ПОДЛОЖКА И КАПСУЛА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКОВ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕМ, СИСТЕМА И СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКОВ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕМ
SUBSTRATE AND CAPSULE FOR BEVERAGES PREPARATION BY CENTRIFUGATION, SYSTEM AND METHOD FOR PREPARATION OF BEVERAGES BY CENTRIFUGATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области приготовления напитков, в частности, к капсуле, которая содержит ингредиент напитка и используется в машине для приготовления напитков. Настоящее изобретение относится, в частности, к подложке для оптически считываемого кода, содержащего информацию, касающуюся капсулы; к капсуле, имеющей присоединенную или интегрированную подложку для кода; к считывающим и обрабатывающим устройствам, предназначенным для считывания кода и для использования указанной информации при приготовлении напитков.
Уровень техники
В контексте настоящего изобретения термин «напиток» означает любое потребляемое людьми жидкое вещество, такое как кофе, чай, горячий или холодный шоколад, молоко, суп, продукт детского питания и т.п. Термин «капсула» означает упаковку из любого подходящего материала, например, пластического материала, алюминия, материала, пригодного для повторного использования, и/или материала, разлагаемого микроорганизмами, и их сочетания, включая мягкие чалды или жесткие картриджи, содержащую любой предварительно расфасованный ингредиент напитка или комбинацию ингредиентов (далее называемую «ингредиентом»).
В определенных машинах для приготовления напитков используются капсулы, содержащие ингредиент, подлежащий экстрагированию или растворению, и/или ингредиент, который хранится в машине и дозируется автоматически, или иным образом добавляется во время приготовления напитка. Некоторые машины для приготовления напитков оснащены средствами подачи жидкости, включающими насос для жидкости, обычно воды, который нагнетает из источника жидкость, а именно, холодную воду или воду, фактически нагретую при помощи нагревательных средств, таких как термоблок и т.п. В определенных машинах для приготовления напитков процесс экстракции для получения напитка проводится посредством центрифугирования. Процесс экстракции посредством центрифугирования включает введение в машину капсулы с ингредиентом, подачу жидкости внутрь капсулы и приведение емкости во вращение с высокой скоростью, в результате чего, в емкости создается градиент давления жидкости и обеспечивается взаимодействие жидкости с порошковым ингредиентом. Поскольку жидкость проходит через слой кофе, происходит экстракция компонентов кофе, и получается жидкий экстракт, который вытекает по периферии резервуара.
Как правило, пользователю предлагается большой ассортимент капсул, содержащих различные ингредиенты (например, различные смеси кофейного порошка) с определенными вкусовыми свойствами, что позволяет приготовить в одной и той же машине множество различных напитков (например, множество различных типов кофе). Характеристики приготовленных напитков зависят от содержимого капсул (а именно, от веса кофе, разнообразия смесей и т.д.) и от основных параметров рабочего процесса, то есть от объема подаваемой жидкости или температуры, скорости вращения, давления, создаваемого насосом. Таким образом, чтобы установить параметры заваривания напитка в соответствии с типом вставленной в машину капсулы, необходимо провести идентификацию указанной капсулы. Кроме того, желательно ввести в машину дополнительную информацию о вставленной капсуле, связанную, например, с безопасностью, такую как срок годности или дату выпуска и серийный номер.
Документ WO 2010/026053 относится к регулируемому устройству для производства напитков, в котором используются центробежные силы. Капсула может иметь штрихкод, предусмотренный на наружной поверхности капсулы и позволяющий распознать тип капсулы и/или природу ингредиентов, содержащихся в капсуле, благодаря чему, можно применить заданные параметры экстракции напитка, который должен быть приготовлен.
Согласно известному уровню техники, например, в соответствии с документом ЕР 1764015 A1, на небольшой поверхности круглого венца кофейной таблетки, используемой в обычных нецентрифужных системах заваривания кофе, локально методом печати нанесен идентификационный штрихкод. Указанные системы содержат считыватель штрихкода для считывания идентификационного штрихкода на капсуле. Считыватели штрихкода или сканеры штрихкода представляют собой электронные устройства, содержащие источник света, линзу и светочувствительный датчик, преобразующие оптические импульсы в электрические сигналы. Указанные устройства обычно содержат светоизлучающий диод/лазерный диод или датчик-камеру. Считыватели штрихкода, предусмотренные в указанных машинах для приготовления напитков, способны считывать штрихкод при перемещении чувствительного элемента вдоль штрихов (посредством перемещения/изменения положения светового пучка, испускаемого источником света, для сканирования всего кода), либо при захвате светочувствительной структурой/матрицей сразу всего изображения штрихкодовой метки.
Указанные типы считывателей кода не приспособлены для применения в системах, обеспечивающих экстракцию посредством центрифугирования, то есть имеющих вращающийся заварной блок. При применении считывателей штрихкода, имеющих перемещаемые детали, подобные сканирующему элементу, могут возникнуть проблемы касательно надежности распознавания кода, когда указанные устройства располагаются достаточно близко к вращающемуся заварному блоку и, по всей вероятности, будут подвергаться воздействию неблагоприятной окружающей среды с циклическими вибрациями и горячими парами. Считыватель штрихкода с датчиком-камерой должен быть позиционирован так, чтобы был способен захватить все изображение штрихкодовой метки. Соответственно, весь штрихкод должен находиться в зоне, визуально доступной для считывателя. В машине для приготовления напитков с вращающимся заварным блоком довольно ограничено свободное пространство, таким образом, невозможно выполнить указанные требования по визуальной доступности считывателя к штрихкодовой метке.
В центрифужной системе экстракции, в связи с геометрической конфигурацией вращающегося заварного блока, для считывателя штрихкода, независимо от его типа, создаются помехи в процессе считывания штрихкодовой метки, занимающей большой участок капсулы; следовательно, чтобы обеспечивалась надежность считывания, размеры штрихкодовой метки должны быть строго ограничены, в результате чего, может быть закодирован лишь очень небольшой объем информации, составляющий, как правило, приблизительно только 20 бит. Кроме того, считыватели штрихкода являются довольно дорогими.
Под надежным считыванием кода, нанесенного на капсулу методом печати, подразумевается надежное распознавание каждого отдельного символа, формирующего указанный код, которое выполняется в процессе вращения заварного блока с установленной в нем капсулой. Следовательно, необходимо подобрать такие характеристики и оптические свойства символов, чтобы символы были адекватно считываемыми, кроме того, чрезвычайно важно обеспечить воспроизводимость закодированной информации на каждой из капсул. Используемые символы должны быть нанесены на капсулу таким образом, чтобы применяемый в машине считыватель мог обнаружить явный контраст между разными символами, даже когда указанный считыватель выполняет оптические измерения кода капсулы через промежуточную полупрозрачную стенку капсулодержателя. Код должен быть оптически считываемым, несмотря на неблагоприятную окружающую среду, создаваемую в процессе вращения заварного блока. Код также должен быть считываемым при любом положения и/или ориентации капсулы, вставленной в капсулодержатель капсулы. Известные в данной области техники традиционные штрихкоды и другие оптически-кодирующие элементы, используемые для идентификации капсул, не отвечают указанным требованиям и, к тому же, плохо определяются оптически.
Одна из совместно рассматриваемых патентным ведомством международных патентных заявок РСТ/ЕР 11/057670 относится к подложке для кода, которая может быть присоединена к капсуле или может являться частью капсулы для приготовления напитка. Подложка для кода содержит секцию, предназначенную для нанесения, по меньшей мере, одной последовательности символов; когда капсула приводится во вращение вокруг оси вращения, наружное считывающее устройство считывает каждый символ в последовательном порядке, причем каждая последовательность символов представляет собой набор информации, относящейся к капсуле. Таким образом, благодаря указанному изобретению становится доступным для считывания большой объем закодированной информации, например, приблизительно 100 бит избыточной или неизбыточной информации, при этом отпадает необходимость в считывателях штрихкода, имеющих перемещаемые детали, подобные сканирующему элементу, который может быть достаточно проблемным с точки зрения надежности считывания. Кроме того, имеется еще одно преимущество, состоящее в том, что код с подложки может считываться при вращении капсулы, установленной в требуемом положении, то есть занимающей положение заваривания во вращающемся капсулодержателе. Однако имеется недостаток, состоящий в том, что создаются достаточно сложные условия для считывания штрихкода, в частности, падающие и отраженные световые лучи должны пройти через капсулодержатель, когда капсула поддерживается капсулодержателем, в результате чего, происходит потеря большой части энергии и/или световые лучи могут подвергаться значительным угловым отклонениям из-за особых механических ограничений, связанных с вращающимся узлом машины, и, возможно, по другим причинам (например, в результате вибрации, износа, разбалансированного распределения массы и т.д.). Компенсировать потери отражающей способности можно за счет улучшения характеристик светоизлучающих устройств и датчиков машины, но это является неприемлемым, поскольку приведет к существенному удорожанию машины для приготовления напитков.
Таким образом, существует потребность в разработке улучшенной подложки для кода, которая позволит считывателю выполнить надежное считывание кода в особых условиях, создаваемых в машине для приготовления напитков, в которой применяется центрифугирование для приготовления напитков с использованием капсул.
Необходимо предложить капсулу, имеющую элемент для нанесения кода, несущего избыточную или неизбыточную информацию, объем которой составляет, по меньшей мере, 100 бит, причем указанный элемент должен иметь четко определенные оптические характеристики, позволяющие надежно считывать код посредством оптического считывающего устройства, предусмотренного в экстракционной системе, в которой применяется центрифугирование. В частности, имеется необходимость в соответствующей подложке для кода, присоединенной к капсуле или являющейся частью капсулы, и позволяющей надежно считывать закодированную информацию, а именно, в подложке, способной генерировать усиленный сигнал в особенно сложных условиях считывания, создаваемых в машине для приготовления напитков, в которой применяется центрифугирование.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить средства для хранения, считывания и обработки информации, относящейся к капсуле, конкретнее, информации, необходимой для идентификации указанной капсулы в серийной машине, и средства для извлечения или считывания информации с целью корректировки рабочих параметров машины и/или для контроля параметров приготовления напитка при использовании указанной капсулы. Другая задача изобретения состоит в том, чтобы предложить капсулу, в которую интегрировано указанное средство.
Еще одна задача изобретения состоит в обеспечении контроля оптимальных условий приготовления напитка.
Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить техническое решение, обеспечивающее надежное считывание информации, касающейся капсулы, посредством датчика, расположенного в машине, например, в обрабатывающем модуле/заварном блоке машины, при ограниченном пространстве для считывания кода и неблагоприятной окружающей среде (следы ингредиентов, присутствие паров и жидкостей и т.д.).
Для решения одной или нескольких из перечисленных задач предлагается капсула, подложка, устройство и способ, представленные в независимом(мых) пункте(ах) формулы изобретения. Кроме того, в зависимых пунктах формулы изобретения предлагаются решения указанных задач и/или раскрываются дополнительные преимущества изобретения.
Конкретнее, согласно первому аспекту, изобретение относится к подложке для оптически считываемого кода, которая может быть присоединена к капсуле или может являться частью капсулы и используется для доставки ингредиентов напитка в устройство для приготовления напитков центрифугированием капсулы, причем, подложка содержит, по меньшей мере, одну последовательность символов, нанесенных на поверхность подложки таким образом, чтобы при приведении во вращение капсулы вокруг оси вращения считывающее устройство наружного считывающего устройства считывало каждый символ в последовательном порядке. Символы сформированы, по меньшей мере, частично, поверхностями, обеспечивающими в любом направлении под углом, составляющим от 3° до 10° относительно нормали к указанной поверхности, главным образом, диффузное отражение любого падающего светового пучка, образующего с нормалью к указанным поверхностям угол падения, который может составлять от 0 до 10°.
Создавая подложку для кода, на которой символы образованы поверхностями, способными обеспечить диффузное отражение падающего светового пучка, можно улучшить считывание символов в указанных условиях, причем указанные характеристики подложки обеспечивают надежное считывание в неблагоприятной окружающей среде, которая может создаваться в системах приготовления напитков с применением центрифугирования. Таким образом, можно, например, надежно идентифицировать символы посредством оптического устройства, если освещать подложку падающим световым пучком, образующим с нормалью к поверхности символа угол падения, составляющий 4°, и измерять интенсивность отраженного светового пучка, распространяющегося под углом, составляющим 4° относительно нормали к поверхности символа. Оптимизировать считывание кода можно за счет предотвращения зеркальных отражений, которые могут возникать, главным образом, в системе приготовления напитков с применением центрифугирования.
В частности, согласно одному из вариантов осуществления изобретения множество символов, по меньшей мере, частично сформировано светоотражающей поверхностью, которая при освещении падающим световым пучком, имеющим длину волны по существу 830 нм, отражает его так, что:
REF
- отраженный световой пучок, имеющий базовую интенсивность E, распространяется под углом 0° относительно нормали к указанной первой поверхности, когда угол падения, образованный падающим световым пучком и нормалью к указанной первой поверхности, составляет 5°;
REF
- отраженный световой пучок, имеющий интенсивность, составляющую, по меньшей мере, 60% базовой интенсивности E, распространяется под углом, составляющим от 3° до 6° относительно нормали к указанной первой поверхности, когда угол падения, образованный падающим световым пучком и нормалью к указанной первой поверхности, составляет от 0° до 10°.
Следовательно, подложка для кода проявляет оптические характеристики, которые рассматриваются, как присущие светоотражающей поверхности, причем указанная поверхность обладает, как правило, наилучшими отражательными свойствами. Таким образом, можно точно определить диффузную отражательную способность первой поверхностью в данных условиях, причем указанные оптические характеристики поверхности позволяют надежно считывать код в неблагоприятной окружающей среде, присутствующей в центрифужной системе. Фактически, относительная интенсивность отражения светоотражающей поверхностью в направлении падения и отражения световых пучков является показателем распределения световых пучков в пространстве. Ограничивая дисперсию указанной относительной интенсивности в данных конкретных условиях, можно конфигурировать и калибровать оптическое считывающее устройство для считывания каждой последовательности символов. Например, можно провести надежные измерения характеристик светоотражающей поверхности посредством оптического устройства, освещая подложку падающим световым пучком, образующим с нормалью к подложке угол падения, составляющий 4°, и измеряя интенсивность любого отраженного светового пучка, распространяющегося под углом 4° относительно нормали к подложке. Поскольку многочисленные ошибки позиционирования могут отрицательно сказываться на этих измерениях, в частности, вызывая значительные угловые отклонения из-за особых механических ограничений, связанных с вращающимся узлом машины и, возможно, происходящих из-за различных причин (например, из-за вибрации, износа, разбалансированного распределения массы и т.д.), а также технологических допусков, особенно важно обеспечить такую отражательную способность первого символа, на которую не оказывают существенного влияния указанные отклонения и ошибки. Светоотражающей символ, имеющий определенные выше характеристики, зарекомендовал себя как удовлетворяющий всем предъявляемым требованиям.
REF
Светоотражающая поверхность при освещении падающим световым пучком, имеющим длину волны по существу 830 нм, отражает его, при этом отраженный световой пучок имеет интенсивность, предпочтительно, составляющую, по меньшей мере, 72% базовой интенсивности E и распространяется под углом от 3° до 4,4° относительно нормали к указанной светоотражающей поверхности, когда угол падения, образованный падающим световым пучком и нормалью к указанной первой поверхности, составляет от 0° до 10°. Таким образом, согласно указанному варианту осуществления изобретения, повышается надежность измерения отражательной способности светоотражающего символа.
REF
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения множество символов, по меньшей мере, частично сформировано светопоглощающей поверхностью. Светопоглощающая поверхность при освещении падающим световым пучком с длиной волны по существу 830 нм, образующим с нормалью к указанной светопоглощающей поверхности угол падения, составляющий, от 0° до 10°, отражает его, при этом отраженный световой пучок имеет интенсивность, составляющую менее 20% базовой интенсивности E. Например, оптический контраст между светоотражающей поверхностью и светопоглощающей поверхностью обычно составляет более 60% и определяется следующей математической формулой: (i1-i2)/(i1+i2), где i1, i2 выражают, соответственно, интенсивность света, отраженного светоотражающим символом и светопоглощающим символом.
Следовательно, указанная подложка для кода также проявляет оптические характеристики, которые рассматриваются, как присущие светопоглощающей поверхности, причем указанная светопоглощающая поверхность обладает, как правило, худшими отражательными свойствами. Относительная отражательная способность светопоглощающей поверхности определяется в данном случае по отношению к светоотражающей поверхности, при этом необходимо обеспечить достаточно разные отражательные способности светоотражающей поверхности и светопоглощающей поверхности во всем указанном диапазоне, чтобы получить явное отличие светоотражающей поверхности от светопоглощающей поверхности. Это имеет особое значение при достаточно сложных по разным причинам условиях считывания, особенно, когда капсула поддерживается капсулодержателем и падающие и отраженные световые пучки должны пройти через капсулодержатель, при этом происходит потеря большой части энергии и/или световые лучи могут подвергаться значительным угловым отклонениям из-за особых механических ограничений, связанных с вращающимся узлом машины и, возможно, происходящих из-за различных причин (например, из-за вибрации, износа, разбалансированного распределения массы и т.д.).
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения подложка для оптически считываемого кода выполнена в виде кольца с внутренним радиусом, составляющим, по меньшей мере, 24 мм, и/или наружным радиусом, составляющим менее 28 мм. Символы могут быть расположены по окружности, имеющей радиус Rs от 24 мм до 28 мм. Ширина Hs каждого символа может составлять от 1 мм до 2,8 мм.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения указанная последовательность содержит, по меньшей мере, 100 символов. Каждая последовательность символов может быть расположена вдоль, по меньшей мере, одной восьмой части окружности. Все символы могут быть расположены вдоль, по меньшей мере, половины окружности, или, предпочтительно, всей окружности.
Соответственно, можно увеличить объем введенной информации, и/или повысить надежность расшифровки последовательности символов посредством включения избыточной информации. Последовательность содержит, предпочтительно, от 100 до 200 символов, которые считываются с подложки в последовательном порядке. Предпочтительнее, указанная последовательность содержит от 140 до 180 символов, предпочтительнее, 160 символов. Каждый символ занимает, предпочтительно, прямоугольную или трапециеобразную область сектора, угол которого составляет менее 5°, предпочтительнее, от 1,8° до 3,6°.
Следовательно, результат измерения может быть надежно обработан, даже если площадь поверхности, освещаемой оптическим считывателем, используемым для считывания последовательности символов, меньше площади поверхности одного символа, и даже при нарушении позиционирования капсулы, которое могут вызвать особые механические ограничения, связанные с вращающимся узлом машины и возникающие по ряду возможных причин (например, из-за вибрации, износа, разбалансированного распределения массы и т.д.). Кроме того, считыватель способен решать проблемы, связанные с производственными погрешностями, в особенности, с эксцентриситетом, который может оказать негативное влияние на форму и расположение символа на капсуле.
Каждый символ может занимать область сектора, угол которого составляет менее 3,6°. Каждый может занимать область сектора, угол которого составляет более 1,8°. Следует отметить, что соответствие ширины считываемого объекта и плотности введенной информации обеспечивает надежность считывания.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения подложка для кода содержит продолжающуюся непрерывно базовую структуру, вдоль которой расположены, по меньшей мере, одна последовательность символов и прерывистые дискретные светопоглощающие участки, локально нанесенные на поверхность указанной базовой структуры или сформированные на ней. Дискретные светопоглощающие участки формируют светопоглощающие поверхности, а базовая структура формирует светоотражающие поверхности за пределами областей, занятых дискретными светопоглощающими участками. Указанные дискретные светопоглощающие участки обеспечивают более низкое светоотражение, по сравнению со светоотражением, которое обеспечивает базовая структура вне областей, занятых дискретными светопоглощающими участками.
Следует отметить, что благодаря предложенному техническому решению улучшается считываемость генерированного сигнала. Кроме того, структура, сформированная согласно указанному техническому решению, может быть легко интегрирована в капсулу.
В частности, светоотражающие поверхности созданы посредством непрерывно продолжающейся базовой структуры, формирующей, например, кольцевую часть фланцеобразного обода капсулы. Это позволяет использовать разнообразные отражающие упаковочные материалы, имеющие достаточную толщину и обладающие хорошей отражательной способностью. Из материалов базовой структуры подложки для кода может быть сформирована часть капсулы и может быть сформирован или отформован, например, чашеобразный корпус капсулы. Расположение светопоглощающих поверхностей на базовой структуре в виде дискретных участков позволяет создать более слабый отраженный сигнал, по сравнению с сигналом, отраженным от светоотражающих поверхностей, в частности, в окружающей среде, где возможны потери основной части световой энергии в процессе передачи от машины к капсуле.
Конкретнее, светоотражающая базовая структура содержит металл, обеспечивающий создание светоотражающих поверхностей. В частности, светоотражающая базовая структура содержит монолитный металлический опорный слой и/или слой, содержащий светоотражающие частицы, предпочтительно, металлические пигменты в полимерной матрице. Когда металл используется как часть базовой структуры, он, предпочтительно, способствует созданию эффективного отраженного сигнала, а также создает слой, упрочняющий капсулу и/или обеспечивающий защитные свойства, например, свойства газового барьера. Металл, предпочтительно, выбирают из группы, содержащей: алюминий, серебро, железо, олово, золото, медь и их сочетания. В конкретном случае светоотражающая базовая структура содержит монолитный металлический опорный слой, покрытый прозрачным полимерным грунтовочным слоем, благодаря чему, формируются отражающие поверхности. Полимерный грунтовочный слой используется для выравнивания светоотражающей поверхности металла с целью улучшения отражательной способности и для улучшения сцепления поверхности с типографской краской при создании светопоглощающих участков. Грунтовочный слой способствует формоизменению металлического слоя, поскольку уменьшает силу трения в процессе формоизменения. Грунтовочный слой также защищает металлический слой от царапин или других повреждений, которые могут повлиять на отражательную способность поверхностей. Грунтовочный слой должен иметь достаточную прозрачность, чтобы потери интенсивности света в слое при заданных условиях были незначительными. Грунтовочный слой также не допускает прямого контакта пищевых продуктов с металлическим слоем. Альтернативно, базовая структура содержит внутренний полимерный слой, покрытый наружным металлическим слоем (например, покрытый методом паровой металлизации). Предпочтительно, неметаллический прозрачный полимерный грунтовочный слой имеет толщину менее 5 мкм, предпочтительнее, толщину от 0,1 до 3 мкм. Как установлено, грунтовочный слой указанной толщины обеспечивает достаточную защиту пищевых продуктов от прямого контакта с металлом, а также улучшает отражательную способность, выравнивая поверхностные нарушения металла и обеспечивая глянец на расположенной ниже металлической поверхности.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, светоотражающая базовая структура содержит монолитный металлический опорный слой или полимерный опорный слой; причем указанный слой покрыт лаком, содержащим светоотражающие частицы, предпочтительно, металлические пигменты. Толщина слоя лака, включающего отражающие пигменты, предпочтительно, больше толщины грунтовочного слоя. Слой лака имеет толщину, предпочтительно, более 3 мкм, но менее 10 мкм, предпочтительно, от 5 до 8 мкм. Нанесенный слой лака формирует светоотражающий слой, который улучшает отражательную способность расположенного ниже металлического слоя. Содержание металлического пигмента в неметаллическом опорном слое может составлять более 10 мас.%, благодаря чему, также повышаются отражающие свойства базовой структуры. Если содержание металлического пигмента в неметаллическом опорном слое превышает 10 мас.%, обеспечиваются достаточные отражающие свойства базовой структуры.
Как грунтовочный слой, так и лак улучшают способность металлического слоя к формоизменению, уменьшая силы трения во время формоизменения (например, при глубокой вытяжке), таким образом, можно рассматривать подложку для кода как формуемую структуру для изготовления корпуса капсулы. Химической основой грунтовочного слоя или лака, предпочтительно, служит любое из приведенных соединений: полиэфирная смола, изоцианатная смола, эпоксидная смола, или их сочетание. Процесс нанесения грунтовочного слоя или лака на опорный слой зависит от толщины полимерного слоя и требуемого содержания пигментов в пленке, поскольку указанное содержание влияет на вязкость полимера. Создать слой грунтовки или лака на поверхности металлического слоя можно, к примеру, следующим образом: на металлический слой наносят слой растворенного полимера, затем нанесенный полимерный слой, содержащий растворитель, подвергают воздействию температуры, превышающей точку кипения указанного растворителя, в результате чего, происходит испарение растворителя, приводящее к отверждению и закреплению слоя грунтовки или лака на металлическом слое.
Прерывистые светопоглощающие участки сформированы на упомянутой базовой структуре, предпочтительно, посредством нанесения типографской краски. Толщина слоя типографской краски, предпочтительно, составляет от 0,25 до 3 мкм. Таким образом, чтобы сформировать светопоглощающие участки, например, толщиной 1 мкм, нужно нанести один на другой несколько слоев типографской краски. Световой пучок, отражаемый участками базовой структуры с нанесенной типографской краской, имеет интенсивность меньше, чем световой пучок, отражаемый светоотражающими поверхностями базовой структуры. Типографская краска, применяемая для создания светопоглощающих участков, предпочтительно, содержат, по меньшей мере, 50 мас.% пигментов, предпочтительнее, примерно 60 мас.% пигментов. Указанные пигменты выбраны из числа пигментов, которые по существу способны поглощать свет в диапазоне длин волн от 830 до 850 нм. Предпочтительными пигментами являются черные пигменты или цветные (неметаллические) пигменты. Цветные пигменты, имеющие следующие коды в цветовой модели Пантон: 201С, 468С, 482С, 5743С, 7302С или 8006С, служат примерами пигментов, обеспечивающих удовлетворительные результаты. Нанесение типографской краски на базовую структуру для формирования светопоглощающих участков может быть выполнено любым подходящим способом, таким как тиснение, ротационная гравировка, фотогравировка, химическая обработка или офсетная печать.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, для формирования прерывистых светопоглощающих участков можно использовать шероховатые поверхности базовой структуры, имеющие шероховатость (Rz), по меньшей мере, 2 мкм, предпочтительно, от 2 до 10 мкм, наиболее предпочтительно, примерно 5 мкм. С другой стороны, светоотражающие поверхности являются зеркальными поверхностями, при этом имеют значительно меньшую шероховатость, по сравнению с шероховатостью прерывистых светопоглощающих участков. Конкретнее, зеркальные поверхности базовой структуры имеют шероховатость менее 5 мкм, предпочтительно, от 0,2 до 2 мкм. Как известно, шероховатость (Rz) определяется среднеарифметическим значением единичных глубин микронеровностей последовательных базовых длин, где Ζ является суммой высоты наиболее высоких пиков и наиболее глубоких впадин на базовой длине.
Участки шероховатой поверхности могут быть сформированы, предпочтительно, посредством нанесения на базовую структуру неровного слоя типографской краски. После высыхания типографской краски неровность нанесенного слоя приводит к созданию шероховатости (Rz) поверхностного слоя базовой структуры.
Шероховатая поверхность базовой структуры также может быть получена при применении любой подходящей технологии, например, пескоструйной обработкой, дробеструйной обработкой, фрезерованием, лазерным гравированием, формованием и их сочетанием. Кроме того, шероховатость может быть получена посредством нанесения на базовую структуру полимерного лака, содержащего матовые пигменты, создающие требуемую шероховатость. К примеру, на всю поверхность базовой структуры можно нанести слой лака, создающего светопоглощающий слой, и выполнить локальное удаление указанного слоя лака, например, выжиганием при помощи лазера или любых эквивалентных средств, чтобы обнажить отражающие поверхности, сформированные нижележащим слоем металла, например, алюминия.
Альтернативно, шероховатые поверхности, являющиеся светопоглощающими поверхностями, и, соответственно, зеркальные поверхности, являющиеся светоотражающими поверхностями, можно создать в процессе формования. Например, указанную базовую структуру, содержащую шероховатые и зеркальные участки поверхности, можно получить методом инжекционного формования с использованием пресс-формы, во внутренней полости которой чередуются шероховатые и зеркальные участки поверхности.
Второй аспект настоящего изобретения относится к капсуле, предназначенной для вмещения и доставки ингредиента напитка в устройство для производства напитков посредством центрифугирования, имеющей фланцеобразный обод, содержащий подложку для оптически считываемого кода согласно первому аспекту изобретения.
Третий аспект настоящего изобретения относится к системе для приготовления напитков с использованием капсулы согласно второму аспекту изобретения, точнее к системе, содержащей устройство для приготовления напитков, в которое вводится указанная капсула; указанное устройство содержит удерживающее средство для капсулы и приводные средства для приведения удерживающего средства с капсулой во вращение вокруг оси вращения; причем устройство для приготовления напитков, к тому же, содержит оптическое считывающее устройство, предназначенное для считывания символов оптически считываемого кода с подложки, посредством:
- измерения отражательной способности символов и/или контраста между символами при освещении области подложки для кода, причем указанная область меньше области, занятой символами;
- приведение в действие приводных средств, обеспечивающих полный оборот капсулы при вращении.
В частности, средство, удерживающее капсулу, может быть, по меньшей мере, частично прозрачным, при этом оптическое считывающее устройство может быть приспособлено для измерения отражательной способности и/или контраста при освещении подложки для кода через средство, удерживающее капсулу.
Четвертый аспект настоящего изобретения относится к способу считывания символов, имеющихся на подложке для кода капсулы согласно второму аспекту изобретения, осуществляемому в устройстве для приготовления напитков, причем указанное устройство содержит средство, удерживающее капсулу, и приводные средства для приведения во вращение удерживающего средства с капсулой вокруг указанной оси вращения; устройство для приготовления напитков, кроме того, содержит оптическое считывающее устройство. Способ включает следующие этапы:
- измерение отражательной способности символов и/или контраста между символами при освещении области подложки для кода, причем указанная область меньше области, занятой символами;
- приведение в действие приводных средств, обеспечивающих полный оборот капсулы при вращении.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет лучше понятно из подробного описания неограничительных вариантов его осуществления, которые сопровождаются чертежами.
На фиг. 1 показан основной принцип центробежной экстракции;
на фиг. 2а, 2b - разные виды центрифужной камеры с капсулодержателем;
на фиг. 3а, 3b, 3c - набор капсул согласно настоящему изобретению;
на фиг. 4 - один из вариантов подложки для кода согласно изобретению;
на фиг. 5 - альтернативный вариант размещения последовательности символов на капсуле, в частности, вариант размещения последовательности символов на нижней поверхности обода капсулы, устанавливаемой в капсулодержателе экстракционного устройства;
на фиг. 6 - схема оптической скамьи, используемой для проведения измерения символов на капсуле согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
на фиг. 7 - диаграмма относительной диффузной отражательной способности символов, имеющихся на капсуле согласно одному из вариантов осуществления изобретения, в зависимости от углов, под которыми расположены датчик и источник света;
на фиг. 8 - диаграмма контраста между символами, имеющимися на капсуле согласно одному из вариантов осуществления изобретения, в зависимости от углов, под которыми расположены датчик и источник света;
на фиг. 9 - первый вариант подложки для оптически считываемого кода, которая показана в поперечном разрезе, выполненном в радиальном направлении R по ободу капсулы, представленной на фиг. 4;
на фиг. 10 - второй вариант подложки для оптически считываемого кода, которая показана в поперечном разрезе, выполненном в радиальном направлении R по ободу капсулы, представленной на фиг. 4;
на фиг. 11 - третий вариант подложки для оптически считываемого кода, которая показана в поперечном разрезе, выполненном в радиальном направлении R по ободу капсулы, представленной на фиг. 4;
на фиг. 12-14 - графики, на которых показаны результаты измерения отражательной способности в % символов оптически считываемого кода, нанесенного на подложку согласно изобретению, и нанесенного на сравнительные варианты подложек, соответственно.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 представлена система 1 для приготовления напитков, описанная в документе WO 2010/026053, которая является примером системы для приготовления напитков, в которой может использоваться капсула согласно изобретению.
Центробежный блок 2 содержит центрифужную камеру 3 для создания центробежных сил, действующих на ингредиент напитка и жидкость внутри камеры. Камера 3 может содержать капсулодержатель, в который вставляется капсула. Центробежный блок соединен с приводным средством 5, например, ротационным двигателем. Центробежный блок содержит накопительную емкость и выпускное отверстие 35. Емкость 48 располагается под выпускным отверстием и предназначена для сбора экстрагированного напитка. Система, кроме того, содержит средства доставки жидкости, такие как резервуар 6 для воды и жидкостной контур 4. Также предусмотрены нагревательные средства 31, которые могут быть расположены в резервуаре или вдоль жидкостного контура. Средства доставки жидкости могут, кроме того, содержать насос 7, соединенный с резервуаром для воды. Предусмотрены средства 19 ограничения потока, предназначенные для ограничения потока жидкости, выходящей из капсулы под действием центробежных сил. Кроме того, система может содержать расходомер, например, турбинный расходомер 8, обеспечивающий контроль расхода воды, доставляемой в камеру 3. К турбинному расходомеру 8 может быть подсоединен счетчик И для анализа данных 10 в виде импульсов. Проанализированные данные передаются процессору. Следовательно, в режиме реального времени может быть точно определен фактический расход жидкости в жидкостном контуре 4. Может быть предусмотрен пользовательский интерфейс 13, позволяющий пользователю вводить информацию, которая передается к блоку 9 управления. Дополнительные характеристики системы для приготовления напитков можно найти в документе WO 2010/026053.
На фиг. 3а, 3b и 3с представлены варианты капсул 2А, 2В, 2С согласно настоящему изобретению. Капсулы, предпочтительно, содержат корпус 22, обод 23 и верхнюю стенку в виде крышки 24. Крышка 24 может быть выполнена в виде перфорированной мембраны или стенки с отверстиями. Таким образом, крышка 24 и корпус 22 ограничивают полость 26 для ингредиентов. Как показано на чертежах, крышка 24, предпочтительно, соединена с корпусом по внутреннему кольцевому участку R обода 23, который, предпочтительно, составляет от 1 до 5 мм.
Обод капсулы не обязательно является горизонтальным, как показано на чертежах. Обод капсулы может быть несколько изогнут. Обод 23, предпочтительно, продолжается от капсулы наружу, по существу, перпендикулярно (как показано на чертежах) или с небольшим наклоном (изогнут, как упомянуто выше) относительно оси вращения Ζ капсулы. Следует отметить, что ось вращения Ζ является осью вращения капсулы в заварном устройстве во время центрифугирования и, соответственно, по существу, совпадает с осью вращения Ζ капсулодержателя 32 во время центрифугирования капсулы в заварном устройстве.
Следует понимать, что представленный вариант капсулы является только иллюстративным вариантом, и что капсулы, в частности, корпус 22 капсул может иметь разнообразную форму.
Корпус 22 каждой из капсул имеет выпуклую часть 25а, 25b, 25с, при этом капсулы имеют разную глубину выпуклой части, соответственно, d1, d2, d3. Часть 25а, 25b, 25с также может быть усеченной или частично цилиндрической.
Следовательно, капсулы 2А, 2В, 2С, предпочтительно, имеют разный объем, но, предпочтительно, одинаковый диаметр 'D' вставляемой в капсулодержатель части. На фиг. 3а, представлена капсула 2А, которая имеет небольшой объем, тогда как на фиг. 3b и 3с представлены капсулы 2В и 2С большего объема. Диаметр 'D' вставляемой в капсулодержатель части капсулы определен по границе между нижней поверхностью обода 23 и верхним участком корпуса 22. Однако указанный диаметр может быть определен иным образом.
Капсула 2А небольшого объема, естественно, содержит меньшее количество экстрагируемого ингредиента, например, молотого кофе, по сравнению с количеством ингредиента в капсулах 2В, 2С большого объема. Следовательно, небольшая капсула 2А предназначена доставлять в устройство ингредиенты для приготовления малого объема кофе от 10 мл до 60 мл, при этом может содержать от 4 до 8 г молотого кофе. Большие капсулы 2В предназначены доставлять в устройство ингредиенты для приготовления среднего объема кофе, например, от 60 до 120 мл, и самая большая капсула предназначена доставлять в устройство ингредиенты для приготовления большого объема кофе, например, от 120 до 500 мл.
Следует отметить, что кофейная капсула 2 В среднего размера может содержать от 6 до 15 г молотого кофе, а кофейная капсула 2С большого размера может содержать от 8 до 30 г молотого кофе.
Также следует отметить, что капсулы в наборе согласно изобретению могут содержать различные смеси жареного и молотого кофе, или кофе различного происхождения и/или отличающегося по обжарке и/или помолу.
Капсула выполнена с возможностью вращения вокруг оси Z. Указанная ось Ζ пересекает перпендикулярно центр крышки, которая имеет форму диска. Указанная ось Ζ проходит через центр основания корпуса капсулы. Относительно указанной оси Ζ определяется кольцевая «периферия» капсулы, при этом ось Ζ является осью симметрии. Указанную периферию может определять крышка или часть корпуса, в частности, фланцеобразный обод. Перед введением в устройство крышка может быть непроницаема для жидкости, либо может быть проницаема для жидкости, благодаря небольшим отверстиям или порам, предусмотренным в центре крышки и/или по периферии крышки.
Нижняя поверхность обода 23 является участком обода 23, который расположен вне полости, формируемой корпусом и крышкой, и при боковом положении капсулы хорошо виден, так же как и корпус капсулы.
Дополнительные сведения о капсулах или о наборах капсул можно почерпнуть из документов WO 2011/0069830, WO 2010/0066705 или WO 2011/0092301.
Один из вариантов центрифужной камеры 3 с капсул о держателем 32 показан на фиг. 2а и 2b. В капсулодержателе 32 выполнена широкая полость в общем цилиндрической или конической формы, которая имеет верхнее отверстие для введения капсулы и снизу закрыта основанием. Отверстие имеет диаметр, немного превышающий диаметр корпуса 22 капсулы. Конфигурация отверстия согласуется с конфигурацией обода 23 капсулы, причем, когда капсула вставлена в капсулодержатель, обод опирается на край отверстия. Соответственно, обод 23 капсулы опирается, по меньшей мере, частично на приемный участок 34 капсулодержателя 32. В центре нижнего основания капсулодержателя 32 закреплен располагаемый перпендикулярно цилиндрический вал 33. Капсулодержитель 32 вращается вокруг центральной оси Ζ вала 33.
Кроме того, на фиг. 2а и 2b показано оптическое считывающее устройство 100. Оптическое считывающее устройство 100 сконструировано так, что способно принимать выходной сигнал, содержащий информацию относительно уровня отражательной способности участков нижней поверхности обода 23 капсулы, опирающейся на приемный участок 34 капсул о держателя 32. Оптическое считывающее устройство способно выполнять оптические измерения участков нижней поверхности обода 23 даже через капсул о держатель 32, конкретнее, через широкую боковую стенку цилиндрического или конического капсулодержателя 32. Альтернативно, выходной сигнал может содержать другую информацию, например, касающуюся изменения во времени отражательной способности, или касающуюся контраста при освещении поверхности. Выходной сигнал может быть аналоговым, таким как сигнал напряжения, изменяющийся в зависимости от измеренной во времени информации. Выходной сигнал может быть цифровым, например двоичным сигналом, содержащим цифровые данные, касающиеся информации, измеренной во времени.
Согласно варианту осуществления изобретения, представленному на фиг. 2а и 2b, считывающее устройство 100 содержит светоизлучатель 103, испускающий первичный световой пучок 105а, и приемник 102 света, принимающий отраженный световой пучок 105b.
Как правило, светоизлучатель 103 является светодиодом или лазерным диодом, излучающим инфракрасный свет, и конкретнее, свет с длиной волны 850 нм. Как правило, приемник 102 света является фотодиодом, способным преобразовывать полученный световой пучок в сигнал напряжения или тока.
Считывающее устройство 100 также содержит обрабатывающие средства 106, включающие вмонтированную в процессор печатную плату, усилитель сигнала датчика, фильтры сигнала и контур, обеспечивающий соединение указанных обрабатывающих средств 106 со светоизлучателем 103, приемником 102 света и с блоком 9 управления машины.
Светоизлучатель 103, приемник 102 света и обрабатывающие средства 106 поддерживаются в фиксированном положении опорой 101, жестко зафиксированной на машинной раме. Во время проведения процесса экстракции положение считывающего устройства 100 остается неизменным и, в отличие от капсулодержателя 32, считывающее устройство не приводится во вращение.
В частности, светоизлучатель 103 расположен таким образом, чтобы испускаемый световой пучок 105а был ориентирован, как правило, вдоль линии L, пересекающей в фиксированной точке F плоскость Ρ, в которой расположен приемный участок 34 капсулодержателя 32, причем нормаль N к указанной плоскости Ρ проходит через точку F. Фиксированная точка F определяет в пространстве абсолютные координаты заданного места падения испускаемых световых пучков 105а на отражающую поверхность, причем при вращении капсулодержателя положение фиксированной точки F остается неизменным. Считывающее устройство может содержать фокусирующие средства 104, например, отверстия, линзы и/или призмы, эффективно обеспечивающие схождение испускаемого светового пучка 105 в фиксированной точке F нижней поверхности крышки капсулы, вставленной в капсулодержатель 32. В частности, испускаемый световой пучок 105 может быть сфокусирован так, чтобы освещалось пятно диаметром d, имеющее центр, по существу, в фиксированной точке F.
E
R
Считывающее устройство 100 выполнено так, чтобы угол θ между линией L и нормалью N составлял от 2° до 10°, и, в частности, от 4° до 5°, как показано на фиг. 2а. Соответственно, когда фиксированная точка F расположена на светоотражающей поверхности, отраженный световой пучок 105b обычно ориентируется вдоль линии L', проходящей через фиксированную точку F, причем угол θ между линией L' и нормалью N может составлять от 2° до 10° и, в частности, составляет от 4° до 5°, как показано на фиг. 2а. Приемник 102 света расположен на опоре 101 и способен принимать, по меньшей мере, частично, отраженный световой пучок 105b, который ориентирован, как правило, вдоль линии L'. К тому же, фокусирующие средства 104 могут быть позиционированы таким образом, чтобы отраженный световой пучок 105b фокусировался на приемнике 102 более эффективно. В варианте, представленном на фиг. 2а, 2b, точка F, линия L и линия L' являются компланарными. В другом варианте точка F, линия L и линия L' не являются компланарными: например, плоскость, проходящая через точку F и линию L, и плоскость, проходящая через точку F и линию L', расположены под углом, который составляет по существу 90°, при этом исключается прямое отражение, снижается шум и считывание является более надежным.
Капсулодержатель 32 способен частично пропускать световой пучок 105а, испускаемый источником вдоль линии L к точке F. Например, боковая стенка, формирующая широкую цилиндрическую или коническую полость капсулодержателя, сформирована так, что пропускает инфракрасный свет. Указанная боковая стенка может быть изготовлена из материала на основе полимера, который является прозрачным для инфракрасного света, благодаря чему, инфракрасный свет проникает через поверхности боковой стенки.
Таким образом, когда капсула вставлена в капсулодержатель 32, испускаемый световой пучок 105а может достичь нижней поверхности обода указанной капсулы в точке F, в результате чего, формируется отраженный световой пучок 105b. В указанном варианте осуществления изобретения отраженный световой пучок 105b проходит к приемнику 102 через стенку капсулодержателя.
Участок нижней поверхности обода 23 капсулы, вставленной в капсулодержатель 32, освещается в точке F испускаемым световым пучком 105, изменяющимся во времени, когда капсулодержатель 32 приводится во вращение. Таким образом, чтобы испускаемый световой пучок 105 осветил весь кольцевой участок нижней поверхности обода, требуется полный оборот вращающегося капсулодержателя 32.
Величину выходного сигнала можно вычислить или определить посредством измерения во времени интенсивности отраженного светового пучка, либо посредством сравнения его интенсивности с интенсивностью испускаемого светового пучка. Величину выходного сигнала также можно вычислить или определить посредством определения изменения во времени интенсивности отраженного светового пучка.
Капсула согласно изобретению содержит, по меньшей мере, одну подложку для оптически считываемого кода. В данном случае подложкой для кода может служить фланцеобразный обод. Следовательно, символы наносятся на фланцеобразный обод, служащий подложкой для оптического кода. Символы расположены, по меньшей мере, в одной последовательности, при этом указанная последовательность символов, формирующих код, несет набор информации, связанной с капсулой. Как правило, каждый символ соответствует определенному двоичному значению, а именно, первый символ может соответствовать двоичному значению '0', тогда как второй символ может соответствовать двоичному значению '1'.
В частности, в набор информации, содержащейся, по меньшей мере, в одной из последовательностей символов, может входить информация по распознаванию типа капсулы и/или одна, либо несколько позиций из следующего перечня:
- информация, относящаяся к параметрам приготовления напитка при использовании капсулы, таким как оптимальная скорость вращения, температура воды, подаваемой в капсулу, температура сборника для приготовленного напитка, расход воды, подаваемой в капсулу, последовательность операций во время процесса приготовления напитка и т.д.;
- информация для извлечения локально и/или дистанционно параметров для приготовления напитка при использовании капсулы, например, с помощью устройства для идентификации, позволяющего распознать тип капсулы;
- информация, относящаяся к изготовлению капсулы, например, идентификатор серийной партии, дата изготовления, рекомендуемый срок использования, срок годности, и т.д.;
- данные для извлечения локально и/или дистанционно информации, относящейся к изготовлению капсулы.
Каждый набор информации, по меньшей мере, одной из последовательностей может содержать избыточную информацию. Таким образом, методом сравнения может быть выполнена корректировка ошибок считывания. Также улучшается вероятность успешного считывания последовательности символов даже, если отдельные участки последовательности являются несчитываемыми. Набор информации, по меньшей мере, одной из последовательностей может также содержать данные для обнаружения ошибок, и/или для исправления ошибок в указанном наборе информации. Информация, необходимая для обнаружения ошибок, может содержать коды с повторениями, разряды контроля четности, контрольные суммы, результаты циклической проверки избыточности, данные криптографической хеш-функции, и т.д. Информация, необходимая для исправления ошибок, может содержать коды обнаружения и коррекции ошибок, коды прямого устранения ошибок и, в частности, сверточные коды или блочные коды.
Символы, имеющиеся в последовательностях, отображают данные, передающие необходимую информацию, связанную с капсулой. Например, каждая последовательность может представлять целое число двоичных разрядов. Каждый символ может быть закодирован одним или несколькими двоичными разрядами. Переходы между символами также могут отображать данные. Для расположения символов в последовательности может использоваться схема модуляции, например, схема линейного кодирования, подобная манчестерскому кодированию.
Каждый символ может быть напечатан и/или выдавлен. Каждый символ можно получить при достижении заданной шероховатости поверхности в результате обработки подложки для кода. Символы могут быть выполнены в виде элементов, входящих в неполный перечень: арочные сегменты; сегменты, которые по отдельности являются прямолинейными, но имеют расширение на всем протяжении, по меньшей мере, части секции; точки; многоугольники; геометрические фигуры.
В одном из вариантов осуществления изобретения каждая последовательность символов имеет одинаковую фиксированную длину и, конкретнее, имеет постоянное количество символов. Структура и/или тип каждой последовательности символов известен, благодаря чему, облегчается распознавание каждой последовательности посредством считывающего устройства.
В одном из вариантов осуществления изобретения секция имеет, по меньшей мере, один преамбульный символ, позволяющий определить начальное и/или конечное положение секции каждой последовательности. В качестве преамбульного выбран символ, который идентифицируется как отличный от других символов последовательности. Он может иметь другую форму и/или другие физические характеристики, по сравнению с другими символами. Две смежные последовательности могут иметь общий преамбульный символ, обозначающий завершение одной последовательности и начало другой.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, по меньшей мере, одна из последовательностей содержит символы, определяющие преамбульную последовательность, позволяющую определить в указанной последовательности положение символов, относящихся к информации, которая связана с капсулой. Символы, определяющие преамбулу, могут закодировать известную зарезервированную последовательность битов, например '10101010'.
В одном из вариантов осуществления изобретения преамбульные символы и/или преамбульные последовательности содержат информацию, необходимую для аутентификации набора информации, например, хеш-кода или криптографической подписи.
Символы расположены по существу вдоль, по меньшей мере, 1/8 части окружности кольцевой подложки, предпочтительно, вдоль всей окружности кольцевой подложки. Символы могут содержать следующие один за другим арочные сегменты. Символы, формирующие код, также могут содержать прямолинейные сегменты, которые, следуя на всем протяжении один за другим, расширяются, по меньшей мере, на одном участке периферии.
Чтобы обеспечивалось надежное считывание кода, последовательность символов, предпочтительно, повторяется вдоль периферии подложки. Последовательность символов повторяется вдоль периферии подложки, по меньшей мере, дважды. Предпочтительно, последовательность повторяется от трех до шести раз вдоль периферии подложки. Повторение последовательностей означает, что одна и та же последовательность дублируется, и следующие последовательности расположены одна за другой вдоль периферии, чтобы при повороте капсулы на 360°, одна и та же последовательность могла быть обнаружена или считывалась более одного раза.
На фиг. 4 представлен один из вариантов подложки 60а для кода согласно настоящему изобретению. Подложка 60а для кода занимает определенную часть ширины обода 23 капсулы. Обод 23 капсулы может содержать, по существу, внутреннюю кольцевую часть, формирующую подложку 60а и наружный (незакодированный) загнутый участок. Впрочем, подложка 60а может быть расположена по всей ширине обода 23, в частности, если обод имеет, по существу, плоскую нижнюю поверхность. Указанное расположение является особенно предпочтительным, поскольку имеется достаточно большая площадь для нанесения символов и снижается вероятность повреждения подложки обрабатывающим модулем, в частности, пирамидальной пластиной и выступающими частями компонентов устройства. При таком расположении подложки можно увеличить объем закодированной информации и повысить надежность считывания.
S
S
Согласно варианту осуществления изобретения, представленному на фиг. 4, подложка 60а выполнена в виде кольца, центрированного относительно оси Ζ капсулы, с внутренним радиусом 24,7 мм и наружным радиусом 27,5 мм. Средний радиус R подложки 60а равен 26,1 мм. Символы расположены по окружности, радиус R которой равен 26,1 мм. В этом случае максимальная ширина Hs каждого символа равна 2,8 мм. Подложка 60а для кода содержит 160 символов, причем каждый символ кодируется 1 битом информации. Символы являются сплошными, причем каждый символ стягивает дугу θ 2,25°.
S
S
Согласно другому варианту осуществления изобретения (не представленному), подложка 60а выполнена в виде кольца, центрированного относительно оси Ζ капсулы, с внутренним радиусом 24,7 мм и наружным радиусом 27,5 мм. Средний радиус R подложки 60а равен 26,1 мм. Символы расположены по окружности, радиус R которой равен 26,1 мм. В этом случае максимальная ширина Hs каждого символа равна 2,8 мм. Подложка 60а для кода содержит 140 символов, причем каждый символ кодируется 1 битом информации. Символы являются сплошными, причем каждый символ стягивает дугу θ 2,5714°.
S
S
Согласно другому варианту осуществления изобретения (не представленному), подложка 60а выполнена в виде кольца, центрированного относительно оси Ζ капсулы, с внутренним радиусом 24,7 мм и наружным радиусом 27,5 мм. Средний радиус R подложки 60а равен 26,1 мм. Символы расположены по окружности, радиус R которой равен 26,1 мм. В этом случае максимальная ширина Hs каждого символа равна 2,8 мм. Подложка 60а для кода содержит 112 символов, причем каждый символ кодируется 1 битом информации. Символы являются сплошными, причем каждый символ стягивает дугу θ 3,2143°.
На фиг. 5 представлен один из вариантов подложки 60b для кода согласно настоящему изобретению. Подложка для кода 60b может быть присоединена к капсуле или может являться частью капсулы, и вращается вместе с капсулой, когда капсула приводится во вращение вокруг оси Ζ посредством центробежного блока 2. Нижняя поверхность обода 23 капсулы является вмещаемым в капсулодержатель участком капсулы. Как показано на фиг. 5, подложка для кода может быть выполнена в виде кольца, имеющего периферийный участок, на котором расположена, по меньшей мере, одна последовательность символов, причем до введения капсулы в заварной блок машины для приготовления напитков пользователь позиционирует подложку по периферии капсулы. Следовательно, капсула, не оснащенная средствами для хранения информации, может быть усовершенствована за счет присоединения указанной подложки, несущей необходимую информацию. Когда подложка является самостоятельной частью, она может быть просто присоединена к капсуле без использования дополнительных фиксирующих средств, при этом пользователь должен обеспечить правильное позиционирование подложки перед введением капсулы в заварной блок, причем предусмотрена такая конфигурация и размеры подложки, чтобы после введения капсулы в заварной блок предотвращалось смещение подложки относительно капсулы. Подложка 60b для кода также может содержать дополнительные фиксирующие средства, обеспечивающие жесткую фиксацию указанной подложки на вмещающем участке капсулы, наподобие клея или механических средств, чтобы подложка удерживалась в неподвижном состоянии на капсуле после введения капсулы в заварной блок. Как упомянуто выше, подложка 60b для кода также может быть частью обода самой капсулы, например, может быть интегрирована в конструкцию капсулы.
S
S
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, представленному на фиг. 5, подложка 60b выполнена в виде кольца с внутренним радиусом 24,7 мм и наружным радиусом 27.5 мм. Средний радиус R подложки 60b равен 26,1 мм. Символы расположены по окружности, радиус R которой равен 26,1 мм. В этом случае максимальная ширина Hs каждого символа равна 2,8 мм. Подложка 60а для кода содержит 160 символов, причем каждый символ кодируется 1 битом информации. Символы являются сплошными, причем каждый символ стягивает дугу θ 2,25°.
S
S
Согласно другому варианту осуществления изобретения (не представленному), подложка 60b выполнена в виде кольца с внутренним радиусом 24,7 мм и наружным радиусом 27,5 мм. Средний радиус R подложки 60а равен 26,1 мм. Символы расположены по окружности, радиус R которой равен 26,1 мм. В этом случае максимальная ширина Hs каждого символа равна 2,8 мм. Подложка 60b для кода содержит 140 символов, причем каждый символ кодируется 1 битом информации. Символы являются сплошными, причем каждый символ стягивает дугу θ 2,5714°.
S
S
Согласно другому варианту осуществления изобретения (не представленному), подложка 60b имеет форму кольца, центрированного относительно оси Ζ капсулы, с внутренним радиусом 24,7 мм и наружным радиусом 27,5 мм. Средний радиус R подложки 60а равен 26,1 мм. Символы расположены по окружности, радиус R которой равен 26,1 мм. В этом случае максимальная ширина Hs каждого символа равна 2,8 мм. Подложка 60b для кода содержит 112 символов, причем каждый символ кодируется 1 битом информации. Символы являются сплошными, причем каждый символ стягивает дугу θ 3,2143°.
После введения капсулы в капсулодержатель каждый символ может быть измерен посредством считывающего устройства 100, когда указанный символ совмещается с падающим световым пучком 105а в точке F. Конкретнее, каждый отдельный символ обладает определенной способностью отражать падающий световой пучок 105а, которая отличает его от других символов. Таким образом, символы имеют разную способность отражать и/или поглощать падающий световой пучок 105а.
Поскольку считывающее устройство 100 способно измерять характеристики только освещенного участка подложки для кода, капсула должна приводиться во вращение приводными средствами до тех пор, пока все символы, имеющиеся в коде, не будут освещены падающим световым пучком. Как правило, скорость считывания кода может составлять от 0,1 до 2000 об/мин.
Отражающие характеристики подложки для кода согласно изобретению определялись в установленных лабораторных условиях. В частности, надежно считываемые считывающим устройством 100 первый символ и второй символ, имеющиеся на подложке согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, были измерены по отдельности, с использованием оптической скамьи, представленной на фиг. 6. Результаты гониометрических измерений диффузного отражения света указанными символами, имеющимися на капсуле, представлены на фиг. 7 (интенсивность света, отраженного каждым символом) и фиг. 8 (контраст между символами).
Следует отметить, что первый символ обладает большей отражательной способностью, по сравнению со вторым символом. В конструкции установки, используемой для измерения относительной интенсивности диффузного отражения каждым символом, предусмотрено независимое изменение угла θ расположения светового источника и угла θ' расположения светового датчика. Световой датчик представляет собой голое оптическое волокно, соединенное с измерителем мощности, приклеенным к очень тонкому механическому наконечнику, который закреплен на приводном рычаге указанного датчика. При проведении всех измерений угол Φ, образованный между источником света и плоскостями датчика, всегда равен Φ=90°. Источником света является лазерный диод, излучающий свет с длиной волны λ=830 нм.
REF
REF
На графике, представленном на фиг. 7, показана относительная диффузная отражательная способность (отложена по оси 210) символов, имеющихся на капсуле, в зависимости от угла θ' расположения датчика (значения угла отложены по оси 200). При измерении базовой интенсивности E отражения, присущей первому символу, датчик был расположен под углом 0°, а источник был расположен под углом 5°. Относительная диффузная отражательная способность каждого символа вычислялась относительно базовой интенсивности E. Кривые 220а, 230а, 240а показывают, соответственно, относительную диффузную отражательную способность первого символа при трех углах θ=0°, 5°, 10° расположения источника света. Кривые 220b, 230b, 240b показывают, соответственно, относительную диффузную отражательную способность второго символа при трех углах θ=0°, 5°, 10° расположения источника света.
REF
REF
Относительная диффузная отражательная способность символов составляет, по меньшей мере, 60% базовой интенсивности E при любой величине угла θ' расположения датчика в диапазоне от 3° до 6° и при любой величине угла θ' расположения источника в диапазоне от 0° до 10°. В частности, относительная диффузная отражательная способность символов составляет, по меньшей мере, 72% базовой интенсивности E при любой величине угла θ' расположения датчика в диапазоне от 2,5° до 4,4° и при любой величине угла θ расположения источника в диапазоне от 0° до 10°.
На графике, представленном на фиг. 8, показан оптический контраст (отложен по оси 310) между первым и вторым символами в зависимости от угла θ' расположения датчика (значения угла отложены по оси 300). Оптический контраст определяется следующей математической формулой: (i1-i2)/(i1+i2), где i1, i2 выражают, соответственно, интенсивность света, отраженного первым и вторым символами, к датчику при одной и той же заданной величине углов θ и θ'. Кривыми 320, 330, 340, 350 проиллюстрирован указанный оптический контраст, соответственно, при четырех углах θ=0°, 5°, 10°, 15° расположения источника. Самое низкое значение контраста в любом случае превышает 65%, что обеспечивает надежность обработки сигнала. В частности, оптический контраст, превышающий 80%, наблюдается при любой величине угла θ' расположения датчика в диапазоне от 2,5° до 4,4° и при любой величине угла θ расположения источника в диапазоне от 10° до 15°. В частности, оптический контраст более 75%, наблюдается при любой величине угла θ' расположения датчика, превышающей 6°, и при любой величине угла θ расположения источника в диапазоне от 0° до 15°.
На фиг. 9 представлена в поперечном разрезе показанная на фиг. 4 подложка 30 для оптически считываемого кода согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения. Указанная подложка 30 для кода содержит считываемую (наружную) сторону А и несчитываемую (внутреннюю) сторону В. На считываемой стороне А подложки имеются чередующиеся светопоглощающие поверхности 400-403 и светоотражающие поверхности 410-414. Светоотражающие поверхности 410-414 подложки сформированы посредством слоистой базовой структуры 500, тогда как светоотражающие поверхности 400-403 подложки сформированы прерывистыми дискретными участками из светопоглощающего материала, созданными в отдельных периферийных областях базовой структуры, причем дискретные светопоглощающие участки созданы, предпочтительно, посредством нанесения слоев 528 типографской краски на базовую структуру. Предпочтительно, базовая структура содержит монолитный слой 510 металла, предпочтительно, алюминия (или алюминиевого сплава), который покрыт прозрачным полимерным грунтовочным слоем 515, предпочтительно, на основе изоцианатной или полиэфирной смолы. От толщины слоя металла, например слоя алюминия, зависит формуемость подложки при формировании оболочки капсулы (например, корпуса и обода). С учетом требуемой формуемости толщина алюминиевого слоя, предпочтительно, составляет от 40 до 250 мкм, наиболее предпочтительно, от 50 до 150 мкм. Алюминиевый слой, имеющий толщину в пределах указанных диапазонов, способен обеспечить газовый барьер для сохранения свежести ингредиента в капсуле, в частности, при наличии в капсуле дополнительной барьерной мембраны, герметизированной на ободе.
Подложка для кода может быть сформирована из слоистого материала, который подвергается деформации для формирования обода 22 и корпуса 23 капсулы (фиг. 3а-3b). Сформированная из слоистого материала подложка содержит базовую структуру 500, на поверхности которой до проведения операции формирования капсулы (например, корпуса, обода) созданы участки 400-403 методом печати светопоглощающей типографской краской. Чтобы обеспечить точное расположение закодированных поверхностей, при нанесении типографской краски методом печати следует учитывать влияние последующей деформации слоистого материала. По типу типографская краска может быть однокомпонентной или двухкомпонентной типографской краской, причем может быть изготовлена на основе поливинилхлорида или на другой основе. Для нанесения на участки подложки предпочтительной является черная типографская краска, поскольку она обеспечивает более низкую отражательную способность и более высокий контраст, по сравнению с цветными типографскими красками. Однако для создания светопоглощающих участков подложки вместо черной типографской краски можно использовать цветную типографскую краску, предпочтительно, темную или непрозрачную типографскую краску. Типографская краска может содержать, например, от 50 до 80 мас.% цветных пигментов.
2
2
Металлический слой, предпочтительно, представляет собой, алюминиевый слой толщиной от 6 до 250 мкм. При помощи грунтовочного слоя можно обеспечить выравнивание шероховатости металлического слоя, в частности, алюминиевого слоя. Грунтовочный слой также улучшает сцепление типографской краски с металлическим слоем, в частности, алюминиевым слоем. Чтобы снижалось рассеяние светового пучка, слой нанесенной грунтовки должен быть тонким. Предпочтительно, толщина слоя грунтовки составляет от 0,1 до 5 мкм, наиболее предпочтительно, от 0,1 до 3 мкм. Плотность грунтовки, предпочтительно, составляет от 2 до 3 г/м, например, составляет примерно 2,5 г/м.
Если требуется, базовая структура на несчитываемой стороне может содержать дополнительные слои, предпочтительно, слой полимера, например, слой полипропилена или полиэтилена и слой 525 адгезива для склеивания слоя 520 полимера с металлическим слоем 510, либо термолак, обеспечивающий герметизацию крышки или мембраны на ободе капсулы, либо внутренний защитный слой лакокрасочного покрытия или лака. Подложка для кода, как указано выше, может являться неотъемлемой частью капсулы, например, частью фланцеобразного обода капсулы и корпуса.
2
2
Представленная на фиг. 9 базовая структура согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения при рассмотрении от стороны В к поверхности подложки, соответственно, содержит: слой полипропилена толщиной 30 мкм, слой адгезива, алюминиевый слой толщиной 90 мкм, слой полиэфира толщиной 2 мкм и плотностью 2,5 г/м, а также участки с нанесенной черной типографской краской толщиной 1 мкм. В альтернативном варианте осуществления изобретения слой грунтовки заменен на слой лака толщиной 5 мкм, который, предпочтительно, имеет плотность 5,5 г/м и содержит 5 мас.% металлических пигментов.
На фиг. 10 представлен другой вариант подложки 30 для кода согласно настоящему изобретению. В этом случае базовая структура содержит слой лака 530 вместо слоя грунтовки 515, который показан на фиг. 9. Лак представляет собой полимер, содержащий металлические пигменты 535, к примеру, алюминиевые, серебряные или медные пигменты. Толщина слоя лака несколько больше толщины слоя грунтовки 515, который показан на фиг. 9, и составляет, предпочтительно, от 3 до 8 мкм, предпочтительнее, от 5 до 8 мкм. Металлические пигменты компенсируют снижение отражательной способности металлического слоя, связанное с увеличением толщины слоя полимера. Кроме того, слой лака выравнивает шероховатость металлического слоя. Содержание в лаке металлических пигментов, предпочтительно, составляет, по меньшей мере, 1 мас.%, предпочтительнее, составляет от 2 до 10 мас.%.
На фиг. 11 представлен другой вариант подложки 30 для кода согласно настоящему изобретению. В этом случае базовая структура 500 содержит слой металла и/или полимера 540, имеющего зеркальные поверхности 610-615, и шероховатые поверхности 600-604. Зеркальные поверхности 610-615 были получены, посредством формирования участков, имеющих шероховатость Rz менее 5 мкм, предпочтительно, от 0,2 до 2 мкм. Светопоглощающие поверхности 600-604 были получены посредством формирования участков, имеющих шероховатость Rz более 2 мкм и, предпочтительнее, более 5 мкм. В качестве примера, зеркальные поверхности были сформированы посредством нанесения слоя 540 полимера на основе полиэфирной или изоцианатаной смолы, содержащего металлические пигменты 545. Шероховатые поверхности базовой структуры могут быть получены с помощью любой подходящей технологии, например, пескоструйной обработкой, дробеструйной обработкой, фрезерованием, лазерным гравированием, химическим воздействием и их сочетанием. Содержание пигментов в полимерном слое 540 может составлять, по меньшей мере, 5 мас.%, предпочтительно от 10 до 30 мас.%. Может быть предусмотрен опорный слой 510, который является, предпочтительно, металлическим слоем, таким как алюминиевый слой. Следует отметить, что вместо слоев 510 и 540 может присутствовать только один слой, а именно, металлический или полимерный слой.
В настоящем изобретении при ссылке на определенные металлы подразумеваются и сплавы указанных металлов, в которых металл является основным компонентом по массе, в частности, при ссылке на алюминий подразумеваются и алюминиевые сплавы.
Примеры:
Для оценки величины отраженного сигнала (бит 1 / бит 0) были проведены испытания капсул с интегрированной подложкой для кода. Испытания были выполнены в устройстве упрощенной конструкции, представленном на фиг. 2а и 2b, причем вместо капсул о держателя 32 была использована прозрачная фиксирующая пластина, удерживающая обод капсулы и обеспечивающая прохождение световых пучков в открытом пространстве. Угол между направлением светового пучка, испускаемого излучателем, и направлением отраженного светового пучка, поступающего в приемник, составлял 8°, то есть 4° с каждой стороны вертикальной оси N.
Пример 1 - Распознаваемый код на подложке, содержащей базовую структуру со светоотражающими поверхностями, покрытыми цветным лаком, и светопоглощающими поверхностями, полученными посредством нанесения типографской краски на участки базовой структуры
2
Подложка содержит светоотражающую базовую структуру, сформированную из алюминиевого слоя толщиной 30 мкм, покрытого слоем лака с алюминиевым пигментом толщиной 5 мкм и плотностью 5,5 г/м. Чтобы сформировать светопоглощающие поверхности, на базовую структуру наносили слой черной типографской краски на основе поливинилхлорида толщиной 1 мкм, представленной на рынке фирмой Siegwerk. Таким образом, светоотражающие поверхности (двоичный сигнал 1) были сформированы базовой структурой, а светопоглощающие поверхности (двоичный сигнал 0) были сформированы участками базовой структуры с нанесенной черной типографской краской. Измерения показали, что максимальная отражательная способность светоотражающих поверхностей (двоичный сигнал 1) составляла 2,68%. Разброс при измерении отражательной способности светоотражающих поверхностей (двоичный сигнал 1) составлял 1,32%. Измерения показали, что минимальная отражательная способность светопоглощающих поверхностей (двоичный сигнал 0) составляла 0,73%. Разброс при измерении отражательной способности светопоглощающих поверхностей (двоичный сигнал 0) составлял 0,48%). Результаты измерений представлены на графике (фиг. 12).
Пример 2 - Распознаваемый код на подложке, содержащей базовую структуру со светоотражающими поверхностями, покрытыми бесцветным грунтовочным слоем, и светопоглощающими поверхностями, полученными посредством нанесения типографской краски на участки базовой структуры
2
Измерение отражательной способности выполняли на пустой капсуле, содержащей подложку для оптически считываемого кода, имеющую базовую структуру, формирующую светоотражающие поверхности, и участки с нанесенной типографской краской, формирующие светопоглощающие поверхности. Таким образом, базовая структура подложки при рассмотрении от стороны В к стороне А (считываемой), соответственно, содержит: слой полипропилена толщиной 30 мкм, слой адгезива, алюминиевый слой толщиной 90 мкм, слой полиэфирной грунтовки толщиной 2 мкм и плотностью 2,5 г/м. Прерывистые участки на поверхности грунтовочного слоя были созданы методом печати черной типографской краской толщиной 1 мкм, представленной на рынке фирмой Siegwerk. После нанесения типографской краски методом печати была выполнена глубокая вытяжка корпуса капсулы для получения капсулы с подложкой. Таким образом, светоотражающие поверхности были сформированы базовой структурой (двоичный сигнал 1), а светопоглощающие поверхности (двоичный сигнал 0) были сформированы участками с нанесенной черной типографской краской. Были проведены измерения отражательной способности подложки. Результаты измерений представлены на графике (фиг. 13). Измерения показали, что максимальная отражательная способность светоотражающих поверхностей (двоичный сигнал 1) составляла 5,71%. Разброс при измерении отражательной способности светоотражающих поверхностей (двоичный сигнал 1) составлял 1,49%. Измерения показали, что минимальная отражательная способность светопоглощающих поверхностей (двоичный сигнал 0) составляла 0,87%. Разброс при измерении отражательной способности светопоглощающих поверхностей (двоичный сигнал 0) составлял 0,47%.
Пример 3 - Нераспознаваемый код на подложке, содержащей базовую структуру с светопоглощающими поверхностями и со светоотражающими поверхностями, полученными посредством нанесения типографской краски на участки базовой структуры
Измерения отражательной способности выполняли на пустой капсуле, содержащей подложку для оптически считываемого кода, имеющую базовую структуру, формирующую светопоглощающие поверхности, и участки с нанесенной типографской краской, формирующие светоотражающие поверхности. В данном случае алюминиевый опорный слой был покрыт непрерывным слоем черного матового лака толщиной 5 мкм. Светоотражающие поверхности были сформированы дискретными участками, созданными посредством нанесения на базовую поверхность слоя типографской краски толщиной 1 мкм, содержащей более 25 мас.% светоотражающих серебряных пигментов. На удивление, двоичные сигналы 1 и 0 почти не отличались друг от друга. Результаты измерений представлены на графике (фиг. 14). Измерения показали, что максимальная отражательная способность светоотражающих поверхностей (двоичный сигнал 1) составляла 0,93%. Минимальная отражательная способность светоотражающих поверхностей (двоичный сигнал 1), составляла 0,53%. Минимальная отражательная способность светопоглощающих поверхностей (двоичный сигнал 0) составляла 0,21%. Разброс при измерении отражательной поглощающей поверхности (двоичный сигнал 0) составлял 0,23%.