CN104080755A - 具有图形数据载体的玻璃容器 - Google Patents
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Abstract
一种制造具有光学可读图形数据载体(14)的玻璃容器(10)的方法。将玻璃容器暴露于电磁辐射(28)以在容器的玻璃内生成变色，然后以对应于所需图形数据载体的图案向所述玻璃容器引导聚焦射束能量(38)来加热所述玻璃，并以对应于所需图形数据载体的图案选择性地移除变色。
Description
本公开涉及玻璃容器制造，并且更特别地涉及标记玻璃容器。
背景技术和发明内容
本公开的总体目的依据本公开的一个方面是要提供一种方法来制造具有辐射集成光学可读图形数据载体的玻璃容器，由此消除向容器施加单独的图形数据载体标签的必要。
本公开体现了多个方面，它们可彼此分离地或彼此组合地实施。
一种制造具有光学可读图形数据载体的玻璃容器的方法依据本公开的一个方面包括：将玻璃容器暴露于电磁辐射以在容器的玻璃内生成变色，然后以对应于所需图形数据载体的图案向所述玻璃容器引导聚焦射束能量来加热所述玻璃，并以对应于所需图形数据载体的图案选择性地移除变色。
依据本公开的另一方面，提供了一种制造具有光学可读图形数据载体的玻璃容器的方法。所述方法包括：生成包括掺杂有至少一种电磁辐射敏感型掺杂剂的总成分的玻璃熔体；以及从所述玻璃熔体形成玻璃容器。所述方法还包括：对所述玻璃容器退火，然后将所形成的玻璃容器选择性地暴露于电磁辐射，以生成所述玻璃容器的局部变色部分，然后以对应于所需图形数据载体的图案向所述玻璃容器引导聚焦射束辐射来加热所述玻璃，并以对应于所需图形数据载体的图案选择性地移除局部变色部分的一些部分。
依据本公开的再一方面，提供了一种制造具有光学可读QR代码的玻璃容器的方法，其包括以下步骤：(a)将玻璃容器暴露于X射线或γ射线辐射以在容器的玻璃内生成变色；然后(b)以对应于所需QR代码的图案向玻璃容器引导激光能量来加热玻璃，并以对应于所需QR代码的图案选择性地移除在步骤(a)中生成的变色。
附图说明
从以下描述、所附权利要求书和附图中将最佳地理解本公开及其附加目的、特征、优点和方面，附图中：
图1是依据本公开一示例性实施例的被制造为包括图形数据载体的玻璃容器的立面图；
图2是沿图1的线2-2所取的图1的玻璃容器的截面图；
图3是依据本公开一示例性实施例的示出了容器的一部分的选择性辐射变色的功能框图；并且
图4是依据本公开一示例性实施例的示出了以聚焦射束选择性地移除容器的局部变色的一些部分的功能框图。
具体实施方式
图1示出了一示例性实施例的玻璃容器10(例如，玻璃窄口瓶、广口瓶或类似物)，其玻璃容器成分可以依据以下在本文中当前公开的玻璃制造工艺的示例性实施例来生产。玻璃容器10包括纵向轴线A、处于容器10的一个轴向端部处沿轴向方向是封闭的基部10a、从轴向封闭的基部10a沿轴向方向延伸的本体10b、和处于容器10的与基部10a相反的另一轴向端部处的嘴部10c。因此，玻璃容器10是空心的。在所示实施例中，容器10还包括颈部10d，其可以从本体10b沿轴向延伸，可以在形状上大体是圆锥形的，并且可以终止于嘴部10c。然而，容器10并非必须包括颈部10d，而嘴部10c可以终止于本体10b，比如在玻璃广口瓶实施例或类似情况中。本体10b可以在横切轴线A的截面上为任何适当的形状，只要本体10b沿周向被封闭即可。
例如，如图2中示出的，本体10b可以为沿周向封闭的圆柱形横截面形状。在另一些实施例中，本体10b可以为大体椭圆形、正方形、矩形、三角形、或任何其它适当的横截面形状。如本文中所使用的，术语“周向”不仅适用于圆形横截面形状，而且也适用于任何封闭的横截面形状。
参考图1，容器10包括壁12，其具有光学可读图形数据载体14，其经由辐射与容器集成。载体14可以包括快速响应(QR)代码、条形码、二维数据矩阵或类似物。在任何情况下，载体14可以被序列化，其中多个容器中的每个设置有独特的载体14，例如，呈顺序次序。在图1中示出的实施例中，壁12是圆柱体10b的径向外壁。但是在另一些实施例中，含图形数据载体的壁12可以为任何其它适当的形状，可以在基底10a上，可以在颈部10d上，或为类似情况。如将在以下以更详细的细节论述的，图形数据载体14通过电磁辐射然后通过聚焦射束辐射经由选择性施加集成到容器10中，由此消除向容器施加单独的图形数据载体标签的必要。玻璃容器10可以通过以下方法来生产。
所述方法可以包括：生成包括总成分的玻璃熔体，所述总成分掺杂(dope)有至少一种掺杂剂，其可以包括小于玻璃熔体的总成分的0.1wt%。掺杂剂对电磁辐射敏感，其中向掺杂容器10施加电磁辐射将导致掺杂剂通过使容器10的被辐射部分变色来做出响应。在一示例性实施例中，电磁辐射敏感型掺杂剂可以包括电离响应掺杂剂。电磁辐射敏感型掺杂剂可以包括一种或多种过渡金属氧化物(TMO)。TMO可以包括铜、银、金的或任何其它适当过渡金属的一种或多种氧化物。在另一实施例中，电磁辐射敏感型掺杂剂还可以或可替代地包括一种或多种无机氧化物，例如氧化铋或氧化硒。在再一实施例中，电磁辐射敏感型掺杂剂还可以或可替代地包括一种或多种稀土氧化物，例如氧化铈或类似物。掺杂剂可以被添加到总成分作为氧化物，例如SnO2，并且可以存在于容器中作为SnO。在任何情况下，掺杂剂都可以存在于容器中作为氧化物。
用于玻璃熔体的总成分可以生产自原材料的配料(batch)。例如，用于配料的原材料中的每个可以在配料房中的秤上被称重，并放在配料混合器中，其将原材料均匀地混合在一起。然后，原材料的混合配料可以被充注到连续操作的玻璃配料炉中，是通过炉的上游端处的“投料口”或小前室。玻璃配料炉可以包括：上游端，在这里原材料被引入；以及下游端，从这里熔融玻璃被分配。原材料可以被充注到炉中，速率基本上相同于玻璃从炉中拔出的速率，使得炉中的玻璃量大体恒定。
原材料的配料可以包括形成基体玻璃的原材料，其可以包括形成碱石灰硅石玻璃的材料。形成碱石灰硅石玻璃的材料可以包括预定量的沙子、苏打灰、石灰石、白云石、长石、石膏、芒硝、碳、碎玻璃和类似物。基体玻璃部分的主要组分可以包括硅石(SiO2)、苏打(Na2O)、石灰(CaO)、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)和氧化钾(K2O)。在一个实施例中，形成基体玻璃的原材料可以配制成生产大体无色火石基体玻璃的配料。
例如，火石基体玻璃部分可以包括玻璃配料成分的按重量计处于以下范围量中的以下材料：
60-75% SiO2
7-15% Na2O
6-12% CaO
0.1-3.0% Al2O3
0-2.0% MgO
0-2.0% K2O。
更具体地，并且只是举例来说，火石基体玻璃部分可以包括玻璃配料成分的按重量计处于以下量中的以下材料：
73.1% SiO2
13.1% Na2O
10.6% CaO
1.8% Al2O3
0.5% MgO
0.4% K2O。
玻璃配料成分可以包括火石基体玻璃部分、掺杂剂和相对较少量的其它材料。这类材料可以是添加剂、来自碎玻璃的残余材料、和/或原材料的配料中的杂质，其是玻璃容器制造工业中常见的。例如，其它材料中的每种可以存在于玻璃配料成分中处于微量，例如小于0.2wt%。
在任意情况下，原材料的配料可以通过投料口引入炉的箱中。炉箱可以包括熔化器，在其中原材料的配料被熔化以生产熔融玻璃配料。原材料的配料可以被这样熔化，例如在1400～1500摄氏度的温度，达任何适当的时间，例如二到四小时。然后，熔融玻璃可以从箱流动穿过喉部并到炉的下游端处的精炼器，在这里熔融玻璃可以被调整。从炉，熔融玻璃可以被引导趋向一个或多个前炉。一个或多个前炉可以定位在炉的下游，并且可以包括：上游端，其包括冷却区域；调整区域，其在冷却区域的下游；和下游端，其与给料器连通。
方法还可以包括从玻璃配料成分形成玻璃容器。例如，位于一个或多个前炉下游端处的给料器可以按量配给玻璃料坯，并将它们输送到玻璃容器形成机。然后，料坯可以被形成为玻璃容器，例如通过压-吹或吹-吹工艺并且通过个体分切机，或者通过任何适当的装备以任何其它适当的方式。由玻璃配料成分形成的玻璃容器可以最初是大体无色的，例如，在基体玻璃部分是火石基体玻璃的情况下。
所述方法还可以包括通过任何适当的方式例如在退火窑中对玻璃容器进行退火。在退火窑的入口、热端或上游部分，其中的温度可以在例如550～600摄氏度之间。通过退火窑，温度可以被逐渐下降，至退火窑的下游部分、冷端或出口，例如至其中的温度处于130摄氏度～65摄氏度之间。
所述方法还包括将所形成的玻璃容器选择性地暴露于电磁辐射，以生成玻璃容器的局部变色部分。该步骤在整个容器10的退火之后实施。电磁辐射可以包括电离辐射，或任何其它适当类型的电磁辐射。例如，电磁辐射可以包括X射线、γ射线、或类似辐射。电磁辐射的示例波长可以包括从0.0001nm～10.0nm，并且电磁辐射的示例频率可以包括大于3×1016Hz。
图3是用于实施本公开的一示例性设备的功能框图。在退火之后，容器10可以通过输送器30或以任何其它适当的方式提供在辐射工位22处。辐射头24设置在工位22处并联接至辐射头控制装置26，以向容器壁12引导辐射射束28。辐射头24和容器壁12优选在辐射工位22处取向成使得辐射射束28的中心轴线相对于容器壁12的相对外表面成充分角度，最优选为接近直角。输送器30可为任何适当的类型，比如线性输送器或星轮输送器。当容器10为圆筒形时，辐射工位22可以包括转盘、可旋转的材料处理器、辊、和/或任何其它适当的器件，来渐进地或连续地旋转容器，以使壁12的与辐射头24相对的表面基本上正交于辐射射束28的轴线。
在容器10与辐射头24相对的情况下，辐射头24被控制装置26控制为向容器壁12引导辐射射束28。辐射射束28可以被引导向容器壁12的外表面，并且可以穿透到壁12中和/或穿过壁12。辐射射束28***作达足以使容器壁12变色的时间和能级。例如，变色可以开始于容器壁12的外表面，并沿径向向内延伸到容器壁12中，趋向或到达容器壁12的内表面。以辐射射束28对容器壁12的辐射形成玻璃容器的局部变色部分。局部变色部分可以大于图形数据载体的最终可见轮廓，例如，用以为图形数据载体确保足够的外周缘裕度或“安静区域”。变色部分可以通过如下方式被施加：掩蔽容器10的其余部分或者环绕变色部分的部分，以使辐射只影响未掩蔽的变色部分。可以使用任何适当的掩模和掩蔽技术。在另一实施例中，可以通过控制辐射的输出尺寸和/或辐射头24与容器10之间的距离，在没有掩模的情况下施加变色部分。
所述方法进一步包括：以对应于所需图形数据载体14的图案向玻璃容器10引导聚焦射束辐射或能量来加热容器玻璃，并以对应于所需图形数据载体14的图案选择性地移除局部变色部分的一些部分。该步骤在辐射变色之后实施，并且可以包括任何适当类型的聚焦射束，例如，被辐射(激光)射束的受激发射放大的光、聚焦离子束、或类似物。
例如，图4是用于实施本公开的一示例性设备的功能框图。在选择性辐射变色之后，容器10可以通过输送器30或以任何其它适当的方式提供在聚焦射束工位32处。射束引导器34设置在工位32处，并联接至射束引导器控制装置36，以向容器壁12引导聚焦射束38。射束引导器34和容器壁12优选在聚焦射束工位32处取向成使得聚焦射束38的中心轴线相对于容器壁12的相对外表面成充分角度，最优选为接近直角。输送器30可为任何适当的类型，比如线性输送器或星轮输送器。当容器10为圆筒形时，聚焦射束工位32可以包括转盘、可旋转的材料处理器、辊、和/或任何其它适当的器件，来渐进地或连续地旋转容器，以使壁12的与射束引导器34相对的表面基本上正交于聚焦射束38的轴线。
在容器10与射束引导器34相对的情况下，射束引导器34被控制装置36控制为向容器壁12引导聚焦射束38。聚焦射束38可以被引导或聚焦在容器壁12的外表面上的一个或多个点处，和/或在容器壁12的内表面与外表面之间。一般而言，由射束38对容器壁12的加热深度可以对应于在前一工艺步骤中施加的变色的穿透深度。射束38可以移除在容器壁12的外表面处的变色，并且可以移除沿径向向内延伸到容器壁12中趋向或到达容器壁12的内表面的变色。聚焦射束38***作达足以加热容器壁的时间和能级。图形数据载体(图1)可以这样形成：通过将聚焦射束38重新引导至容器壁12内的不同点，和/或通过在照射之间重新定位容器10。输送器30可以在聚焦射束发射期间和/或之间是静止的或移动的，并且可以实施一次或多次扫描来移除变色。以聚焦射束38对容器壁12的加热会移除变色以形成所需图形数据载体。
在一个实施例中，工艺参数可被调整或修改，以使局部变色部分的被选择性地移除的部分与局部变色部分的其余部分之间的对比度最佳化。对比度可以取决于将所形成的玻璃容器选择性地暴露于电磁辐射以生成玻璃容器的局部变色部分的步骤的持续时间，和/或取决于在该步骤期间施加的辐射的能级。对比度还可以或可替代地取决于向玻璃容器引导聚焦射束辐射的步骤的持续时间，和/或取决于在该步骤期间施加的辐射的能级。
控制装置26、36可以用于实施当前公开的方法的各方面。在一个示例中，控制装置26、36可以接收来自用户和/或任何其它适当装置的输入数据和指令，根据所存储的软件和/或数据处理所接收到的输入，并将输出信号传输至对应的辐射头24和射束引导器34。控制装置26、36可以包括例如一个或多个电气电路、电子电路或芯片、和/或计算机。在计算机实施例中，控制装置26、36中的每个一般可以包括存储器、联接至存储器的一个或多个处理器、联接至处理器的一个或多个界面、联接至处理器的一个或多个输入装置、和/或联接至处理器的一个或多个输出装置。当然，控制装置26、36还可以包括或联接至任何辅助装置，例如时钟、内部电源和类似物(未示出)。虽然未示出，控制装置26、36可以被以下来源供应电力：公用电网；外部电源，例如AC到DC变压器、一个或多个电池、燃料电池或类似物。在一个实施例中，控制装置26可以包括X射线机控制器、γ射线机控制器或类似物，并且控制装置36可以包括激光控制器、聚焦离子束控制器或类似物。
到此已经公开了玻璃容器和制造方法，其完全满足前面给出的所有目的和目标。已经结合数个示例性实施例呈现了本公开，并且还论述了附加的修改和变型。鉴于前面的论述，其它修改和变型对本领域的技术人员来说将是不言而喻的。
Claims (13)
1. 一种制造具有光学可读图形数据载体(14)的玻璃容器(10)的方法，其包括以下步骤：
(a) 将玻璃容器(10)暴露于电磁辐射(28)以在容器的玻璃内生成变色，然后
(b) 以对应于所需图形数据载体(14)的图案向所述玻璃容器引导聚焦射束能量(38)来加热所述玻璃，并以对应于所需图形数据载体的图案选择性地移除在步骤(a)中生成的变色。
2. 如权利要求1中给出的方法，其中，步骤(a)包括以至少一种电磁辐射敏感型掺杂剂来掺杂所述容器玻璃。
3. 如权利要求1中给出的方法，其中，在步骤(a)中生成的变色被局部化为小于所述容器的整个本体。
4. 如权利要求1中给出的方法，其包括：
生成包括掺杂有至少一种电磁辐射敏感型掺杂剂的总成分的玻璃熔体；
从所述玻璃熔体形成所述玻璃容器；
对所述玻璃容器退火；然后
实施步骤(a)，然后实施步骤(b)。
5. 如权利要求4中给出的方法，其中，步骤(a)包括：将所形成的玻璃容器选择性地暴露于电磁辐射，以通过局部方式生成所述玻璃容器的变色部分。
6. 如权利要求5中给出的方法，其中，步骤(b)包括：以对应于所需图形数据载体的图案选择性地移除局部变色部分的一些部分。
7. 如权利要求6中给出的方法，包括：修改步骤(d)和(e)的参数，以使所述局部变色部分的被选择性地移除的部分与所述局部变色部分的其余部分之间的对比度最佳化。
8. 如权利要求4中给出的方法，其中，所述至少一种电磁辐射敏感型掺杂剂包括小于总成分的0.1wt%。
9. 如权利要求4中给出的方法，其中，至少一种电磁辐射敏感型掺杂剂是电离响应的，并且包括一种或多种过渡金属氧化物(TMO)。
10. 如权利要求1中给出的方法，其中，所述电磁辐射是包括X射线或γ射线辐射中的至少一个的电离辐射。
11. 如权利要求1中给出的方法，其中，所述玻璃容器由火石玻璃组成。
12. 一种玻璃容器，通过如权利要求1所述的方法生成。
13. 如权利要求12中给出的玻璃容器，其中，所述图案对应于QR代码。
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