TWI386871B - 用以控制在一諸如一咖啡機的一飲料自動販賣機中填注一杯子的裝置及方法 - Google Patents

Description

用以控制在一諸如一咖啡機的一飲料自動販賣機中填注一杯子的裝置及方法

本發明之領域屬於諸如一咖啡機或類似設備之飲料自動販賣機。

有些飲料自動販賣機是利用含有待予擷取或待予溶解之成分的密封咖啡包(capsule)；對於其他機器，會在該機器內儲存這些成分且予以自動摻入，或者是在飲料備製時刻加入。

多數的咖啡機擁有含一用於通常為水質之液體的泵浦之充填構件，該者可從一水源汲取冰冷、或是透過像是加熱電阻器、保溫器等等之加熱構件而確經加熱過的液體。

將飲料充填在像是瓷杯或玻璃杯之容器內的動作，通常是按數種不同方式加以控制。

在某些模式下，可藉由將數個充填程式儲存在一控制器內來完成充填控制，該控制器本身命令泵浦的啟動時間，並透過一繼電器來停用泵浦。一項缺點衍自於一項事實，即根據機器狀態，例如直線比例尺的刻度數，實際上所遞注的容積會顯著地改變。從而，利用一流量計，並且藉由一可倒數經記錄於安裝在液體供應電路內之流量計上的脈衝數之控制單元，按自訂方式來完成這項充填控制。然而，一項缺點即在於必須要按照所需遞注之不同容積的數目，提供一系列的操作按鍵。例如，在傳統咖啡機裡，會需要一個用於超濃咖啡(25毫升)的「ristretto(特濃義式濃縮咖啡)」按鍵，一個用於濃咖啡(40毫升)的「espresso(義式濃縮咖啡)」按鍵，以及一用於「淡」咖啡(110毫升)的「long」按鍵。不習慣於使用機器的使用者會有混淆的實際風險；這通常會導致過量地遞注濃咖啡，或是從咖啡杯中溢出。另一項缺點則來自於缺少彈性，對於使用者來說，也許會想要依所選密封咖啡包或飲料之型態而定的中量。流量計亦缺乏精確度，或是其精確度因刻建於其表面上之刻度而受到影響。另一項缺點是流量計的控制並不會考慮所生泡沫之量值的事實；這對於易生泡沫之產品會導致泡沫溢出。

另一種模式包含由一按鍵、拉桿或一些其他操作構件，提供以人工方式啟動及關閉泵浦。換言之，使用者單獨可負責暫止進入杯子內的飲料液流。不過，這會引生數項缺點。其中一項是使用者在飲料流出的過程中必須一直保持注意；若否，系統會繼續遞注液體：從而溢出風險相當常見。另一項缺點是肇因於諸如此項之人工控制並不精確的事實。使用者接著會遭遇到重製本身(該使用者)通常想要之充填物的困難，特別是在當飲料或多或少會產生泡沫時尤甚；這在以液體充填杯子之控制操作時會愚弄使用者。

另一種在實作上較為複雜且較為昂貴的控制模式則包含在各項成分之包裝局部(例如一密封咖啡包)上的辨識構件，像是條碼，此者會傳送指令給機器，藉此裁訂待予遞注的容積。按相同方式，該系統利用所記錄的程式運作以啟動泵浦，並取得源自於一流量計的資料。

專利申請案第WO 97/25634號是有關於一種用以利用輻射能量之三角方法概念，在一目標視窗內偵測諸如一容器之物體的位置之方法及裝置。這種裝置利用一第一對及第二對發射器及接收器，並利用三角計算作業來偵測是否出現容器。這種裝置並不適合偵測在一容器內之飲料的水位。

美國專利第4,458,735號是關於一種用以自動控制一像是「奶昔」之飲料遞注到一由半透明的紙張或發泡材料所製成之容器內的裝置。容器被放置在一輻射來源下，該者將一光線導引朝向該容器的邊緣；此光線通過該容器，並被一位於該容器之相對側上的輻射偵測器所偵得。由該偵測器所接收的信號會與一信號值位準相比較，而當所衰減之信號低於該信號值位準時即停止遞注。由於其中偵測該入射信號並加以比較的方式之故，這種裝置無法提供足夠的偵測精確度，特別是對於咖啡容器。此外，這個裝置不適合不透明的容器。最後，該裝置無法選擇某人的充填位置。

因此，本發明之目的在於藉由提供一種用以控制容器充填且在使用上簡易、可靠之裝置，解決飲料自動販賣機的缺點，特別是咖啡機，其中該裝置可簡化使用者的機器操作程序，並且對於所用容器之所有容量進行自我調適。本發明亦可藉由控制產品充填，包含所產生之泡沫層，而更特別地適用於產生泡沫的產品。

因此，本發明是有關於一種用以控制由一飲料自動販賣機對一容器充填液體之處理的裝置，其包含用於以液體充填該容器之構件；一控制動作之構件，藉以命令該充填構件的停止作業。此者亦包含一用以標記在該容器內之液體充填位準的視覺標記構件；一朝向該容器發射一信號之構件；一接收一入射信號之構件，此者可接收自該容器所回返的入射信號。該控制構件可配置以藉由按照此信號，測量代表該容器內之充填位準的至少一變數，來處理該入射信號，並在當該變數觸抵或超過某一預定臨界值時，命令該構件停止該充填處理。

在本發明之情境下，該名詞「超過」是按照所監視之變數所定而表示朝上或朝下的變化性。

根據一具體實施例，此變數可為由一系列之光電接收器所測出的入射光線位移量。這可引證出位移量的控制會特別地精確，並且特別是較不易受到像是蒸汽、容器顏色、飲料性質(液體/泡沫)等等外部因素變化所影響。

亦可將多項變數併為組合，藉以改善偵測精確度。例如，偵測作業可為單項，而同時地與一入射光線位移量相關聯且與此光線之強度相關聯。特別是，可在例如按至少一橫列所放置之數個光電接收器上偵測該入射信號的強度變化。因此，可由數個光電接收器所偵得之位移量，以及在該等光電接收器至少一者上之信號強度兩者的合併變化性，即可保證較佳的偵測精確度，且因此回應該充填構件的停止命令。

最好，該接收器構件放置方式是接收來自該容器之內側的入射光線。如此，可精確地完成該偵測作業，無論該容器之性質如何，尤其是即使對於非透明性容器亦同。

在本發明之情境下，可將該強度變化性瞭解為一種光線強度本身，或是一代表或記錄此光線強度變更之電子或影像(例如像素)或光信號的變化。

從而，根據本發明之裝置可提供使用者所欲充填位準的視覺標記，作為該使用者欲加使用之容器的一項函數。因此，使用者可進行所選充填位準的視覺檢查，且若該人發覺並不適當，則如必要可修改充填位準。一旦已執行該位準標記處理之後，隨即自動地完成充填停止處理，而使用者本身無須憂心進行此停止作業。充填停止處理並非接繫於一預先程式設定之時間或者連附於一發自於一流量計之脈衝倒數，而為代表該液體充填位準之至少一變數的函數。換言之，可在各次循環過程中確保該充填處理的精確度。

最好，該視覺標記構件可按所欲充填之位準的函數，改變該信號之位置的方式而位移。最好，該等標記、發射及接收構件可為一個整體一起位移，藉此保證無論該標記之位置如何，皆可維持各項發射及接收條件。

該視覺標記構件可藉由像是指入該容器且由一光發射器模組所產生之光線的發光處理所具體實作。此一系統之優點在於其精巧，並且可提供高度的標記精確性，特別是在當該光發射器模組產生一顯著光線強度並包含聚焦該光線之構件時。一較佳構件包含一具雷射型態之強烈光源。一光發射器模組之優點亦有關於其經併合以標記處理之使用性而作為一信號發射構件。如此，該光發射器模組關聯於一接收入射信號的光接收器模組，此入射信號源自於朝向該容器之標記邊壁，及/或當該液體在該容器內上升時該液體之表面，所發射信號的反射。

如此，該信號發射構件係一用以產生一肉眼可見之光線的光發射器模組。該可見標記構件係在該容器裡源於由該光發射器模組所產生之光線的光點。該光點經定位以標記出該容器內的所欲飲料位準。該接收構件係一經配置以感測出回返自該容器之入射光線的光接收器模組。該控制構件係配置以測量由該光接收器模組所接收之入射光線的強度及/或位置變化性。該控制構件亦配置以當該入射光線之信號的強度及/或位置觸抵一預設的強度及/或位置變化的臨界值時，命令該充填構件停止。此一系統之優點在於特別地精確，尤其是當所決定的變數與該入射信號之位置的變化性相關聯時。

詳細地說，當該液體或泡沫觸抵該光點時，後者會移動至該液體或泡沫的表面；因而該位移產生一回返至該接收模組之入射光線的角度變化。即使是細微變化亦可由該控制構件所偵得，並因而可停止該充填構件。

根據一較佳模式，該光接收器模組包含一具至少一橫列之光二極體的相機；該橫列經定向藉以按可由一或多個光二極體在該橫列上偵測到該光線之位置變化的方式接收入射光線。一相機之優點基本上是關聯於可讀取一未必僅與光線強度，而係與入射光線之位置，相關聯之變化性的能力。詳細地說，光線強度會被關聯於各種像是容器顏色、繞於該容器之週遭蒸汽、外部亮度等等之外部因素的充填條件所影響，而造成該裝置失效。入射光線位置的變化對其而言會較不受到關聯於這些外部因素之充填條件的變化所影響。一具離散光敏元件之相機的優點來自於取決所生產之光二極體或是像素的數量的測量精確性。從而，高達一像素之精確度：藉由虛擬像素之內插法甚達半個像素，即屬可能；這可供當在相機上偵測到的光線位置即使是僅改變一極微量值時，亦能立即停止充填構件。

有關於其定位，該等光二極體之橫列最好是在與由該光發射器所產生之光線相同之平面內，且按一相對於該光線為非零角度的指向。此一指向可令藉由確保入射光線沿此橫列之位移量，而能夠使用一具一單一橫列之光二極體的相機。當然，除共平面以外，該傳輸及該接收模組的相對位置會要求使用具多個光二極體橫列之相機；這亦為可能，然會是在複雜信號處理的情況下。

該相機會最好是關連於一經放置在其前端之光學裝置，藉此能夠令該相機之角度聚焦靠近於該光點之區域。在一更特定的模式下，該相機亦可擁有其本身的信號控制、測量及處理構件，以令其在該光二極體之橫列上產生一差分強度分布(強度分布又稱為「差分影像向量」)。之後，相關於此差分影像向量的變化可由一適於該裝置的控制單元所偵得。

根據本發明之一特定特點，該裝置因此包含控制構件，其係配置以進行如下項目：－決定該入射光線於該橫列上之相對初始位置，因此對應於在該容器內的初始光點位置；－偵測該入射光線在該橫列上之位置的變化量，這對應於因該容器內之液體升高所產生的光點位置變化；－依照一預設容忍臨界值，按該位置之變化而令以停止該充填構件。

按一更特定之方式，該控制構件進行在該等光二極體上之入射光線強度的測量作業。這些測量作業可獲得該強度在該等光二極體之橫列上的分布方式(所謂的「影像向量」)，然後可決定例如撞擊到該橫列裡某一特定光二極體之最大強度的點處。液體升高產生一從該光點到該相機之距離的變化，這可藉由在該橫列之光二極體上的散射轉變為該入射光線的修改，從而更動該強度分布或影像向量。這個影像向量的更動對應於多項變化，其中包含例如最大強度點(或像素)在該橫列上的位移量；例如從某一光二極體至另一鄰近者。

可測量並偵得其他更多值得注意的變動，令以與該影像向量廓形之變動相比較，例如該影像向量之斜度變化及/或一在該斜度上所內插之子像素，而能改善偵測精確性。可藉由該光接收器模組(該相機)本身的電子設備來決定這些變數，並且可藉由該控制單元來監視關聯於這些變數的變動。例如，可測量出一於一位在該影像向量之強度平均值上的像素與一位在該影像向量之該強度平均值下的像素間之斜度。此斜度在該循環開始時會被記錄為一參考變數，然後由該光接收器模組重複地重新計算。當斜度因入射光線的位置變動而改變時，這項變化會被該控制單元所偵得，且當此變化觸抵或超過一給定臨界值時，該控制單元即對該構件停止充填處理。另一項可能變數為內插於在該影像向量之強度平均值另一側上之兩個像素間的該斜度上之虛擬子像素的強度值。同樣地，該光接收器模組重複地決定此虛擬子像素之強度值；並且會由該控制單元來監視此一數值的變化。當然，熟諳本項技藝之人士可將其他相關於該影像向量的變數視為相關者，藉以改善該偵測作業的精確度及/或可靠性。

最好，該控制構件係配置以控制來自該光發射器模組在脈衝信號模式下發射之光線的發射作業，因此可藉由差分測量作業來處理該光接收器模組的接收信號，其中該差分測量作業包含藉由在一由該光接收器模組於該光信號發射過程中所產生之影像向量，與一由該光接收器模組於該光發射器模組進行之兩次光信號發射過程中所產生之影像向量間的差分處理，來決定該入射光線的位置。

換句話說，該裝置按照一差分測量模式而運作，藉此消除源於像是周遭光線變化、容器上之顏色及樣式，或是其他可能擾亂因素的外部條件變動之雜訊位準。在測量作業的差分模式下，該控制單元取得兩個強度變化(或影像向量)之間的差值，一個出現有光線，另一者則在當光線消失時；此一差值可導致消除掉部份的強度或是與該光信號本身無關之「雜訊」。這會獲致該裝置更佳的精確度與更佳的可靠性，無論外部條件如何皆然。

根據本發明之裝置亦包含一操作部件，該者在各充填循環開始時可至少命令：－啟動該充填構件以液體充填該容器；－藉由該控制單元進行充填該容器之控制處理的初始化。

為讓使用者能夠調整在該容器內的充填位準，該光發射器模組經配置以藉以能夠移位，俾按該所選之充填位準的函數來修改該光點位置。

最好，該等光發射器及光接收器模組可經某一角區段而共同地移位。該等可按手動方式，或藉由像是一電子馬達之輔助構件，而移位。

當然，在一替代方法裡，該信號之發射及接收構件可為固定而容器的位置為可變，藉以讓使用者能夠按照其要求依視覺方式標定該位準。為此，可對該裝置提供以有一可移位容器之可移動構件，以便能夠按在該容器內的所欲位準之函數移位該容器。

在一種可能的替代方法裡，該視覺標記構件可為機械式。這可例如為一能夠沿一尺規而滑動之可移位機械指標；該指標可在該容器外依所欲之液體位準給定一位準指示。

在標記構件為機械式之情況下，該信號傳輸及接收構件本質上會以超音波為佳。

在此情況下，該裝置最好包含：一信號發射器構件，此為一朝指向該容器內之液體表面的超音波產生器；該信號接收器構件，此為一由該液體表面所反射之音波的接收器；代表所欲位準之視覺標記構件，可在該液體表面與該音波接收器之間建立一理論距離的臨界值，該控制構件可在充填的過程中測量於該液體與該接收器之間的實際距離，並在當該實際距離觸抵或超越對應於由該標記構件所標定之位準位置的理論距離之臨界值時，即命令停止該充填構件。

本發明亦有關於一種用以在由一飲料自動販賣機配發飲料的過程中，控制一容器之充填處理的方法，其特徵在於該方法包含：－在該容器內所欲液體位準的視覺標記處理；－朝向該容器發射信號；－接收一來自於該容器之入射信號；－監視一與該入射信號相關，並且代表該液體位準觸抵該容器之變數；以及－當該變數觸抵或超過一預設臨界值時，命令停止該容器的充填處理。

在一較佳模式下，可藉由在該容器內之所欲位準的位置處點出一光線來完成該視覺標記處理；可藉由發射該光線來完成該信號發射；可藉由按一非零角度接收該入射光線來完成該信號接收；可由一相機藉測量該入射光線之位移量來完成監視至少一變數；在當該光線之位移量觸抵或超過該入射光線位移量的某一預設臨界值時，即可命令停止。

在一更特定之模式下，該變數對應於一與由該相機之至少一橫列光二極體所產生之差分強度分布相關聯的參數。

現參照圖1，一咖啡機經圖繪載以參考編號1，而配備有一用以監視杯子充填處理的光電裝置2，該裝置可繞於水平軸I以旋轉方式所架置，供以導引該裝置，使得標記成為出現在該機器上之杯子的高度之函數。即按本質所知，一其上關聯於該裝置之示範性咖啡機包含一主體10，其包括用以產生一咖啡或其它型態之飲料的各項關鍵元件。在這些元件裡，一般可見一流管11、一用以擷出含於一(內部)密封咖啡包內之(各)成分量值的擷取模組、一用以對該擷取模組供應受壓液體之(內部)液體泵浦、一用以對該泵浦供應經加熱之液體的(內部)熱水器、一用以將該密封咖啡包插入該擷取模組內之機制12、一杯把手與液體集水盤13，以及一電流供應器14。

該控制裝置2可偵測在該杯子3內的飲料位準，在從該導管11流出後，可例如藉由停止該密封咖啡包擷取程序以暫止向該杯子充填飲料；一般說來是藉由關閉供應該擷取模組之液體泵浦。

該控制裝置包含一用以發射一具高強度之光線的模組20，以及一用以接收該入射光線之模組21。該發射模組最好是放置在該接收模組底下，藉以確保較佳的信號回返角度，甚至是對大尺寸之容器亦然。該發射模組20可藉由一能夠將該光線導引進入該杯子之內部表面上的瞄準器22產生一聚焦之光線40，而為一例如從1到2毫米以上之數階的微小尺寸光點41。該光點大小亦依照該容器材質之反射光線能力而定。例如，白色瓷器容器相較於黑色杯子會傾向於構成一較散漫的光點。

光線強度足夠之來源最好是一雷射或一基於一燈或一些其他產生光子發射之光電子組件(例如一LED)的光發射器。該模組亦包含一可將撞擊該容器之光線降至一相對較小之光點的聚焦構件。在為一雷射之情況下，會選擇該雷射以發射出一可由能夠偵測該雷射入射光線42之接收模組予以讀取的波長範圍內，尤其是在650奈米階的可見光範圍內。一種適合於本發明之裝置的雷射模組可為由Conrad Electronic按OLSH－703P編號所銷售之具可變焦距的二極體型態者。

用以接收該光線之模組最好為一電子相機。該者包含一在與所發射雷射光線相同之垂直平面內，然相對於該所發光線具一角度位移，而指向的光二極體橫列23。各光二極體為當該入射光線觸抵時可產生一電流的半導體。所產生之電流的強度會依照光線在該橫列上的散射程度而定，而主要是該入射光線的中心在受撞擊之光二極體上產生一最大電流強度。該等二極體23之橫列包含例如至少20個，而最好是至少50個，最多以100到200個為佳，其關聯於一放大電路及一像素資料支援功能的光二極體。各像素的數量、間隔與大小可調節該相機的精確度，並因此可調節所偵測之入射光線移動的容忍精確度。一般說來，像素的數量愈高，解析度即愈佳。像素為例如中心與中心相離約80－85微米而間隔。一種適合於本裝置之相機可如美國德州Plano市按TAOS品牌而依編號TSL 1401R所銷售者。

該相機21必須關聯於一放置在該相機前端之光學透鏡24，藉以將該相機的角度聚焦於該光點的範圍上。亦可有利地讓按某一波長之光線穿透而阻止不欲波長之光線通過的方式以關聯一濾光鏡。例如，極熱液體會產生接近於紅外線的輻射，因此對肉眼為不可見，其有必要可予以濾除，藉此避免相機飽和及/或測量錯誤問題。因此，一個紅外線不穿透之濾光鏡可消除掉這些輻射，並僅保留由發光構件所發射者。

即如圖2所示，該裝置包含一通常為一微控制器之控制單元5，此者依其本質可知自訂供應以一微處理器、各輸入及輸出區段(I/O)、一程式記憶體及一用於變數資料的記憶體。

該微控制器之輸入經耦接於一按鈕操作型態或等同方式之操作按鍵60，俾接收一用以啟動該充填循環之輸入信號。根據本發明之一優點，一單一操作按鍵足以對例如25、40與100毫升之不同大小的杯子，及不同種類之飲料，啟動該循環。該微控制器擁有一接至該雷射發射模組20的MOS型態輸出，以將一按一脈衝模式形式之信號配發至該雷射。因此，該雷射發射模組可產生一約50到500赫茲之頻率的光線脈衝。該脈衝模式會為較佳，這是因為這可改善入射信號的處理，並從受到例如杯子特徵(顏色、形狀、樣式)、蒸氣、週遭亮度等等之外部條件所擾動的各部分中，區別出該信號的可用部分。

該接收模組或相機21連接於該微控制器5之一輸入。由該相機所產生之信號為類比型態，這是因為這牽涉到光線強度數值，然後由一經整合於該微控制器之電路內的A/D轉換器轉換成數位模式。該信號可在光二極體上產生一電子強度分布，其為由撞擊該光二極體橫列之入射光線所產生的強度峰值形式。由該微控制器分析此信號，該者可決定出產生該最大電子強度的該(等)光二極體或像素。在脈衝雷射模式下，該微控制器之處理單元以給定頻率在差分模式下進行計算，藉以能夠藉由差分兩個強度測量值決定出最大強度；一個是在當開啟該雷射時所執行，另一者為當關閉雷射時所執行。

在該MOS型微控制器的另一個輸出上，會將一信號配發給一繼電器7，此者命令電子啟動該充填構件，即例如一活塞式泵浦8。應注意該充填構件可包含各種構件，像是液體傳輸、旁通及/或停止構件。這可為一泵浦、(各)閘器、(各)閥門或該等構件之一組合。該泵浦可為一活塞泵浦、一薄膜式泵浦、一蠕動泵浦或一些其他泵浦。

現將參照於圖2及3說明該裝置運作的方式。使用者按一穩定方式將其杯子放置於服務區內；亦即放置在該導管11底下之支架13的表面上。當雷射開啟後，使用者可按照令標記該杯子內部邊緣以對應於他所想要的充填位準之方式來指引雷射光。可按各種方式完成雷射的指向。一較佳方式為共同地繞於軸I旋轉的指向模組20、21，藉以按照所欲位準在該杯子中垂直地提升或降低該光線。該標記在該杯子內顯現如一高強度之小光點。一旦完成標記後，按下操作按鍵60即可開始新的充填循環。接著，該微控制器將一啟動信號配發給該繼電器7，這會啟動該泵浦8。然後即可開始備製(例如擷取或調製)飲料的程序。

如圖3所示，所發出之光線40於該杯子之內部表面30上產生一光點。該光點41在該杯子之內部表面30上的位置可將一入射光線42傳返朝向該接收模組21，在本例中為該線性相機。例如，該入射光線42及該所發光線40產生一根據反射表面之幾何性而定的角度A。接著，由該微控制器將該入射光線42之撞擊到該相機上的位置41按照影像向量形式而加以儲存。該微控制器決定哪一個光二極體產生最大電子強度；例如，光二極體橫列1號到128號的光二極體64號。當液體充填進入杯子內後，光點向上移動並朝向該杯子43的內側。由該液體及/或泡沫表面31所反射的光點43產生一按不同於角度A之角度B的新入射光線44。當產生泡沫後，會是泡沫的上部表面作為反射表面。該新的入射光線44會被該線性相機21所感測；這展現為產生該最大電子能量強度之光二極體或一組光二極體的變化；此一改變對應於影像向量的變化。例如，鄰近的光二極體65號現產生該最大電子強度；此強度會被測量並關聯於該像素號碼。由於所有的光二極體是按單一且相同時間跨距所測量，因此可獲得一按「影像向量」形式之強度分布。當位置測量的容忍度超過某一預設臨界值時，在本例中展現為在該影像向量中一或更多變數之變化，該微控制器配發一信號以開啟該繼電器；這會關閉該泵浦並暫止充填杯子。真實的充填處理停止，亦即實際液體流入該杯子，會依各種因素而定，特別是由該微控制器對該影像向量之變數或各變數所決定的容忍度，並且該液體容量結束流入其中含有各成分之密封咖啡包，並流入該流管內。因此定義最低可能容忍值會很重要，藉以限制光點被液體或泡沫表面所反射之時刻不再和來自機器的液流之時刻間有差值。

現將參照於圖4至6進一步詳細說明一較佳但非限制性的信號偵測及分析。

圖4顯示一用以按一差分模式取得影像向量，並決定關聯於這些影像向量之相關變數的演算法之個別循環。此循環可獨立地由該相機本身的系統所自訂實作。各樣本影像會被連續地按具有光束，然後不具有光束，之方式所捕捉。在一第一步驟100裡，會按照個別偵得之最大值的所有像素平均值之函數，自動地調整對於該相機之各像素電容器進行充電所必要的整合時間。可選擇其間各像素能夠接收光通量之時間，讓無一像素為飽和。此整合值與讀取該轉換結果之頻率無關。光線閃動頻率亦依整合時間之數值而定。

會運用兩個連續影像以擷取可用資訊。因此，第二步驟200包含取得一當雷射在開啟模式時的影像向量，以及一當雷射在關閉模式時的影像向量。更為精確地說，該影像向量為一強度值表，對應於由該橫列之像素所產生的強度分布。

在次一步驟300裡，該相機會計算出對應於兩個先前取得之影像向量間的差值之差分影像向量。這產生用以進行偵測所必要的資料。

一示範性差分影像向量可如圖6所示。然後自該向量決定多個強度值。所決定的第一個數值為最大強度(或峰值)位置450，按如像素編號所表示，且在步驟400中決定。後者對應於反射光點的中心，而反射光點對應於一或更多的像素。其次，在隨後步驟500裡可決定一第二數值，此者為一按斜度410之形式所表示的品質因數。為此，該相機在測試510過程中尋求平均值之下的像素440。此平均值僅由(最大值－最小值)/2所計算得出。一旦偵測到此像素440後，該相機在步驟520決定位於該平均值430之上的第一像素450。然後，由該相機在步驟530擷取出該斜度410，以作為位在該均值線之任一側的像素440及450邊緣間之接合線。然後，藉此斜度之助，在步驟600中內插一虛擬像素(或一子像素)460。此虛擬中介像素也會被運用於該位準偵測的計算中；這可改善偵測作業的精確性，同時保留相同的解析度。可由該相機在一迴圈中更新並重複該決定差分影像向量及相關變數的循環。

圖5顯示由該控制單元5按照在圖4之循環過程中所建立，並且由該相機傳送至該控制單元的各項資料及變數而進行的控制循環。該相機一直製備差分影像向量，並且該裝置會在待命模式下(步驟110)。然後由使用者啟動該按鍵(步驟120)，藉此開始一飲料擷取循環；換言之，會啟動該泵浦8，並且一測試可確認開始或是暫止行進中的擷取循環(步驟130－140)。在偵測程序開始時，各個具最大強度之像素的位置、子像素及斜度係作為參考值的已儲存變數(步驟150)。可在資料取得循環裡由該相機獲得這些變數，如圖4中所示。在擷取過程中，該系統可按規則性間隔(例如每50毫秒)讀取發送自該相機之資訊(步驟160)，並執行與各參考值相比較的測試(步驟170)。該等測試包含計算並監管例如最大強度的位置、斜度交替及子像素數值。接著，當該等一或更多變數相對於各參考值的變化觸抵或超過一預設的容忍臨界值時(步驟180)，該控制單元5藉由運作該繼電器7以停止擷取作業。

因此，應了解可藉由控制多項與撞擊到該光二極體橫列之入射光線所產生的強度分布替換相關聯之參數的變化(最大強度位置、子像素及斜度)，而對於相同解析度來提高精確性。

應了解可簡化該偵測方法，並且可僅含有測量及比較各最大強度數值，而無子像素的內插處理亦無斜度計算作業；然後僅在當該最大強度從一二極體改變至另一二極體時，方才完成該充填位準的偵測作業。

圖7及8說明本發明裝置之一第二可能模式，此為根據超音波傳播之原理而運作。該裝置2B包含一超音波發射器20B其垂直地裝設於放置該杯子3之區域上，藉以產生朝向該液體之表面31的音波40B。一用以接收來自該杯子內之液體表面的反射音波42B之超音波接收器21B被垂直地裝設在該杯子放置區域上。該接收器會略微地相對於該發射器而水平位移，例如相對於該流管11的相反側上。一機械標記系統9經提供於該放置區域側，並且儘量地靠近該杯子，藉以讓使用者能夠藉一可依一尺規刻度91垂直地移位之視覺標記游標90的輔助來標記該所欲位準。

相反於先前模式，這是以外部方式完成該標記處理。當然，應了解亦可將該機械標記替換為一雷射型態等等之標記器或光指標；以便在該杯子表面的內側或外部進行標記。

圖8顯示併同於一控制單元50之操作原理。該游標系統9關聯於一可變電阻器92，這可依游標在該尺規刻度上之位置的函數，復原一可變電壓測量來修改該控制器所發射的電壓。藉由校準作業，該電壓值可對應於在該液體表面與音波接收器之間的預設理論距離。此理論距離本身對應由該視覺標記游標90所標定之視覺位準。

在輸出模式下，該音波發射器20B經耦接於該控制單元，藉此在當啟動該按鍵60時，接收一來自於此之信號。在輸入模式下，該音波接收器可通知該控制單元分隔其與液體表面之實際距離的改換。當該液體觸抵或超過對應於該理論距離值之位準時，該控制單元即輸出一用以切截該繼電器7之信號，藉此暫止至該泵浦8的供應。

本發明可包含在熟諳本項技藝人士之範疇內的其他變化項目及組合，而不致因之悖離由後載申請專利範圍所定義的本發明框架。

1．．．咖啡機

2．．．光電裝置

2B．．．本發明之裝置

3．．．容器/杯子

5．．．控制單元

7．．．繼電器

8．．．活塞泵浦

9．．．機械標記系統

10．．．主體

11．．．流管

12．．．插入機制

13．．．集水盤

14．．．電流供應器

20．．．發射模組

20B．．．超音波發射器

21．．．接收模組/相機

21B．．．超音波接收器

22．．．瞄準器

23．．．二極體橫列

24．．．光學透鏡

30．．．內部表面

31．．．液體及/或泡沫表面

40．．．經聚焦之光線

40B．．．音波

41．．．光點

42．．．入射光線

42B．．．反射音波

43．．．光點

44．．．新入射光線

50．．．控制單元

60．．．操作按鍵

90．．．視覺標記游標

91．．．尺規刻度

92．．．可變電阻器

400．．．像素

410．．．斜度

430．．．平均值

440．．．像素

450．．．像素位置

460．．．虛擬像素/子像素

可自各後載圖式以更佳了解本發明且可浮顯進一步之特徵，其中：圖1代表一根據本發明之一較佳模式，經供應有用以控制杯子充填處理之裝置的咖啡機；圖2顯示圖1之裝置的功能性圖式；圖3顯示一根據本發明之裝置，於一無液體或泡沫之標記位置與一具有液體或泡沫表面之位置間的操作原理之詳細視圖；圖4顯示一用以決定由該光接收器模組，特別是由該相機，所處理之入射光線的各項變數之演算法範例；圖5顯示一用以按照由圖4之演算法所決定的各項變數，而由該裝置之控制系統進行控制的演算法範例；圖6代表，作為一範例，在對應於本發明裝置之光點的一組光二極體上所產生之強度分布的差分值(「差分影像向量」)；圖7代表一經供應有根據一第二具體實施例之控制裝置的咖啡機的簡略視圖；圖8顯示圖7之裝置的功能性圖式。

1．．．咖啡機

2．．．光電裝置

3．．．容器/杯子

10．．．主體

11．．．流管

12．．．插入機制

13．．．集水盤

14．．．電流供應器

20．．．發射模組

21．．．接收模組/相機

40．．．經聚焦之光線

41．．．光點

60．．．操作按鍵

Claims (23)

1. 一種用以控制由一飲料自動販賣機(1)以液體充填一容器(3)之裝置，其包含：用於以液體充填該容器之構件(8)；可運作以命令停止該充填構件之控制構件(21、5、50)；一用以在該容器內標記液體充填位準的視覺標記構件(20、40、41、9)；一朝向該容器發射一信號之構件(20、22、40)；及一接收一入射信號之構件(21、23、24)，其接收一回返自該容器之入射信號(42、42B)，該控制構件(21、5、50)係配置以：- 藉由按照此信號來測量代表該容器內該充填位準的至少一變數，以處理該入射信號(42、44)，及- 當該變數觸抵或超過某一預定臨界值時，即命令停止該充填構件(8)，其特徵為該視覺標記構件(20、40、41、9)是被安排用於指示一在該容器(3)上之使用者可見標記(41)，該在該容器(3)上之使用者可見標記(41)對應於在該容器內之該液體充填位準，該控制構件(21、5、50)是被安排當該液體到達該液體充填位準時命令該充填構件停止，該視覺標記構件(20、40、41、9)是使用者可控制以使該使用者可見標記(41)與該對應充填位準在容器(3)上移位至一使用者所選擇之修改後充填位準。
2. 如請求項1之裝置，其中標記該位準之視覺標記構件係一 發光構件(20、40、41、43)或機械構件。
3. 如請求項2之裝置，其中該具光線之標記構件(20、40、41)在該容器之內側邊壁(30)上標記一位置。
4. 如請求項3之裝置，其中該標記構件以一光點(41)形式產生一標記。
5. 如請求項2之裝置，其中該標記構件(9、90、91)在該容器外給定一位準指示。
6. 如請求項1至5中任一項之裝置，其中發射及接收該信號之發射構件及接收構件係光型態之信號構件(20、21)。
7. 如請求項1之裝置，其中該至少一變數係一由一系列光電接收器所測量之光入射信號的位移量。
8. 如請求項7之裝置，其中該信號發射構件係一用以產生一可見光之光線(40)的光發射器模組(20)；該視覺標記構件係一在該容器內，來自該光發射器模組所產生之光線的光點(41)；該光點經定位以標記在該容器內該飲料之所需位準；該接收構件係一光接收器模組(21)，其配置以感測回返自該容器之入射光線(42)；以及該控制構件係配置以測量一由該光接收器模組所接收之入射光線(42、44)之位置變化；該控制構件亦配置以當該入射光線之信號位置已觸抵一預設位置之變化的臨界值時，命令停止該充填構件。
9. 如請求項8之裝置，其中該光接收器模組包含一具至少一橫列之光敏光二極體(23)的相機(21)；該橫列經定向以按 由該一或多個光二極體在該橫列上偵測到該光線之位置變化的方式接收該入射光線(42、44)。
10. 如請求項9之裝置，其中該等光二極體(23)之定向係在與由該光發射器所產生之光線相同的平面內，並且按一相對於該光線為非零的角度。
11. 如請求項8至10中任一項之裝置，其中該光發射器模組係一基於一燈或一些其他光電子組件(LED)之雷射或光發射器，並且包含一聚焦構件(22)。
12. 如請求項8之裝置，其中該控制構件(21、5)係配置以：- 決定該入射光線(42)於該橫列(23)上之相對初始位置，因此對應於在該容器內的初始光點位置(41)；- 偵測該入射光線(44)在該橫列上之位置的變化，這對應於因該容器內之液體升高所產生的光點(43)變化位置；- 依照一預設容忍臨界值，以該位置之變化為函數而命令停止該充填構件(8)。
13. 如請求項8之裝置，其中該控制構件(21、5)係配置以亦偵測在該接收器模組上之強度變化，並依所測得強度之變化為函數來操作該充填構件(8)。
14. 如請求項8之裝置，其中可藉由測量、然後比較由該光二極體橫列所產生之強度分布(「影像向量」)、並且偵測與該影像向量相關聯之至少一變數的變化，來完成該入射光線(42)之位置變化的偵測作業。
15. 如請求項14之裝置，其中該控制構件(21、5)係配置以控 制來自該光發射器模組在脈衝信號模式下發射之光線的發射作業，因此可藉由差分測量作業來處理該光接收器模組(21)的接收信號，其中該差分測量作業包含：藉由在一由該光接收器模組(21)於該光信號發射過程中所產生之影像向量，與一由該光接收器模組(21)於該光發射器模組(20)進行兩次光信號發射過程中所產生之影像向量間的差分處理，來決定該入射光線的位置。
16. 如請求項8之裝置，其中該裝置包含一操作部件(60)，該操作部件(60)在各次充填循環開始時至少命令：- 啟動該充填構件(8)以液體充填該容器(3)的作業；- 由該控制構件之一控制單元(5)初始化該充填作業之控制處理。
17. 如請求項8之裝置，其中該光發射器模組(20、22)係配置以能夠移位，藉此能夠以該容器內所選之充填位準為函數來修改該光點位置。
18. 如請求項17之裝置，其中該等光發射器及光接收器模組(20、21)可共同地移位。
19. 如請求項18之裝置，其中該等光發射器及光接收器模組(20、21)可經某一角區段而移位。
20. 如請求項1之裝置，其中該等視覺標記構件、發射器構件及接收器構件可一齊位移，使得能夠修改該容器內之充填位準的標記。
21. 如請求項20之裝置，其中該等視覺標記構件、發射器構件及接收器構件可以手動方式或自動方式透過一角弧而 移位。
22. 一種用以在由一飲料自動販賣機配發飲料的過程中控制充填一容器之方法，該飲料自動販賣機具有一如前任一項所定義之裝置，其包含：- 調整在該容器上之該視覺標記以選擇在該容器內之該液體之一充填位準；- 朝向該容器發射一信號；- 接收一來自於該容器之入射信號；- 監視一變數，其與該入射信號相關並代表該液體在該容器內所達到之位準；以及- 當該變數觸抵或超過一預設臨界值時，命令停止充填該容器。
23. 如請求項22之方法，其中藉由在該容器內之所需位準的位置處點出一光線來完成該視覺標記處理；藉由發射該光線來完成該信號發射處理；藉由按一非零角度接收該入射光線來完成該信號接收處理；藉由一相機測量該入射光線之位移量來完成至少一變數的監視處理；當與該入射光線之位置相關聯的該變數之變化觸抵某一預設臨界值變化時，即予以命令停止處理。