用于控制饮料自动售货机例如咖啡机内的杯子填充的设备和方法

摘要

用于控制通过饮料自动售货机(1)向容器(3)填充液体的设备，该设备包括用于标记容器内的液体填充液面的可视标记装置(20，40，41)；朝向容器发射信号的装置(20，40)；接收入射信号的装置(21)，该装置接收从容器返回的入射信号；和构造成根据入射信号的变化命令填充停止的控制装置。

权利要求

1.用于控制通过饮料自动售货机(1)向容器(3)填充液体的设备，所述设备包括：用于用液体填充容器的装置(8)；

起作用以便命令填充装置停止的控制装置(21，5，50)；

用于标记容器内的液体填充液面的可视标记装置(20，40，41)；

朝向容器发射信号的装置(20，22，40)；以及

接收入射信号的装置(21，23，24)，该装置接收从容器返回的入射信号(42，42B)，所述控制装置(21，5，50)构造成以便：-通过基于入射信号(42，44)测量代表容器内的填充液面的至少一个变量来处理该入射信号，并且-当该变量达到或超过某一预定阈值时命令填充装置(8)停止，其特征在于，所述可视标记装置(20，40，41)设置成用于指示容器(3)上的用户可视标记(41)，所述容器上的所述用户可视标记对应于容器内的液体填充液面，所述控制装置(21，5，50)设置成当液体达到所述液体填充液面时命令填充装置停止，所述可视标记装置(20，40，41)能够被用户调节以便移动容器上的用户可视标记(41)并且将对应的填充液面调节至修改的用户选择的填充液面。

2.根据权利要求1的设备，其特征在于，液面的可视标记装置是光发射装置(20，40，

41，43)或机械装置。

3.根据权利要求2的设备，其特征在于，用光进行标记的装置(20，40，41)在容器的内壁(30)上标记位置。

4.根据权利要求3的设备，其特征在于，标记装置产生光点(41)形式的标记。

5.根据权利要求2的设备，其特征在于，标记装置在容器外部给出液面指示。

6.根据权利要求1-5中的一项的设备，其特征在于，发射信号的装 置和接收信号的装置是光类型的信号装置(20，21)。

7.根据权利要求1-5中的任一项的设备，其特征在于，所述至少一个变量是由一连串光电接收器测量的光入射信号的位移。

8.根据权利要求7的设备，其特征在于，信号发射装置是用于生成可见光线(40)的光电发射器模块(20)；

可视标记装置是由光电发射器模块生成的光线在容器中形成的光点(41)；该光点定位成标记所述容器内的希望的饮料液面；

接收装置是构造成检测从容器返回的入射光线(42)的光电接收器模块(21)；以及控制装置构造成测量光电接收器模块接收到的入射光线(42，44)的位置的变化；控制装置还构造成当入射光线信号的位置已达到一预定位置的变化的阈值时命令填充装置停止。

9.根据权利要求8的设备，其特征在于，光电接收器模块包括具有至少一排光敏性光电二极管(23)的照相机(21)；所述排被定向为接收入射光线(42，44)以便在所述排上通过一个或多个光电二极管检测光线位置的变化。

10.根据权利要求9的设备，其特征在于，所述排光电二极管(23)定向成与光电发射器生成的光线在相同的平面内，并且与所述光线成一非零度角。

11.根据权利要求8的设备，其特征在于，光电发射器模块是激光器或基于灯或一些其它光电子部件的光发射器，并且包括聚焦装置(22)。

12.根据权利要求9的设备，其特征在于，控制装置(21，5)构造成：-确定入射光线(42)在所述排(23)上的相对初始位置，该位置对应于初始光点(41)在容器内的位置；

-检测入射光线(44)在所述排上的位置的变化，该位置变化对应于由容器内液体的升高所引起的光点(43)的位置的改变；

-按照预定的公差阈值，根据所述位置的变化命令填充装置(8)停 止。

13.根据权利要求8的设备，其特征在于，控制装置(21，5)构造成还检测接收器模块上的强度的变化，并且根据测得的强度的变化操作填充装置(8)。

14.根据权利要求9的设备，其特征在于，通过测量并然后比较该排光电二极管产生的强度的分布即图像向量并检测与该图像向量相关的至少一个变量的改变来检测入射光线(42)的位置的变化。

15.根据权利要求14的设备，其特征在于，控制装置(21，5)构造成控制从光电发射器模块的光线的发射，该光电发射器模块以脉冲信号模式发射，从而光电接收器模块(21)的接收信号可通过差分测量处理，该差分测量是通过计算在光信号发射期间光电接收器模块(21)产生的图像向量与在光电发射器模块(20)的两次光信号发射之间光电接收器模块(21)产生的图像向量之间的差值来确定入射光线的位置。

16.根据权利要求8的设备，其特征在于，所述设备包括操作部件(60)，该操作部件在每个填充循环开始时至少命令：-启动用液体填充容器(3)的装置(8)；

-初始化通过控制装置的控制单元(5)进行的填充控制过程。

17.根据权利要求8的设备，其特征在于，光电发射器模块(20，22)构造成能够移动，以便能够根据容器内所选择的填充液面改变光点的位置。

18.根据权利要求17的设备，其特征在于，光电发射器模块(20)和光电接收器模块(21)可共同移动。

19.根据权利要求18的设备，其特征在于，光电发射器模块(20)和光电接收器模块(21)可移动通过一定的角扇形。

20.根据权利要求1的设备，其特征在于，

所述可视标记装置、发射信号的装置和接收入射信号的装置一同移动，以便使得可改变容器内的填充液面的标记。

21.根据权利要求20的设备，其特征在于，可视标记装置、发射信号的装置和接收入射信号的装置可以手动或自动方式移动通过一扇形弧。

22.用于在饮料自动售货机分配饮料期间控制容器的填充的方法，所述饮料自动售货机具有根据任一项前述权利要求的设备，所述方法包括：-调节在容器上的可视标记以选择容器内的液体填充液面；

-朝向容器发射信号；

-接收来自容器的入射信号；

-监控与入射信号有关并且代表容器内达到的液面的变量；以及-当该变量达到或超过预定阈值时命令停止容器的填充。

23.根据权利要求22的方法，其特征在于，

通过使光线指向容器内的希望的液面的位置实现可视标记；

通过发射所述光线实现信号发射；

通过以非零度角接收入射光线实现信号接收；

通过使用照相机测量入射光线的位移实现对至少一个变量的监控；

当与入射光线的位置相关的所述变量的变化达到某一预定阈值变化时命令停止。

说明书

用于控制饮料自动售货机例如咖啡机内的杯子填充的设备

和方法

技术领域

[0001] 本发明的领域属于饮料自动售货机例如咖啡机或类似设备。

背景技术

[0002] 一些饮料自动售货机使用容纳有待提取或溶解的成分的胶囊；对于其它机器，成分被存储在机器内并自动地定量供给，或者在制备饮料时添加。

[0003] 大多数咖啡机具有包含用于液体通常是水的泵的填充装置，该泵从水源抽吸冷的或通过加热装置例如加热电阻器、加热块等加热的液体。

[0004] 通常以多种不同的方式控制在容器例如杯子或玻璃杯内的饮料的填充。

[0005] 在一些模式中，对填充的控制可通过在控制器内存储多个填充程序来完成，该控制器本身经由继电器控制泵的起动时间并停止泵。其缺陷源于这样一个事实，即根据机器的状态例如水垢的程度，实际传送的体积可发生很大变化。结果，填充控制通常使用流量计并通过控制单元完成，该控制单元对位于流体供应回路上的流量计上记录的脉冲数进行倒计数。但是，缺陷在于必须提供一系列依赖于将被传送的不同体积的数量的操作按钮。例如，在传统咖啡机中，“ristretto”按钮用于超小杯咖啡(25mL)，“espresso”按钮用于小杯咖啡(40mL)，而“long”按钮用于大杯咖啡(110mL)。对于不习惯使用该机器的用户来说有很容易发生混淆的危险；这通常会导致输送过浓的咖啡或者咖啡从杯中溢出。另一个缺陷源自对于根据所选择的胶囊或饮料的类型可能希望中等体积的用户缺少灵活性。流量计还可能缺少精度或者其精度由于其表面上建立的刻度而受损。另一个缺陷源自这样的事实，即流量计的控制没有考虑所产生的泡沫的量；对于泡沫非常多的产品这会导致泡沫溢出。

[0006] 另一种模式在于通过按钮、操纵杆或一些其它的操作装置实现泵的手动起动和停止。换句话说，用户仅负责暂停饮料向杯子内的流动。但是，这会导致一些缺陷。一个缺陷是在饮料流动期间用户必须专心；否则系统继续输送饮料，因此溢出的危险会非常普遍。另一个缺陷起因于此手动控制不精确这一事实。用户然后在再次填充时会遇到困难，尤其是当饮料会产生或多或少的泡沫时用户往往希望再次填充；这会在用液体填充杯子的控制中欺骗用户。

[0007] 另一种更加复杂且实现起来更加昂贵的控制模式包括成分的包装部分(例如胶囊)上的识别装置例如条形码，该识别装置向机器传递指令以便调整将被输送的体积。同样，此系统使用记录的程序起动泵，并获取源于流量计的数据。

[0008] 专利申请WO 97/25634涉及一种用于使用辐射能三角测量的概念检测目标例如容器在目标窗口内的位置的方法和设备。这种设备使用第一对和第二对发射器和接收器，并使用三角计算来检测容器的存在。这种设备并不适合于检测容器内的饮料的液面。

[0009] 专利US 4458735涉及一种用于自动地控制将饮料例如“奶昔(milkshake)”输送到由透明纸或泡沫材料制成的容器中的设备。该容器放置在辐射源的下方，该辐射源使光射线指向容器的边缘；该射线通过容器并通过位于容器的相对侧上的辐射检测器检测。将检测器接收到的信号与信号值等级比较，并且当被削弱的信号下降到低于信号值等级时停止输送。这种设备由于检测入射信号然后进行比较的方式而尤其是对于咖啡容器没有足够的检测精度。此外，此设备不适合于半透明容器。最后，该设备不能选择填充位置。

[0010] 因此，本发明的目的是通过提供一种用于控制容器的填充的设备来解决饮料自动售货机尤其是咖啡机的缺陷，该设备易于使用、可靠，简化了用户对机器的操作并且适合于所使用的所有容量的容器。本发明还尤其可应用于这样的产品，该产品通过控制包括生成的泡沫层的产品的填充来生成泡沫。

发明内容

[0011] 因此，本发明涉及一种用于控制通过饮料自动售货机向容器填充液体的设备，该设备包括用于用液体填充容器的装置；起作用以便命令填充装置停止的控制装置。该设备还包括用于标记容器内的液体填充液面的可视(视觉)标记装置，朝向容器发射信号的装置；接收入射信号的装置，该装置接收从容器返回的入射信号。控制装置可构造成通过基于入射信号测量代表容器内的填充液面的至少一个变量来处理该入射信号，并且当所述变量达到或超过某一预定阈值时命令填充装置停止。

[0012] 在本发明的上下文内，术语“超过”根据所监控的变量表示向上或向下的变化。

[0013] 根据一个实施例，此变量可以是通过一连串的光电接收器测量的入射光线的位移。已经证明对位移的控制尤其精确，并且特别是受外部因素例如蒸汽、容器颜色、饮料特性(液体/泡沫)等变化的影响较少。

[0014] 还可结合考虑一些变量以便提高检测精度。例如，检测可同时涉及入射光线的位移以及此光线的强度。具体地，可在例如设置成至少一排的多个光电接收器上检测入射信号的强度的变化。因此，通过多个光电接收器可检测到的位移以及至少一个该光电接收器上的信号强度的组合变化使得可确保检测以及填充装置对停止命令的响应更精确。

[0015] 优选地，接收器装置放置成接收来自容器内侧的入射光线。因此，不管容器的特性如何、特别是即使对于不透明的容器，仍可精确地检测。

[0016] 在本发明的上下文中，强度变化应理解为是光强度本身的变化，或者是代表或记录此光强度的改变的电或图像(例如像素)或光子信号的变化。

[0017] 因此，根据本发明的设备根据用户想要使用的容器提供用户希望的填充液面的可视标记。用户因此可对选择的填充液面进行目测检查，如果必要的话，可在发现其不合适时修改填充液面。一旦已经进行了液面标记，则可自动停止填充而用户不必担心由他自己来实现此停止。因此，填充的停止不依赖于预先编程的时间或源于流量计的脉冲的倒数，而是根据代表液体填充液面的至少一个变量来进行。换句话说，在每个循环期间都可确保填充精度。

[0018] 优选地，可视标记装置可移动以便根据希望的填充液面改变信号的位置。优选地，标记、发射和接收装置可作为一个整体位移，以便不管标记的位置如何都可确保保持发射和接收条件。

[0019] 可视标记的装置可表现为光发射例如指向容器内并由光电发射器模块生成的光线。这种系统的优点是其紧凑并且可实现高标记精度，尤其是在光电发射器模块产生很大的光强度并包括聚焦光线的装置时。优选的装置包括激光器类型的强光源。光电发射器模块的优点还在于它和标记模块一起用作信号发射装置。因此，光电发射器模块与光电接收器模块相关联，该光电接收器模块接收由于被发射到容器的标记壁上的信号的反射和/或当液体在容器内升高时液体表面的反射而产生的入射信号。

[0020] 因此，信号发射装置是用于生成肉眼可见的光线的光电发射器模块。可视标记的装置是光电发射器模块生成的光线在容器内形成的光点。所述光点定位成标记所述容器内的希望的饮料液面。接收装置是构造成检测从容器返回的入射光线的光电接收器模块。控制装置构造成测量光电接收器模块接收到的入射光线的强度和/或位置的变化。所述控制装置还构造成当入射光线的信号的强度和/或位置已达到预定强度和/或位置的变化的阈值时命令填充装置停止。这种系统的优点是它尤其在确定的变量与入射信号的位置的变化相关时特别精确。

[0021] 特别地，当液体或泡沫达到光点时，光点移动到液体或泡沫的表面上；结果，该位移导致返回接收模块的入射光线的角度改变。即使很小的变化也可被控制装置检测到，并且导致填充装置停止。

[0022] 根据优选模式，光电接收器模块包括具有至少一排光电二极管的照相机；所述排被定向为接收入射光线以便在所述排上通过一个或多个光电二极管检测所述光线的位置的改变。照相机的优点主要在于不仅能够读取与光线强度有关的变化而且能够读取与入射光线的位置有关的变化。特别地，与可导致设备故障的各种外部因素例如容器的颜色、容器附近的周围蒸汽、外部亮度等相关的填充条件可影响光线的强度。入射光线的位置的变化受与这些外部因素相关的填充条件的变化影响较少。具有离散的光敏元件的照相机的优点源于测量精度，该测量精度依赖于光电二极管或生成的像素的数量。因此，可实现高达一个像素的精度——通过内插虚拟像素可实现高达半个像素的精度；这使得当在照相机上检测到的光线的位置仅改变很小的量时填充装置就立即停止。

[0023] 关于所述排光电二极管的定位，所述排光电二极管优选地定向成与光电发射器生成的光线在相同的平面内，并且与所述光线成一非零度角。这种定向使得可使用具有单排光电二极管的照相机，这通过确保入射光线仅沿此排移动实现。当然，除了共面之外的发射和接收模块的相对位置将需要使用具有多排光电二极管的照相机；这也是可行的但是需要更复杂的信号处理。

[0024] 照相机优选地与位于其前面的光学镜片相关联，以便使得可以将照相机的镜头视角聚焦成更接近光点的区域。在更具体的模式中，照相机还具有其自身的控制装置、信号测量和处理装置，这使得其可在该排光电二极管上产生差分强度分布(强度分布还被称为“差分图像向量”)。与此差分图像向量相关的变化此后可由适合于该设备的控制单元检测到。

[0025] 根据本发明的一个具体方面，该设备包括控制装置，该控制装置构造成：

[0026] -确定入射光线在所述排上的相对初始位置，该位置对应于初始光点在容器内的位置；

[0027] -检测入射光线在所述排上的位置的变化，该位置变化对应于由容器内液体的升高所引起的光点位置的改变；

[0028] -按照预定的公差阈值，根据所述位置的变化命令填充装置停止。

[0029] 在更具体的方式中，控制装置测量光电二极管上的入射光线的强度。这些测量使得可获得在该排光电二极管上的强度分布(所谓的“图像向量”)，这然后使得可确定到达例如该排内的一个特定光电二极管的最大强度的点。液体的升高使得光点到照相机的距离发生变化，这通过在该排光电二极管上的散射转化成入射光线的变化，并因此转化成强度分布或图像向量的改变。图像向量的此改变可对应于多个变化，包括例如最大强度的点(或像素)在该排上——例如从一个光电二极管到另一个相邻光电二极管——的位移。

[0030] 可测量和检测其它更显著的改变，例如图像向量的斜率(slope)的变化和/或在此斜率上内插的子像素的变化，这使得与图像向量的分布图的改变相比可提高检测的精度。这些变量的确定可通过光电接收器模块(照相机)本身的电子器件完成，并且可通过控制单元监控与这些变量相关的改变。例如，可测量位于图像向量的强度的平均值上方的像素和位于图像向量的强度的所述平均值下方的像素之间的斜率。此斜率在循环开始时被记录为参考变量，然后由光电接收器模块反复计算。当斜率由于入射光线的位置改变而改变时，此变化可被控制单元检测到并且当此变化达到或超过给定阈值时，该控制单元作用于用于停止填充的装置。另一个可能的变量是在位于图像向量强度的平均值的两侧上的两个像素之间的所述斜率上内插的虚拟子像素的强度值。同样，光电接收器模块重复确定此虚拟子像素的强度值；并且此值的改变通过控制单元监控。当然，本领域的技术人员可考虑与图像向量相关并与提高检测的精度和/或可靠性有关的其它变量。

[0031] 优选地，控制装置构造成控制从光电发射器模块的光线的发射，该光电发射器模块以脉冲信号模式发射，从而光电接收器模块的接收信号可通过差分测量处理，该差分测量是通过计算在光信号发射期间光电接收器模块产生的图像向量与在光电发射器模块的两次光信号发射之间光电接收器模块产生的图像向量之间的差值来确定入射光线的位置。

[0032] 换句话说，设备根据差分测量模式操作，以便消除由外部条件例如周围光线、容器上的颜色和图案的变化或者其它可能的干扰因素导致的噪声电平。在差分测量模式下，控制单元计算两个强度变化(或图像向量)——一个是存在光线时的强度，另一个是光线消失时的强度——之间的差值；此差值导致消除了强度的与光信号本身无关的部分或“噪声”。这导致不管外部条件如何设备均具有更好的精度和可靠性。

[0033] 根据本发明的设备还包括一操作部件，该操作部件在每个填充循环开始时至少命令：

[0034] -启动用液体填充容器的装置；

[0035] -初始化通过控制单元对容器内的填充的控制过程。

[0036] 为了允许用户调节容器内的填充液面，光电发射器模块构造成能够移动，以便根据所选择的填充液面改变光点的位置。

[0037] 优选地，光电发射器模块和光电接收器模块可共同移动通过一定的角扇形。它们可被手动移动，或者通过辅助装置例如电动机移动。

[0038] 当然，在可选方案中，信号发射和接收装置可被固定，并且容器的位置可改变以便用户可以根据其需求可视地标记液面。为此，该设备可具有移动容器的可动装置，该装置使得可根据容器内希望的液面移动容器。

[0039] 在可能的可选方案中，可视标记装置可以是机械的。它例如可以是可沿标尺滑动的可移动机械指针；该指针在容器外部指示希望的液面。

[0040] 在机械类型的标记装置的情况下，信号发射和接收装置优选地是超声波类型的。

[0041] 在此情况下，该设备优选地包括：

[0042] 信号发射器装置，该信号发射器装置是朝向容器内的液体表面的超声波的发生器；

[0043] 信号接收器装置，该信号接收器装置是液体表面反射的超声波的接收器；

[0044] 代表希望的液面的可视标记的装置，其建立液体表面和波接收器之间的理论距离的阈值；

[0045] 控制装置，该控制装置在填充期间测量液体和接收器之间的实际距离，并且当实际距离达到或超过对应于标记装置标记的液面位置的理论距离阈值时命令填充装置停止。

[0046] 本发明还涉及一种用于在饮料自动售货机分配饮料期间控制容器的填充的方法，其特征在于，该方法包括：

[0047] -对容器内希望的液面进行可视标记；

[0048] -朝向容器发射信号；

[0049] -接收来自容器的入射信号；

[0050] -监控与入射信号有关并且代表容器内达到的液面的变量；以及

[0051] -当该变量达到或超过预定阈值时命令停止容器的填充。

[0052] 在优选模式中，通过使光线指向容器内的希望的液面的位置实现可视标记；

[0053] 通过发射所述光线实现信号发射；

[0054] 通过以非零度角接收入射光线实现信号接收；

[0055] 通过使用照相机测量入射光线的位移实现对至少一个变量的监控；

[0056] 当光线的位移达到或超过所述入射光线的某一预定位移阈值时命令停止。

[0057] 在更具体的模式下，所述变量对应于与照相机的至少一排光电二极管产生的差分强度分布相关的参数。

附图说明

[0058] 从附图中可以更好地理解本发明并且可显示另外的特性，在附图中：

[0059] 图1示出具有根据本发明的优选模式的用于控制杯子填充的设备的咖啡机；

[0060] 图2示出图1的设备的功能图；

[0061] 图3示出在没有液体或泡沫时的标记位置和具有液体或泡沫表面的位置之间的根据本发明的设备的操作原理的详细视图；

[0062] 图4示出用于确定通过光电接收器模块尤其通过照相机处理的入射光线的变量的算法的示例；

[0063] 图5示出用于基于图4的算法确定的变量通过该设备的控制系统进行控制的算法的示例；

[0064] 图6为在一组光电二极管上产生的对应于本发明设备的光点的强度分布的差值(“差分图像向量”)的示例；

[0065] 图7是具有根据第二实施例的控制设备的咖啡机的图示；

[0066] 图8示出图7的设备的功能图。

具体实施方式

[0067] 参照图1，示出标号为1的咖啡机，该咖啡机配备有用于监控杯子的填充的光电设备2，该光电设备围绕水平轴线I可旋转地安装以便设备可定向成根据机器上存在的杯子的高度对准标记。如本身已知的，该设备与其相关联的示例性咖啡机包括体部10，该体部包括用于生成咖啡饮料或类似饮料的必要元件。在这些元件中通常可发现流管11、用于提取(内部)胶囊内容纳的一定量的成分的提取模块、用于向提取模块提供加压液体的(内部)液泵、用于向液泵提供加热液体的(内部)热水器、用于将胶囊插入提取模块的机构12、杯子保持器和液体收集托盘13、以及电流源14。

[0068] 控制设备2使得能够检测在饮料从流管11流出之后杯子3内的饮料的液面，并且可例如通过停止胶囊提取过程——通常通过使向提取模块给料的液泵停止运转——来暂停用饮料填充杯子。

[0069] 控制设备包括用于发射高强度光线的模块20和用于接收入射光线21的模块。发射模块优选地放置在接收模块下方，以便即使对于大尺寸的容器仍可确保较好的信号返回角。发射模块20生成例如通过准直仪22聚焦的光线40，该准直仪能够将光线作为小尺寸、例如大约1-2mm或更大的点41指引到杯子的内表面上。点的大小还依赖于容器的材料反射光线的能力。例如，白瓷容器将形成比黑色杯子更分散的光点。

[0070] 强度足够的光源优选地是激光器或基于产生光子发射的灯或一些其它的光电子部件的光发射器(例如LED)。该模块还包括可将冲击容器的光线缩小为较小的点的聚焦装置。在激光器的情况下，激光器被选择为在可被能够检测激光器的入射光线42的接收模块读取的波长范围、尤其是在大约650nm的可见光范围内发射。可适合于本发明的设备的激光器模块可以是由Conrad Electronic出售的编号为OLSH-703P的具有可变焦距的二极管激光器类型。

[0071] 用于接收射线的模块优选地是电子照相机。其包括一排光电二极管23，该排光电二极管被定向成与发射的激光射线在相同的垂直平面中，但是有角度地偏离该发射的射线。每个光电二极管是在入射光线到达时产生电流的半导体。所产生的电流的强度依赖于光线在该排光电二极管上的漫射，通常入射光线的中心在光电二极管上实现最大的电流强度。该排光电二极管23包括例如至少20个、优选地至少50个、最优选地100-200个与放大电路和像素数据支持函数相关联的光电二极管。像素的数量、间隔和大小决定相机的精度并因此决定所检测到的入射光线的移动上的公差精度。通常，像素的数量越大，分辨率越好。像素例如中心到中心地间隔大约80-85微米。适合于该设备的照相机是由TAOS，Plano，Texas，USA在市场上销售的商标为TAOS且编号为TSL 1401R的照相机。

[0072] 照相机21必须与放置在照相机前面的光学透镜24相关联，以便将照相机的镜头视角聚焦在光点的区域上。还有利地以这种方式与过滤器相关联，即允许特定波长的射线通过并阻止不希望的波长下的射线通过。例如，非常热的液体可产生接近红外线的辐射，因此肉眼是不可见的，该辐射必须被过滤掉以便避免照相机饱和和/或测量误差。因此，不透红外线的过滤器消除了这些辐射并仅保留由光发射装置发射的那些射线。

[0073] 如图2所示，该控制设备包括一控制单元5，通常为一微控制器，其本身已知为通常具有微处理器、输入和输出部分(I/O)、程序存储器和用于变量数据的存储器。

[0074] 微控制器的输入端联接到用于接收启动填充循环用输入信号的按钮类型的操作按钮60或等同物。根据本发明的一个有利方面，单个操作按钮足够用于为不同大小例如25、40和110mL的杯子以及不同类型的饮料启动循环。微控制器具有连接到激光发射模块
20的MOS类型的输出端以便向激光器发送脉冲模式的信号。激光发射模块因此产生频率为大约50-500Hz的光脉动。脉冲模式是优选的，因为其可改进入射信号的处理，并且可将信号的有用部分与例如由于杯子的特性(颜色、形状、图案)、蒸汽、环境亮度等被外部条件扰乱的部分区分开。

[0075] 接收模块或照相机21连接到微控制器5的输入端。照相机生成的信号是模拟类型的，因为其包括光强度的值，该信号然后通过集成在微控制器电路内的A/D转换器转换成数字模式。信号产生在光电二极管上的电场强度的分布，其形式为由到达该排光电二极管的入射光线产生的强度峰值。通过微控制器分析此信号，该微控制器确定产生最大电场强度的光电二极管或像素。在脉冲激光模式下，微控制器的处理单元在给定频率下以差分模式计算，以便能够通过对两个强度测量值求差来确定最大强度；一次测量在激光器开启时执行，另一次测量在激光器关闭时执行。

[0076] 在微控制器的另一个MOS类型的输出端，一信号被发送到继电器7，该继电器命令填充装置即例如活塞泵8的电启动。应指出，填充装置可包括各种装置，例如液体传送装置、旁路和/或停止装置。其可以是泵、门、阀或这些装置的组合。泵可以是活塞泵、隔膜泵、蠕动泵或一些其它泵。

[0077] 下面将结合图2和3说明设备的工作方式。用户将他的杯子稳定地放置在供应区；即放置在管11下方的支承件13的表面上。当激光器开启时，用户可将激光射线定向为标记对应于希望的填充液面的杯子的内缘。激光射线的定向可按不同方式进行。一种优选方式是使模块20、21围绕轴线I共同旋转来共同地定位，以便根据希望的液面在杯子内垂直地升高或降低射线。标记显示为杯子内的高强度的小光点。一旦已实现标记，则按下操作按钮60使得可以开始新的填充循环。微控制器然后向继电器7发送启动信号，该继电器开启泵8。然后开始用于制备(例如提取或煮泡)饮料的过程。

[0078] 如图3所示，发射的射线40在杯子的内表面30上生成光点。光点41在杯子的内表面30上的位置朝向接收模块21——在此情况下为线性照相机——返回入射光线42。例如，入射光线42和发射光线40形成依赖于反射面的几何形状的角度A。入射光线42在照相机上的冲击位置41然后以图像向量的形式由微控制器存储。微控制器确定哪个光电二极管产生最大的电场强度；例如No.1到No.128的一排光电二极管中的光电二极管No.64。当填充物到达杯子内时，光点向上并朝杯子43的内侧移动。由液体和/或泡沫的表面31反射的点43以与角度A不同的角度B产生新的入射光线44。当产生泡沫时，是泡沫的上表面用作反射面。通过线性照相机21检测新的入射光线44；这被表示为产生最大电能强度的光电二极管或光电二极管组的改变；该改变对应于图像向量的改变。例如，相邻的光电二极管No.65现在产生最大电场强度；测量该强度并使之与此像素数相关联。由于所有的光电二极管均在同一个时间间隔内被测量，因此可获得“图像向量”形式的强度分布。当位置测量的公差超过某一个预定的阈值——在此情况下被表示为图像向量中的一个或多个变量的变化——时，微控制器发送信号以打开继电器；这使泵停止运转并暂停杯子的填充。
填充即到杯子内的实际液体流的实际停止依赖于各种因素，即尤其是由微控制器确定的图像向量的变量的公差，以及最终流入容纳成分的胶囊以及流管内的液体体积。因此，重要的是限定最低的可能公差，以便限制光点被液体或泡沫表面反射的时刻与液体不再从机器流出的时刻之间的差值。

[0079] 下面将参照图4-6更详细地说明信号检测和分析的优选但非限制性的原理。

[0080] 图4示出用于获取差分模式中的图像向量并确定与这些图像向量相关的相关变量的算法的重复循环。此循环通常由照相机本身的系统独立地实现。连续地捕获每个采样图像，然后在没有光束的情况下进行采样。在第一步骤100中，根据所有像素的检测到的最大值的平均值自动调节积分时间、即照相机的像素的电容充电所需的时间。允许像素接收光通量的时间被选择为使得没有像素饱和。此积分值独立于读取转换结果的频率。射线的闪光频率还依赖于积分时间的值。

[0081] 使用两个连续的图像来提取有用信息。因此，第二步骤200在于获取在激光器处于开启模式时的图像向量以及在激光器处于关闭模式时的图像向量。该图像向量更精确地说是对应于像素排产生的强度的分布的强度值的表。

[0082] 在下一步骤300中，照相机计算对应于以前获取的两个图像向量之间的差值的差分图像向量。这产生检测所需的数据。

[0083] 图6中示出示例性的差分图像向量。然后由该向量确定一些强度值。确定的第一个值是表示为像素数并在步骤400中确定的最大强度(或峰值)450的位置。该位置对应于反射光点的中心，其对应于一个或多个像素。接下来，在下面的步骤500中确定第二个值，该值是表示为斜率410形式的品质因数。为此，照相机搜索低于在测试510期间的平均值的像素440。此平均值简单地通过(最大值-最小值)/2来计算。一旦已检测到此像素440，则在步骤520中照相机确定位于平均值430上方的第一个像素450。然后在步骤530中通过照相机提取出斜率410，该斜率是位于平均值的线的两侧的像素440和450的边缘之间的连接线。此后，在步骤600中借助于此斜率内插虚拟像素(或子像素)460。此虚拟中间像素还用于液面检测计算；这可提高检测精确性并同时保持相同的分辨率。确定差分图像向量和相关变量的循环由照相机在循环内更新和重复。

[0084] 图5示出控制单元5基于在图4的循环期间确定并由照相机传递给控制单元的数据和变量所执行的控制循环。照相机持久地预备好差分图像向量，并且设备处于备用模式(步骤110)。然后用户致动按钮(步骤120)以便开始饮料的提取循环；换句话说，启动泵8并且一判断(test)可确定开始或暂停在进行中的提取循环(步骤130-140)。在检测过程开始时，最大强度的像素的位置、子像素和斜率是存储的作为基准的变量(步骤150)。如图4所示，照相机在数据采集循环中获得这些变量。在提取期间，系统以规则的时间间隔(例如每50ms)读取由照相机发出的信息(步骤160)，并执行与基准的比较的判断(步骤
170)。此判断是计算并监控例如最大值的位置、斜率的改变以及子像素的值。然后，当一个或多个变量相对于基准值的变化达到或超过预定的公差阈值时，控制单元5通过作用在继电器7上来停止提取(步骤180)。

[0085] 因此，应当理解，对于相同的分辨率，通过控制与由到达该排光电二极管的入射光线产生的强度分布中的改变相关的一些参数(强度最大值的位置、子像素和斜率)的变化提高了精确性。

[0086] 应理解，检测方法可以简化，并且可仅在于测量并比较最大强度的值而不进行子像素的内插也不进行斜率计算；此时仅在最大强度从一个二极管改变到另一个二极管时才检测填充液面。

[0087] 图7和8示出根据超声波传播原理工作的本发明的设备的第二种可能模式。设备2B包括超声波发射器20B，该发射器垂直于杯子3的放置区域垂直地设置以便产生朝向液体表面31的波40B。用于接收来自杯子内的液体表面的反射波42B的超声波接收器21B垂直于杯子的放置区域垂直地设置。该接收器例如在相对于流管11的相对侧上水平地稍微偏离发射器。在放置区域的一侧并且尽可能靠近杯子设置有机械标记系统9，以便用户可借助于可相对于标尺刻度91垂直移动的可视标记游标90来标记希望的液面。

[0088] 与前面的模式相反，在外部进行标记。当然应理解，机械标记也可用激光类型的标记器或光指针等代替，以标记杯子表面的内部或外部。

[0089] 图8示出与控制单元50一起进行操作的原理。游标系统9与可变电阻器92相关联，该可变电阻器使得可改变控制器发出的电压，根据标尺刻度上光标的位置恢复可变电压测量。通过校准，电压值对应于液体表面和波接收器之间的预定的理论距离。此理论距离本身对应于通过可视标记游标90指示的可视液面。

[0090] 波发射器20B在输出模式下与控制单元耦合，以便当按钮60被致动时从该控制单元接收信号。在输入模式下，波接收器告知控制单元其与液体表面隔开的实际距离的改变。当液体达到或超过对应于理论距离值的液面时，控制单元输出用于切断继电器7的信号以便暂停向泵8的供电。

[0091] 本发明可包括在本领域的技术人员的(知识)范围内的其它变型和组合，而不会由此背离由下文的权利要求所限定的本发明的框架。