[0001] 本发明属于咖啡渣再利用领域，尤其是涉及一种用于处理咖啡渣的制皂装置。

[0002] 目前对于咖啡渣的处理工艺走向两个方面，一方面大规模集中处理，但工序复杂、所消耗的人力物力较大，不具有普适性和可行性，且大多需要集中回收处理，增大了交通运输成本；另一方面主要研究小型化分散处理，但这类处理往往利用率较低，不能对于咖啡渣的优越性能彻底的开发。

[0003] 咖啡渣在部分咖啡店中被用作家事皂原料，经过手工冷制，制作成咖啡渣家事皂，目前亦有部分手工皂作坊使用冷制法制取该类型皂品。

[0004] 然而，目前市利用咖啡渣制做肥皂时，将重点放在了工艺流程的设置，且制作咖啡皂的配方相对单一。

[0005] 如公开号为CN103732366A的中国专利文献公开了利用咖啡渣的成型品加工方法，从咖啡专卖店回收咖啡渣，并进行干燥‑分类‑粉碎工序之后，将所加工的咖啡渣、纯净水及结合剂相混合，并放入固定模具，从而以包括立方体形态的多种形态压接成型，得到肥皂。

[0006] 公开号为CN111304025A的中国专利文献公开了一种利用咖啡渣回收发酵料制作香皂的方法，包括如下步骤：(1)咖啡渣预处理、(2)一次灭菌处理、(3)接种处理、(4)发酵处理、(5)二次灭菌处理、(6)原料称取、(7)皂液制备、(8)香皂毛坯制备、(9)香皂成品制备。

[0007] 另一方面，目前市场上已有的利用咖啡渣制做肥皂的机器体积很大，暂无中小型、自动化、软硬结合的利用咖啡渣制皂的机器。同时，目前市面上存在的皂品外观定制主要以模型刻印和手工制作为主，需要在制造制皂完成后额外进行雕刻步骤，具有较高的定制成本。

[0038] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

[0039] 一种用于处理咖啡渣的制皂装置，主要包括箱体和控制器，箱体内设有由控制器控制的皂基投料模块、咖啡渣投料模块、搅拌模块、输送模块12、雕刻模块和脱模模块。

[0040] 具体的，如图1所示，皂基投料模块包括皂基预处理室，皂基预处理室的顶部设有带翻盖1的皂基进料口，下部设有皂基出口；皂基预处理室的内底面设有磁吸式环形加热板2，通过旋转使皂基或皂基液预热。

[0041] 咖啡渣投料模块包括咖啡渣预处理室，咖啡渣预处理室内从上到下依次设有咖啡渣进料口5、滤网6、通风孔道7、电热磨盘8、狭缝9和咖啡渣出口。其中，通风孔道7处设有风口朝下的微型风机，用于向下吹风使得咖啡渣向下方流通；电热磨盘8用于通过旋转加热研磨使咖啡渣趋于胶态；狭缝9与电热磨盘8配套，向下的热风使咖啡渣打散烘干后从狭缝9中通过，到达咖啡渣出口。

[0042] 搅拌模块包含混合反应室以及设置在混合反应室内的双层搅拌器10，混合反应室的上部设有搅拌电机3，搅拌电机3的输出端通过弹性螺旋轴承4与双层搅拌器10连接。

[0043] 皂基投料模块下部的皂基出口、咖啡渣投料模块下部的咖啡渣出口分别通过管道连接至混合反应室上端的进料口，混合反应室下部的出料口设有喷头。其中，压力式喷头上口14通过改变两侧施加压力确保皂液均一稳定，喷头下口13喷射稳定皂液。

[0044] 如图2～6所示，输送模块12包括内侧壁设有环形导轨的抽屉盒21以及设置在抽屉盒21内、与导轨滑动固定的成皂仓18；抽屉盒21内根据底面高度分为冷却区24、上坡区25和雕刻区26；冷却区24铺设有用于冷却水流动的导流槽。

[0045] 抽屉盒21内侧壁的环形导轨包括水平布置的上层导轨22和下层导轨23；其中，上层导轨22上设有齿条，下层导轨23上设有水平滑槽。

[0046] 成皂仓18的底部设有滚轮，侧壁设有竖向布置的球形滑槽结构19以及与球形滑槽结构19相配合的球杆连接件27；球杆连接件27的球形端可上下滑动的设置在球形滑槽结构19中，球杆连接件27的直杆端与E型连接件20的下部底板205固定。

[0047] 如图6所示，E型连接件20的下部底板205设有与下层导轨23的水平滑槽相配合的滑块，中部安装板203设有与上层导轨22的齿条相啮合的齿轮结构204，上部顶板201设有与齿轮结构连接的微型电机202；通过微型电机202带动齿轮结构204转动，使球杆连接件27沿着环形导轨运动，从而带动成皂仓18沿着抽屉盒21内侧壁的环形轨道从冷却区24、上坡区25到达雕刻区26，并下坡回到冷却区24的过程。

[0048] 本发明的输送模块12中，通过齿轮结构204和上层导轨22的齿条啮合实现齿轮向前运动，由于E型连接件20固定在球杆连接件27上，使得E型连接件20上的微型电机202产生的驱动力可以带动成皂仓18沿着导轨运动。球杆连接件27的球形端卡入球形滑槽结构19中，使得球杆连接件27和成皂仓18之间能够相对转动，并且同时也能上下移动，从而使球杆连接件27的平动带动成皂仓18实现上下坡以及环形运动。

[0049] 成皂仓18在冷却区24接收喷头下口13喷射的皂液并冷却成型，然后沿着导轨从上坡区25输送到雕刻区26。

[0050] 本发明实施例中，成皂仓18为圆筒结构，包括筒体以及与桶体配合的磁吸式底板。

[0051] 如图1所示，雕刻模块设置在雕刻区，包括雕刻机15，用于对成皂仓18中的皂体表面进行雕刻。

[0052] 脱模模块包括设置在雕刻区用于固定成皂仓的固定平台16以及用于推动磁吸式底板向上运动对皂体脱模的脱模器17。本发明实施例中，脱模器17采用电机驱动螺杆的上下运动进行脱模。

[0053] 为适应小空间内对咖啡皂实现雕刻功能，本发明设计了一种基于GRBL的小型数控雕刻机，利用步进电机驱动联轴器和丝杆实现由电机旋转向X、Y、Z三轴方向的运动和定位的传递，确保雕刻的精度。

[0054] 由于控制对象较为简单，系统中电控系统的主控芯片采用ATmega328，8位CPU，包括32kB Flash、2kB SRAM和1kB EEPROM。动力源包括主轴高速电机和三轴运动控制电机，其工作电压均可用12V，主轴电机工作电压可提升至24V，单片机板的工作电压包括5V和3.3V，雕刻机的电机控制流程如图7所示。

[0055] GRBL是德国的嵌入式G代码编译和运动控制器的开源代码，能解析主流数控软件产生的数控代码G代码，实现数控机床三轴步进电机的运动控制和主轴的控制。本项目雕刻机运动控制本质上是通过下位机解析G代码，控制步进电机通过联轴器将运动输送给主轴与丝杆。G代码是NC代码的核心，而NC代码是下位机用于解析执行的一种数控软件输出格式，包含了雕刻机实际加工时所需的一切信息，即雕刻的工艺顺序、运动轨迹与方位、工艺参数以及辅助功能。GRBL控制源码流程如图8所示。

[0056] 如图9所示，利用本发明的制皂装置进行制皂的一个流程如下：

[0057] 咖啡皂在成皂的过程中，主要经历了咖啡渣研磨、皂基预热、混合旋转加热、热皂液倒模、冷却、雕刻、脱模等步骤。

[0058] 咖啡渣研磨：新取得的咖啡渣(以20g为例)倒入咖啡渣投料模块的咖啡渣预处理室后在75摄氏度环境下进行热压制和研磨。直至咖啡渣被预研磨成胶状使得可以流入搅拌模块。

[0059] 皂基预热：将300g自研皂基倾倒入皂基投料模块的皂基预处理室内，在咖啡渣研磨的同时，皂基将在80摄氏度环境下进行预热，便于加速后续反应。整个制皂流程采取最有时间顺序，通过自研算法优化了制皂逻辑，保证制皂过程在10‑15分钟内完成，达到了即时转化的要求。

[0060] 混合旋转加热：研磨好的咖啡渣和预热后的皂基流入搅拌模块的混合反应室内，在90摄氏度600rpm转速环境下进行共热，全过程在5min内即可完成。

[0061] 热皂液倒模：喷头将完成共热的热皂液倒入成皂舱内，旋转冷凝。

[0062] 冷却：在皂体初步形成后置入下层冷却室进行冷却，适应后续雕刻的要求。

[0063] 雕刻和脱模：冷却后的皂体通过输送模块送到雕刻区进行雕刻和脱模。

[0064] 相较于目前对于咖啡渣的处理工艺，与大规模集中处理相比，本发明的装置体积小、占地面积小，实现了咖啡渣的“点对点处理”，减少了运输成本；相较于小型化分散处理，摆脱了小作坊化、高度手工化的困境，进一步对于咖啡渣的优越性能进行彻底的开发。

[0065] 目前使用的家用手工皂制皂机普遍自动化程度低、样品较大，且很少集成预热和成皂两方面的功能，本发明的装置侧重小型化、自动化设计；使用多个反应舱室分离、电路自动调控的运行方式，优化了制皂路径；在保证热皂液稳定性的前提下，全封闭的成皂过程减少了其中皂基的消耗，减少而来制皂开支。

[0066] 本发明中的雕刻模块采取三轴步进电机联动方式，对于给定输入指令，能够做到高精度移动主轴电机到指定位置。该设计的主要效果是：确保雕刻定制图形的准确性，以此满足用户使用本装置雕刻咖啡皂的功能需求。

[0067] 以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。