양을 나타내는 출력 신호를 제공하도록 적응되는, 커피 머신.
커피 분쇄 시스템으로서,
커피콩을 위한 커피콩 저장소;
커피 분쇄기;
상기 커피콩 저장소 내의 커피콩의 로스팅 레벨을 결정하기 위한 제6항의 분석 시스템; 및
상기 로스팅 레벨에 기초하여 커피 분쇄기 설정들을 제어하기 위한 제어기(38)를 포함하는, 커피 분쇄 시스템.