專利名稱：玻璃產(chǎn)品以及檢測該產(chǎn)品內(nèi)物質(zhì)屬性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種玻璃產(chǎn)品或一種其它透明的、玻璃類材料的產(chǎn)品，以及一種檢測此類玻璃產(chǎn)品內(nèi)所裝物質(zhì)屬性的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)公開了各種不同的在玻璃上進(jìn)行標(biāo)識或標(biāo)記的方法。例如，可以利用自粘貼的、帶有標(biāo)記的透明薄膜粘貼在玻璃上而進(jìn)行標(biāo)識或標(biāo)記；另外一種方法是利用激光輻射在玻璃上進(jìn)行標(biāo)識或標(biāo)記。
DE4407547C2中公開了一種由透明材料生產(chǎn)其內(nèi)部含有標(biāo)記的物體的方法；所述物體內(nèi)部存在一個窄小的空間，在該空間里通過激光輻射而形成點狀的微裂紋(Mikrorisse)。這些微裂紋具有可以為裸眼所辨別的直徑。
WO92/03297 A1(＝DE4126626C2)公開了一種類似的方法，在該方法中，玻璃物體內(nèi)部待標(biāo)記的材料經(jīng)激光輻射而被離子化，從而也形成類似的微裂紋。
WO94/14567公開了另一種相應(yīng)的方法，該方法也是通過在物體內(nèi)部形成局部的微裂紋而產(chǎn)生進(jìn)行識別的圖象。
上述的現(xiàn)有技術(shù)的方法中，采用能量密度大于107W/cm2的固體激光器(NdYAG)。上述這些方法的一個缺陷是只有特定的玻璃才會與此類激光輻射進(jìn)行反應(yīng)；另一個缺陷是微裂紋結(jié)構(gòu)會對標(biāo)記后的玻璃的材料性能造成損害。
WO00/32349A1及WO00/32531A1也公開了采用固體激光器(NdYAG)為玻璃進(jìn)行標(biāo)記的方法。這些方法通過選擇激光參數(shù)從而避免形成可能導(dǎo)致玻璃破裂的微裂紋。但是，這些方法的一個缺陷是產(chǎn)生的標(biāo)記不能為裸眼所見；這些方法的另一個缺陷是為了把激光束聚焦在玻璃內(nèi)部，玻璃的容量必須足夠大，或玻璃最小壁厚不小于如1mm，以避免裂紋發(fā)展到表面。
對于固體激光器所產(chǎn)生的波長而言，玻璃是相當(dāng)透明的(即激光波長可以穿過玻璃)，為了在此情況下，使得仍然能夠發(fā)生相互反應(yīng)或進(jìn)行標(biāo)記，可以在玻璃上涂上吸收層。EP0761377B1就公開了這樣的方法，該方法采用波長例如為1.06μm的NdYAG激光器在涂敷的材料層上進(jìn)行標(biāo)記。而DE4224282A則公開了另一種相應(yīng)的方法，該方法是在摻有金屬的特種玻璃上進(jìn)行標(biāo)記。
WO95/05286A1提供了一種在玻璃內(nèi)部進(jìn)行標(biāo)記而不改變玻璃表面的方法。為了把表面下局部應(yīng)力引到大約50μm深處，該方法采用了焦點處能量密度至少為6kW/cm2的CO2激光器。這種方法的一個缺陷是所得標(biāo)記不能為裸眼所見。
另外，DE3121138C2還公開了一種裝飾玻璃產(chǎn)品的方法。該方法采用一種激光束，該光束的最大能量能夠蒸發(fā)表面層的玻璃材料或使玻璃的光學(xué)透明度產(chǎn)生變化。
DE3145278C2提供了另一種利用激光束除去玻璃表面上材料的方法。該方法利用局部吸收矩陣把激光束分成多個單獨光束。
此外，DE4132817A1公開了一種利用激光束將待處理表面某些點上的玻璃予以熔化的方法。這種去除物質(zhì)的方法有一個缺陷，即必須使用抽出設(shè)備以去除已揮發(fā)的玻璃材料；而且，這種方法會對材料性能造成損害。
上述方法的一個共同缺陷是由于激光加工是在低于變態(tài)溫度(Transformationstemperatur)的溫度下進(jìn)行的，為了釋放玻璃中的應(yīng)力，必須在激光加工前、加工時或加工后對玻璃進(jìn)行熱處理。
DE19926878A1提供了一種利用激光束雕刻玻璃器皿的方法。該方法采用一種琺瑯，該琺瑯由可玻璃化的基質(zhì)和一種顏料的組合物構(gòu)成，所述顏料能夠在激光束的作用下進(jìn)行反應(yīng)并改變所述組合物的顏色。
此外，WO99/00215A1公開了一種以各種公知方法的組合為基礎(chǔ)的、在玻璃表面及內(nèi)部進(jìn)行標(biāo)記的方法。
WO96/10777公開了一種利用UV激光輻射在玻璃表面進(jìn)行標(biāo)記的方法，但只能形成必須借助視覺工具才能辨別的微觀結(jié)構(gòu)。
JP09278494A公開了一種對玻璃基片進(jìn)行標(biāo)記的方法，這種方法采用的是波長大約為262nm的YLF激光。
JP10101379A公開了另外一種對玻璃進(jìn)行標(biāo)記的方法；該方法采用波長為2300nm的脈沖激光束，對玻璃上每個需要被標(biāo)記的部位施加3到100次作用。
DE3425263A1描述了一種利用激光輻射將信息寫入透明材料體內(nèi)的方法。通過選擇激光焦點，信息就可以被標(biāo)記進(jìn)該透明材料的不同深度里面。
DE19646331描述了一種利用激光直接標(biāo)記的浮雕制作方法。該方法通過聚焦激光束把能量施加于基板之上，形成局部熱膨脹，從而形成局部的塑性變形。
DE19646332公開了一種以激光為基礎(chǔ)、在工件內(nèi)部形成字母的方法。
DE19823257A1公開了一種方法，該方法利用高強(qiáng)度的激光脈沖，使包含金屬微粒的介電材料的消光譜(Extinktionsspektrum)產(chǎn)生一種一定的、永久的變化。這種變化是由高強(qiáng)度激光激發(fā)金屬微粒的表面等離子體(Oberflaechenplasmon)形成消光帶而產(chǎn)生的。
標(biāo)記的玻璃容器可以用來盛液體，如藥劑等。通常對藥劑質(zhì)量進(jìn)行檢測時，藥劑是放在玻璃容器里的?，F(xiàn)有技術(shù)中已有用于進(jìn)行這種質(zhì)量檢測的光學(xué)檢測設(shè)備，這種光學(xué)檢測設(shè)備能用來自動測定每單位體積液體中微粒的數(shù)量，或可以用來檢測其它屬性?，F(xiàn)有技術(shù)中玻璃容器的缺陷是玻璃容器上的標(biāo)記會使光學(xué)檢測出現(xiàn)差錯，甚至使檢測無法進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種改良的玻璃產(chǎn)品或一種由其它透明的、玻璃類材料制成的產(chǎn)品。此外，本發(fā)明的目的還在于提供一種改良的、檢測位于玻璃產(chǎn)品內(nèi)的物質(zhì)屬性的方法。
本發(fā)明的目的可以通過每個獨立權(quán)利要求的特征得以實現(xiàn)，而從屬的權(quán)利要求則給出了優(yōu)選的具體實施方式
。
在本發(fā)明中，玻璃產(chǎn)品或由其它透明的、玻璃類材料制成的產(chǎn)品，是通過在該產(chǎn)品表面的一處或多處的局部變形來進(jìn)行標(biāo)記的；而每個或整個局部變形均可以具有透鏡的作用。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，前述的局部變形在玻璃表面上具有基本上為環(huán)形的邊界。根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方式，所述的局部變形在玻璃表面上具有基本上為橢圓形的邊界。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方式所述，通過焦距來實現(xiàn)將信息編碼寫入局部變形中。信息的編碼寫入可以是一個局部變形對應(yīng)一個焦距，也可以是一個相同的局部變形對應(yīng)多個不同的焦距，或者是多個局部變形對應(yīng)多個不同的焦距。并且，各個變形之間的距離也可以用來對信息進(jìn)行編碼。
根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施方式所述，局部變形可以形成球形形狀或圓柱形形狀的透鏡，其直徑最大為0.5mm，優(yōu)選為低于0.3mm。與表面垂直的玻璃表面輪廓的變形以低于0.1mm為宜，優(yōu)選低于0.05mm。
根據(jù)本發(fā)明的再一個優(yōu)選實施方式所述，表面上的一個或多個局部變形是在生產(chǎn)玻璃產(chǎn)品時產(chǎn)生的，例如在拉管裝置中。這樣，生產(chǎn)玻璃之后就可省略專門附加標(biāo)記的處理步驟。
優(yōu)選地，表面的局部變形可以這樣形成首先，在拉管裝置中沿拉伸過程在其表面選擇一個標(biāo)記位置，該位置處的玻璃溫度高于玻璃的變態(tài)溫度；然后，利用激光脈沖在玻璃上施加作用，從而在玻璃表面上形成標(biāo)記。
此外，即使在生產(chǎn)玻璃管的高溫下，本發(fā)明仍可產(chǎn)生清晰可見的標(biāo)記，而同時不會產(chǎn)生微裂紋。標(biāo)記操作與生產(chǎn)過程的可能結(jié)合，使得本已存在的高溫可以被本發(fā)明所述的方法所利用，而如果不存在這些高于變態(tài)溫度的高溫，那么就必須在隨后的加工過程中形成這樣的高溫。
本發(fā)明的一個特別的優(yōu)點是其可以被包含在一個連續(xù)的生產(chǎn)過程中，而不會延遲生產(chǎn)過程或?qū)ζ湓斐刹焕绊憽?br> 本發(fā)明的另一個優(yōu)點是可以在表面形成低應(yīng)力的標(biāo)記，而不會產(chǎn)生微裂紋，因此，生產(chǎn)出的玻璃產(chǎn)品的材料性能不會因為標(biāo)記加工而受到不良影響。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，對激光束進(jìn)行控制，使其只在很短時間中保持最高功率。從這方面講，為了最大限度地減少導(dǎo)入玻璃的應(yīng)力，最高功率的選擇應(yīng)取決于玻璃的物理參量，如玻璃的熱膨脹系數(shù)及熱傳導(dǎo)率等。
這種純粹的熱交互作用足以滿足在玻璃表面施加可見標(biāo)記的需要，因為待標(biāo)記的玻璃所處的溫度高于變態(tài)溫度，因而處理起來更加容易。相應(yīng)地，施加標(biāo)記只需要相對較低的激光功率。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式采用了脈沖準(zhǔn)連續(xù)CO2激光束，通過采用不同的激光束脈沖/間距比率，經(jīng)過激光的玻璃表面就可以被打上不同圖案的永久標(biāo)記，如點、劃或線等。
產(chǎn)生激光束的控制系統(tǒng)可以有利地連接到測量系統(tǒng)上，這使得可以對那些通過監(jiān)控質(zhì)量的測量設(shè)備檢測出相應(yīng)缺陷的玻璃進(jìn)行標(biāo)記。例如，如果該測量設(shè)備檢測出玻璃缺陷，如氣泡、突起等，測量設(shè)備就會向激光的電子控制裝置發(fā)出相應(yīng)的信號，于是材料上的相應(yīng)位置的表面被作了標(biāo)記，這些標(biāo)記在隨后的生產(chǎn)過程中既可以用來指示必須采取必要的后處理措施，也可以用來剔除相應(yīng)的產(chǎn)品。
還可以通過選擇激光束的脈沖時間和/或最高功率級別，使裸眼看不到標(biāo)記，但只能通過使用顯微鏡或偏振計才能觀察到。標(biāo)記也可以做成像條碼那樣的可以機(jī)讀的形式。
使用本發(fā)明所述的方法，給玻璃加上無法假冒的標(biāo)記，可以防止產(chǎn)品假冒。同樣，也可以使用本發(fā)明所述的方法給玻璃加上商標(biāo)、公司標(biāo)識(logo)或其它必要的產(chǎn)品標(biāo)志，以達(dá)到防止假冒的目的，同時不會破壞玻璃的材料性能，并使標(biāo)記過程結(jié)合在生產(chǎn)過程之中。
由于本發(fā)明的方法是無接觸標(biāo)記方法，因此安裝相應(yīng)設(shè)備時，可以單獨安裝，使其與其它的生產(chǎn)設(shè)備分開，這就賦予本發(fā)明另一個優(yōu)點，即維修要求低，可以采用簡便的、移動式的標(biāo)記設(shè)備。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方式中，產(chǎn)品中的編碼信息是通過光學(xué)系統(tǒng)讀取的，該系統(tǒng)測量表面上局部變形之間的距離和/或局部變形的焦距。解碼所測量的數(shù)據(jù)即可得到相應(yīng)的信息。
標(biāo)記時無需材料的沉積，這是本發(fā)明的一個顯著優(yōu)點。此外，形成局部變形時不會導(dǎo)致微裂紋，也不會給機(jī)械穩(wěn)定性造成負(fù)面影響或產(chǎn)生機(jī)械張力，這樣可以避免使用會導(dǎo)致微裂紋的分裂設(shè)備(Splitter)或芯片。
因此，這樣的標(biāo)記操作不會影響玻璃結(jié)構(gòu)或玻璃的材料性能。是通過裸眼觀察標(biāo)記，還是依靠光學(xué)檢測設(shè)備觀察標(biāo)記，取決于所用激光束的強(qiáng)度。而且，變形處理(Umformprozess)或火力擦亮(Feuer-politur)可以無損傷地去除標(biāo)記。DE4132817提供了一種去除標(biāo)記的處理方法。在該方法中，表面的一部分經(jīng)過激光輻射或其它等同能源的作用，表面的玻璃被局部熔化。
本發(fā)明可以將玻璃標(biāo)記加工與生產(chǎn)過程結(jié)合起來，比如在拉管裝置(Rohrziehanlage)中。拉管裝置制造出的管子，經(jīng)進(jìn)一步加工制成玻璃器皿。在此生產(chǎn)過程中，可以在管子被至少部分取出前讀取標(biāo)記。
采用本發(fā)明的產(chǎn)品，還特別有利于檢測位于玻璃產(chǎn)品內(nèi)的物質(zhì)(如液體)屬性。使用散射光進(jìn)行照明可以降低局部變形所產(chǎn)生的透鏡效果。使用光學(xué)探測設(shè)備檢測玻璃產(chǎn)品內(nèi)的物質(zhì)時，可采用散射光照射玻璃產(chǎn)品，以檢測其內(nèi)部所裝物質(zhì)的屬性。例如，這種方法可以測量一定體積內(nèi)微粒的數(shù)量。
基于局部變形的透鏡效果，標(biāo)記的可見度因不同的照明方式而異。若使用平行的入射光線，標(biāo)記的可見度增加；若使用散射光線，標(biāo)記的可見度降低。
附圖簡要說明下面，參考附圖更詳細(xì)地解釋了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，其中

圖1玻璃產(chǎn)品的表面上局部變形的示意圖；圖2使用本發(fā)明方法在玻璃產(chǎn)品表面上所形成的一個標(biāo)記；圖3在玻璃表面上形成標(biāo)記時所用激光脈沖的形狀示意圖；圖4玻璃表面上用來編碼信息的各種局部變形的的示意圖；圖5拉管裝置中所用的生成局部變形的準(zhǔn)連續(xù)激光束的脈沖/間距比率；圖6在玻璃表面形成局部變形的拉管裝置；圖7本發(fā)明的一個實施方式中檢測物質(zhì)屬性的流程圖；圖8帶有環(huán)形局部變形的標(biāo)記；圖9單獨的環(huán)形局部變形。
上述圖中，各附圖標(biāo)記含義為玻璃材料 01拉伸方向 02測量設(shè)備 03導(dǎo)線 04驅(qū)動裝置 05激光器 06激光頭 07冷卻裝置 08高頻電源 09
聚焦光學(xué)器件10鏡頭沖洗裝置11拉伸機(jī) 12管子13后處理 14輸入裝置15編碼裝置16表面100局部變形102橢圓形邊界 104幾何軸 106幾何軸 108寬度110類似透鏡的形狀 112類似透鏡的形狀 114深度116表面400局部變形402局部變形404局部變形406局部變形408環(huán)形邊界410直徑412環(huán)形邊界414直徑416
環(huán)形邊界418直徑420橢圓邊界424主方向 426類似透鏡的形狀 428類似透鏡的形狀 430類似透鏡的形狀 432類似透鏡的形狀 434距離436距離438距離440表面800局部變形80具體實施方式
圖1顯示了一種玻璃產(chǎn)品的表面100，局部變形102位于表面100上，且該局部變形102在表面100上具有一個橢圓形的邊界104。
橢圓形邊界104具有幾何軸106和108；沿幾何軸108上，局部變形102的寬度(或短軸直徑)110優(yōu)選為不大于0.5mm，更優(yōu)選的為低于0.3mm。
圖1還顯示了沿幾何軸108的表面100的橫斷面圖。如該橫斷面圖所示，局部變形102有一個類似透鏡的形狀112，它沿軸108具有特定的焦距。
另外，圖1還顯示了沿幾何軸106的剖面圖，在該方向上，局部變形102有一個類似透鏡的形狀114，其焦距稍大。
局部變形102的最大深度116以低于0.1mm為宜，優(yōu)選低于0.05mm。局部變形102沿幾何軸106上的長度可以是任意的。由于透鏡效果，局部變形102形成的標(biāo)記的可見度隨照明方式的不同而有所不同。若入射光線是基本平行的，則透鏡效果最清晰可見；若采用散射光線，則透鏡效果或多或少有所降低。
此外，使用光學(xué)設(shè)備可以測量類似透鏡的形狀112和114的焦距。優(yōu)選的方式是通過選擇焦距將信息編碼，而該信息又可通過對測量出的焦距進(jìn)行解碼而被讀取。
在表面100上形成局部變形102的優(yōu)選方法是將玻璃溫度升至高于變態(tài)溫度，然后使用激光脈沖對玻璃表面100施加作用；該激光脈沖沖擊表面100，形成局部變形102。
該過程最好在拉管裝置中進(jìn)行。如果拉管裝置的運(yùn)動方向與幾何軸106的方向基本一致，那么拉管裝置中的玻璃管相對于激光的速度決定了局部變形102沿幾何軸106的寬度。下面將進(jìn)行更詳細(xì)的介紹。
圖2顯示了一個放大比例的、通過激光脈沖在玻璃表面上形成的單個標(biāo)記。要形成該標(biāo)記，首先要把待標(biāo)記玻璃的溫度升至高于玻璃的變態(tài)溫度，大約在500-600℃，因玻璃的類型而異。當(dāng)標(biāo)記過程與玻璃產(chǎn)生過程相結(jié)合時，相應(yīng)的激光標(biāo)記設(shè)備被安裝在玻璃經(jīng)過的位置，該位置的標(biāo)記溫度必須高于玻璃的變態(tài)溫度。
對待標(biāo)記的玻璃表面溫度設(shè)定上限，除可以形成可見的標(biāo)記外，避免玻璃表面與激光產(chǎn)生其它相互作用。
因此，射出的激光脈沖與玻璃表面的相互作用只是熱作用，不會導(dǎo)致玻璃材料的物理或化學(xué)變化。特別地，可以基本上避免玻璃材料的離子化或形成微裂紋。
圖2所示的標(biāo)記長度為1.3mm。橢圓形標(biāo)記是由待標(biāo)記的玻璃相對于激光源運(yùn)動而形成的，因而運(yùn)動的速度及激光脈沖的長度決定了橢圓的長度。
圖3顯示了相應(yīng)激光脈沖的時間相關(guān)性。激光脈沖有一個上升時間tan；在上升時間之后，激光達(dá)到最高功率，在圖3中用Ppeak表示；激光能量達(dá)到最大后，立即下降，再在下降時間tab內(nèi)降至0。
在選擇最高功率Ppeak時，優(yōu)選的是除了熱效應(yīng)之外，待處理表面及產(chǎn)品上不發(fā)生其它作用。因此，最高功率Ppeak的選擇取決于待標(biāo)記玻璃的物理參數(shù)，即玻璃的熱膨脹系數(shù)及熱傳導(dǎo)率等。在這方面，也可以考慮玻璃的化學(xué)特性。
上升時間tan最好是如此選擇，即達(dá)到最高功率Ppeak所用的時間最少。不同的激光所用的最少時間不同。激光參數(shù)(如脈沖寬度、脈沖間隔)的選擇取決于想要得到的標(biāo)記類型，例如標(biāo)記的線條長度等。
達(dá)到最高功率Ppeak之后，輸入激光的能量立即中斷，使得激光脈沖的輸出量隨下降時間tab又降至0；同樣地，下降時間tab是一種由設(shè)備決定的參數(shù)。使用CO2激光時，上升及下降時間可以分別是50到60μs，形成大約100到120μs的脈沖寬度tpulse。但是，也可以選擇更長的脈沖時間，如tpulse＝300或更長。
通過采用多個連接和重疊的激光脈沖，可以在表面上形成連續(xù)的編碼線。該編碼線具有基本恒定的深度保持。也可以利用激光脈沖序列來調(diào)制深度，從而在編碼線中存入信息。通過測量編碼線上的深度分布和解調(diào)，就可以恢復(fù)存入的信息。
圖4是本發(fā)明所述玻璃產(chǎn)品另一個實施方式的示意圖。該玻璃產(chǎn)品具有表面400以及局部變形402、404、406和408。
局部變形402在表面400上有環(huán)形邊界410。環(huán)形邊界410具有直徑412。局部變形404有環(huán)形邊界414，其直徑用416表示；局部變形406有環(huán)形邊界418，其直徑用420表示。在一優(yōu)選的實施方式中，直徑420與直徑412是大致相同的。
局部變形408對應(yīng)于圖1所示優(yōu)選實施方式中的局部變形102。局部變形408的橢圓邊界424對應(yīng)于圖1的橢圓邊界104。
表面400上的局部變形402至408被安排在主方向(Vorzugsrich-tung)426上。該主方向426是表面400在拉管裝置中相對于激光的相對運(yùn)動方向。
此外，圖4還給出了沿主方向426的剖面圖。從剖面圖上看，局部變形402有類似透鏡的形狀428，局部變形404有類似透鏡的形狀430，局部變形406有類似透鏡的形狀432，而局部變形408有類似透鏡的形狀434。
通過類似透鏡的形狀428，可以定義局部變形402的特定焦距。類似透鏡的形狀432與類似透鏡的形狀428基本相同，因而其焦距相同。
類似透鏡的形狀430具有相當(dāng)?shù)偷那拾霃?，因此焦距較大。局部變形408有兩種不同的焦距，即由類似透鏡的形狀434決定的焦距，以及另一個在垂直方向上由局部變形408的類似透鏡形狀得出的焦距(請參閱圖1的類似透鏡形狀112)。
局部變形402與局部變形404的距離用436表示；局部變形404與406之間的距離是438；局部變形406與408之間的距離是440。
如果適當(dāng)選擇距離436、438、440的長短以及局部變形402至408的焦距，可以表面400中寫入一種經(jīng)過編碼或未經(jīng)編碼的信息。
在表面寫入編碼信息要通過適當(dāng)?shù)木幋a方法，可將信息分配到焦距-間距或焦距組合或單一焦距；接著，用脈沖激光對表面400施加作用，該脈沖激光要實施相應(yīng)的控制，以便在表面400上產(chǎn)生對應(yīng)于編碼信息的局部變形。
圖5是當(dāng)表面400以特定的拉伸速度經(jīng)過激光頭時，激光頭所射出的激光脈沖的時間相關(guān)性示意圖。這些脈沖的形狀與圖3所示的激光脈沖相對應(yīng)。隨著脈沖寬度tpulse的變化，表面上形成了有不同邊界輪廓的不同局部變形。
玻璃表面形成的標(biāo)記線條之間的間距可以隨脈沖間距tpause的周期變化而變化。
圖6是一個連續(xù)生產(chǎn)玻璃或玻璃管(例如在拉管裝置中)的裝置。這里可以采用US1,218,598所述的丹納(Danner)法。此外，還可以采用Vello法、A-Zug法(DE-AS1025581所述)或其它玻璃拉伸法。
在拉管裝置中，玻璃材料1按箭頭2的方向以設(shè)定的速度基本平移，拉伸速度低于6米/秒，優(yōu)選是4米/秒左右。
圖6的拉管裝置中，由玻璃材料1構(gòu)成的玻璃管被拉出后，首先通過測量設(shè)備3。測量設(shè)備3用于檢查玻璃材料1的一個或多個屬性，如氣泡、突起或玻璃材料的其它不規(guī)則狀況，也可用于檢查缺陷，或檢查其它屬性?？梢栽诓Ａг瓗?00℃點的位置處很方便地安排該測量設(shè)備。若激光標(biāo)記是用于標(biāo)記缺陷的，激光必須位于沿拉伸方向測量設(shè)備下游的位置。
如果沒有遵循某種測試條件，測量設(shè)備3就會通過導(dǎo)線4向激光器6的驅(qū)動裝置5發(fā)出相應(yīng)的信號。
除了驅(qū)動裝置5外，激光器6還包含CO2激光頭7、合適的冷卻設(shè)備8以及高頻電源9。受到驅(qū)動裝置5的觸發(fā)后，激光頭7生成CO2激光脈沖，并通過聚焦光學(xué)器件10射到玻璃材料1。
聚焦光學(xué)器件10對著玻璃材料的一面包含一個鏡頭沖洗器11，它在圖6中沒有詳細(xì)描述。在該處的實施例中，被激光頭7射出的激光束所沖擊的玻璃材料1的位置的溫度大約為600℃，高于玻璃材料1的變態(tài)溫度。
在拉管裝置接下來的部件中，玻璃材料1的溫度分別持續(xù)下降至400℃和200℃。在拉管裝置的后端有拉伸機(jī)12，拉伸機(jī)12使玻璃材料1做所期望的平移運(yùn)動。在拉伸機(jī)12的下游，被拉出的玻璃材料分進(jìn)管13中，若需要，可在后處理14中進(jìn)行處理激光器6的驅(qū)動裝置5控制激光頭7，使拉出的管子中的玻璃材料1經(jīng)過時經(jīng)受激光脈沖的作用，其基本上只在玻璃材料1表面上引起熱效應(yīng)，這在前面對圖1和圖2的描述中已有提及。標(biāo)記的確切位置是由聚焦光學(xué)器件10決定的。
圖6所示的一個實施例中，聚焦光學(xué)器件10的位置與玻璃材料1表面的工作距離約為63.5mm。由于輻射焦點的深度有一個范圍，拉管變位會引起理想焦點的偏差，只要低于例如±1mm，就可以忽略。
鏡頭沖洗器11用直接的氣流沖洗聚焦光學(xué)器件10，以避免玻璃屑等弄臟聚集鏡頭。
可以如此設(shè)置驅(qū)動裝置5的激光參數(shù)，如將脈沖寬度tpulse(見圖2)設(shè)為60μs，脈沖頻率設(shè)為10kHz。最高功率可以是200W左右，相應(yīng)的平均功率為120W。由于拉伸速度大約為4m/s，利用尺寸大約為0.25×0.1mm的線條形成標(biāo)記，每個線條在玻璃材料1表面上的距離大約為0.4mm。
于是，在最后的玻璃管產(chǎn)品13中或在隨后加工的產(chǎn)品(如安瓿)上形成的標(biāo)記能為裸眼所見，而無需借助視覺工具。這不會引起玻璃表面的突起，也不會產(chǎn)生應(yīng)力或微裂紋?？梢酝ㄟ^如安瓿進(jìn)行熱處理、(退火爐)及熱沖擊等方式對此進(jìn)行檢驗，相應(yīng)的產(chǎn)品與未標(biāo)記產(chǎn)品的檢驗結(jié)果沒有任何差別。
對聚焦光學(xué)器件10進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，就能在玻璃表面形成任何圖案的標(biāo)記，這些標(biāo)記可以是裝飾性圖案、商標(biāo)、公司標(biāo)識、必要的產(chǎn)品標(biāo)記或其它任何標(biāo)記(例如為生產(chǎn)監(jiān)控而做的標(biāo)記)。
此外，可以對激光器6和/或聚焦光學(xué)器件10進(jìn)行安裝，使它們相對于拉管裝置中拉出的管子平行移動，激光束也能夠與玻璃材料1平行，按箭頭2的方向通過特定的部件，從而能在玻璃材料1的表面打出更復(fù)雜的圖案。這樣，光學(xué)器件就有可能以拉伸速度移動并與管子的運(yùn)動同步。
可以任選使用掃描設(shè)備。在相應(yīng)的標(biāo)記操作完成后，激光器6和/或聚焦光學(xué)器件10再次回到原來的位置，等待新一輪標(biāo)記操作。
驅(qū)動裝置5接收標(biāo)記裝置16的控制信號是一個任選的或增設(shè)的功能。等待編碼的信息被送進(jìn)輸入裝置15。輸入裝置15可以是一臺個人計算機(jī)。編碼裝置16也可以利用個人計算機(jī)，如利用相關(guān)的計算機(jī)程序等來實現(xiàn)。
編碼裝置16可以利用焦距和/或相鄰局部變形之間的距離對信息進(jìn)行編碼。焦距及局部變形之間的距離對應(yīng)于特定的脈沖序列，這些脈沖序列的脈沖具有脈沖寬度tpulse和脈沖間距tpause，可以在玻璃表面形成相應(yīng)的局部變形。
圖7是對本發(fā)明產(chǎn)品一種應(yīng)用情況的描述。步驟700是按照本發(fā)明所述的方法(如前面圖6所述的拉管裝置)生產(chǎn)出產(chǎn)品。在生產(chǎn)過程中，通過局部變形將編碼信息(如產(chǎn)品信息等)寫入玻璃產(chǎn)品中。
在步驟702中，玻璃產(chǎn)品中灌入一種液體，如藥劑等。
在步驟704中，通過散射光線照明該液體以檢測其屬性。作為照明光源的散射光線可以降低玻璃產(chǎn)品表面上局部變形的透鏡效果。
在步驟706中，利用光學(xué)檢測設(shè)備檢驗液體屬性。玻璃表面上局部變形不會對光學(xué)檢測設(shè)備的操作造成不利影響，這是一個顯著優(yōu)點。
在步驟708中，使用者能夠從玻璃產(chǎn)品中讀取編碼信息。實現(xiàn)讀取信息的目的必須測量玻璃表面上局部變形的焦距。在步驟710中解碼測量后的結(jié)果，并將解碼后信息輸出?？梢酝ㄟ^個人計算機(jī)來完成解碼及輸出信息。
在圖8中，玻璃產(chǎn)品的表面800具有局部變形802，這些局部變形的間距為2.13mm。局部變形802擁有接近環(huán)形的邊界，因而具有球形透鏡的效果。
在一優(yōu)選實施方式中，利用輸出功率為30 Watt、350 K相干的CO2激光制作局部變形802。玻璃管在拉管裝置中的速度是2.47m/s；在T＝510℃的溫度下，表面800進(jìn)行激光脈沖處理。
圖9是單個局部變形802的放大圖。局部變形802的直徑大約為0.4mm。
權(quán)利要求
1.一種由玻璃或其它透明的、玻璃類材料所制成的產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有表面(100；400；800)；其特征在于所述表面上具有至少一個能夠?qū)崿F(xiàn)透鏡效果的局部變形(102；402，404，406，408；802)；其中，通過選擇所述至少一個局部變形的焦距而將信息編碼進(jìn)所述至少一個局部變形中。
2.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其特征在于所述表面上的所述變形具有基本上為環(huán)形的邊界(410，414，418；802)。
3.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其特征在于所述表面上的所述變形具有基本上為橢圓形的邊界(104；424)。
4.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其特征在于所述的變形是作為編碼線形成的，其中，信息被調(diào)制進(jìn)編碼線的深度分布中。
5.如上述權(quán)利要求1-4之一所述的產(chǎn)品，其特征在于所述的變形是可逆的，能夠采用火力擦亮予以清除。
6.如上述權(quán)利要求1-5之一所述的產(chǎn)品，其特征在于所述的變形具有至少一個第一焦距，其中，通過選擇所述至少一個第一焦距而對信息進(jìn)行編碼。
7.如權(quán)利要求6所述的產(chǎn)品，其特征在于所述的變形還具有第二焦距，其中，通過選擇所述第一焦距和第二焦距而對信息進(jìn)行編碼。
8.如上述權(quán)利要求1-7之一所述的產(chǎn)品，其特征在于該產(chǎn)品具有多個局部變形，所述多個變形之間有間距，其中，通過選擇所述間距而對信息進(jìn)行編碼。
9.如上述權(quán)利要求1-8之一所述的產(chǎn)品，其特征在于該產(chǎn)品具有至少擁有第一焦距和第二焦距的第一局部變形和擁有第三焦距的第二局部變形，其中，所述第一變形與所述第二變形之間有一個間距，通過選擇所述第一、第二及第三焦距以及該間距而對信息進(jìn)行編碼。
10.如上述權(quán)利要求1-9之一所述的產(chǎn)品，其特征在于所述的透鏡效果基本上相當(dāng)于球形或圓柱形透鏡的效果。
11.如上述權(quán)利要求1-10之一所述的產(chǎn)品，其特征在于與主方向(106；426)垂直的所述變形的寬度(110)低于0.5mm，優(yōu)選低于0.3mm。
12.如上述權(quán)利要求1-11之一所述的產(chǎn)品，其特征在于所述變形的深度(112)最大為0.1mm，優(yōu)選最大為0.05mm。
13.一種檢測由玻璃或其它透明的、玻璃類材料所形成的產(chǎn)品內(nèi)的物質(zhì)屬性的方法，其特征在于所述產(chǎn)品的表面(100；400；800)具有至少一個能夠?qū)崿F(xiàn)透鏡效果的局部變形(102；402，404，406，408；802)，該方法包括以下步驟-使用散射光線對所述產(chǎn)品進(jìn)行照明；-使用光學(xué)檢測系統(tǒng)對所述產(chǎn)品內(nèi)的物質(zhì)屬性進(jìn)行檢測。
14.玻璃器皿作為信息載體的用途，其特征在于所述玻璃器皿的玻璃表面具有多個局部變形，每個局部變形都具有透鏡效果；其中，通過選擇所述的透鏡效果的焦距，而將信息編碼進(jìn)所述的局部變形中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由玻璃或其它透明的玻璃類材料制成的產(chǎn)品，這種產(chǎn)品具有表面(100；400；800)，該表面具有至少一個能夠?qū)崿F(xiàn)透鏡效果的局部變形(102；402，404，406，408；802)；通過選擇局部變形的焦距，可以實現(xiàn)對信息地編碼。形成局部變形的優(yōu)選方法是將玻璃的溫度提高到高于變態(tài)溫度之上，然后使用激光脈沖對玻璃表面施加作用，產(chǎn)生變形。激光脈沖的最大能量是如此選擇，使得只產(chǎn)生與玻璃表面的熱效應(yīng)。這樣的優(yōu)點是經(jīng)標(biāo)記的玻璃的材料性能與未經(jīng)標(biāo)記的玻璃一樣，沒有發(fā)生改變。
文檔編號C03B23/02GK1488467SQ0314390
公開日2004年4月14日 申請日期2003年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月25日
發(fā)明者尤拉·特林克斯, 安德烈·威茲曼, 威茲曼, 尤拉 特林克斯 申請人:肖特玻璃公司