CN116143423A - 通过高分辨率加热改善玻璃条痕的系统和方法 - Google Patents

通过高分辨率加热改善玻璃条痕的系统和方法 Download PDF

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CN116143423A CN202211496314.6A CN202211496314A CN116143423A CN 116143423 A CN116143423 A CN 116143423A CN 202211496314 A CN202211496314 A CN 202211496314A CN 116143423 A CN116143423 A CN 116143423A
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Abstract

公开了用于修复由玻璃成型工艺形成的玻璃带中的条痕的系统和方法。所述系统包括产生静态激光束的激光器，所述激光束具有约1μm至约12μm的波长和小于或等于条痕位置处的条痕宽度上的玻璃带的厚度的变化的半峰全宽的光束带宽，该系统还包括光学部件以调节和引导激光束到条痕位置处。方法包括形成玻璃带、识别玻璃带中的条痕以及将激光束引导到条痕位置。激光束在条痕位置加热玻璃带，这降低了玻璃带的粘度，导致玻璃变薄，从而降低了条痕的严重程度。

Description

通过高分辨率加热改善玻璃条痕的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求依照35U.S.C.§119而享有2021年11月23日提交的美国临时申请63/282,370的优先权，所述申请的内容在这里作为依靠并被全部引入以作为参考。
技术领域
本说明书总体上涉及用于生产连续玻璃带的玻璃成型工艺，并且更具体地，涉及用于降低由玻璃成型工艺形成的玻璃带上的条痕的严重程度的系统和方法。
背景技术
熔融工艺是一种用于形成玻璃带的技术。熔融工艺生产的玻璃带具有相对较少的缺陷，并且表面具有极佳的平整度。因此，熔融工艺被广泛用于生产用于制造电子设备显示器的玻璃底板和其他需要优异平坦度的底板。在熔融工艺中，将熔融玻璃进料到成型体(例如，熔融成型槽)中，该成型体包括沿成型体的底部边缘(例如根部)会聚的成型表面。熔融玻璃流过成型体的成型表面并在根部接合以形成从成型体的根部拉出的具有原始表面的平板玻璃带。熔融工艺可以是下拉工艺或上拉工艺。玻璃带也可以使用流孔拉引工艺或再拉引工艺生产。
在玻璃带的成型工艺期间，玻璃带可能形成条痕，这些条痕是玻璃带的玻璃厚度随着宽度变化而快速变化的狭窄区域(例如宽度<50毫米(mm))。条痕区域厚度的这些快速变化会导致穿过玻璃带的光失真，例如导致由成品玻璃带或玻璃板制成的电子显示器上显示的图像失真。
发明内容
因此，存在对用于修复由玻璃成型工艺形成的玻璃带中的条痕的系统和方法的持续需求，玻璃成型工艺例如但不限于熔融下拉工艺、熔融上拉工艺、流孔拉引(slot draw)工艺、再拉引工艺或其中玻璃带处于张力之下的其他玻璃带成型工艺。
在本公开的第一方面，一种用于在玻璃带成型工艺期间修复条痕的方法包括：利用玻璃成型工艺形成玻璃带；保持玻璃带处于张力下；在沿玻璃带的宽度的位置处识别玻璃带的条痕，在该位置处，玻璃带的每单位宽度的玻璃带的厚度的变化率大于或等于约1nmt/mmW。条痕的条痕宽度小于或等于约50mm。该方法进一步包括将激光束引导到条痕位置，其中激光束具有约1μm至约12μm的波长并且激光束加热条痕位置处的玻璃带。加热条痕位置处的玻璃带降低了玻璃带的粘度，以减小条痕位置处的玻璃带的厚度和/或条痕位置处的玻璃带的厚度的变化率。
本公开的第二方面可包括第一方面，其中激光束具有约10毫瓦每毫米(mW/mm)至约10瓦每毫米(W/mm)的线性平均功率密度。
本公开的第三方面可以包括第一方面或第二方面，其中在激光束入射到玻璃带上的点处的激光束的光束宽度小于或等于在所述条痕的宽度上的玻璃带的厚度的变化的半峰全宽，其中所述光束宽度被定义为激光束的1/e2宽度。
本公开的第四方面可以包括第一至第三方面中的任何一个，其中激光束具有小于或等于约50mm的光束宽度，其中所述光束宽度被定义为在激光束入射到玻璃上的点处的所述激光束的1/e2宽度。
本公开的第五方面可以包括第一至第四方面中的任何一个，进一步包括确定条痕的宽度、厚度分布、或者两者，并且基于条痕的宽度、厚度分布、或者两者，来调整所述激光束的功率、位置、形状、强度分布或这些的组合中的一个或多个。
本公开的第六方面可包括第一至第五方面中的任一方面，还包括确定条痕位置处的玻璃带的厚度分布并且基于条痕位置处的玻璃带的厚度分布修改激光束的形状或强度分布中的至少一个。
本公开的第七方面可以包括第一至第六方面中的任一方面，其中激光束具有顶帽强度分布或高斯强度分布。
本公开的第八方面可以包括第一至第七方面中的任何一个，进一步包括识别第一条痕和第二条痕，将激光束分成第一光束和第二光束，将所述第一光束引导到所述第一条痕，并且将所述第二光束引导到所述第二条痕。
本公开的第九方面可以包括第一至第八方面中的任何一个，还包括利用沿着激光束的光束路径反射的视觉激光束来定位激光束。视觉激光束的波长在约400nm至约700nm、约400nm至约550nm、或约500nm至约550nm的范围内。
本公开的第十方面可以包括第一至第九方面中的任何一个，其中所述条痕是突出条痕并且所述方法包括将激光束引导到所述条痕的中心。
本公开的第十一方面可以包括第一至第十方面中的任一方面，其中所述条痕是凹陷条痕，并且所述方法包括将激光束分成第一光束和与所述第一光束间隔开的第二光束，并且将所述第一光束和所述第二光束引导到靠近第一条痕的外边缘的位置。
本公开的第十二方面可以包括第一至第十一方面中的任一方面，其中将激光束引导到条痕处包括将激光束定位在沿条痕的一位置处，在所述位置处，所述玻璃带的玻璃具有在约1x104泊至约7.6x107.6泊的范围内的粘度。
本公开的第十三方面可以包括第一至第十二方面中的任一方面，其中识别所述条痕包括利用光源照射所述玻璃带，以及识别由于所述条痕的位置处的所述玻璃带的厚度的变化造成的光折射所引起的亮带、暗带或者两者。亮带、暗带或者两者标识所述条痕的位置。
本公开的第十四方面可以包括第一至第十三方面中的任一方面，其中玻璃成型工艺是熔融拉引工艺。
本公开的第十五方面可以包括第一至第十四方面中的任何一个，其中将激光束引导到条痕位置包括将激光束引导到玻璃带，其中激光束具有足以产生玻璃带的厚度变化的第一功率水平。将激光束引导到条痕位置还包括测量玻璃带响应于激光束的厚度变化，其中响应于激光束的厚度变化识别激光束在玻璃带上的位置。该方法进一步包括将激光束的位置调整到条痕位置并且将激光束的功率降低到足以修复条痕的第二功率水平。
本公开的第十六方面涉及一种用于修复玻璃带中的条痕的系统，所述系统包括产生激光束的激光器，所述激光束的波长为约1微米至约12微米且光束宽度小于或等于条痕位置处的在条痕宽度上的所述玻璃带的厚度的变化的半峰全宽，其中所述光束宽度被定义为所述激光束的1/e2宽度并且在所述激光束入射到所述玻璃带上的点处被确定。所述系统还包括一个或多个光学部件，所述光学部件可操作以改变所述激光束的一个或多个性质。其中，所述激光器和所述一个或多个光学部件被定位以将激光束引导到条痕位置。
本公开的第十七方面可以包括第十六方面，还包括至少一个分束器，所述分束器可操作以将激光束分成激光束的通过部分和测量部分。
本公开的第十八方面可以包括第十七方面，还包括功率检测器，其中至少一个分束器可操作以将激光束的通过部分引导到条痕位置，并且将激光束的测量部分引导到功率检测器。
本公开的第十九方面可以包括第十七或第十八方面中的任一方面，还包括视觉激光器，所述视觉激光器可操作以产生波长在约400nm至约700nm范围内并且不穿过玻璃带的视觉激光束。分束器可操作以将视觉激光束从视觉激光器沿着激光束的光束路径引导，视觉激光束指示激光束在玻璃带上的位置。
本公开的第二十方面可以包括第十九方面，其中，视觉激光器产生具有在约500nm至约550nm的范围内的波长的视觉激光束。
本公开的第二十一方面可以包括第十六至第二十方面中的任一方面，其中一个或多个光学部件包括可操作以准直激光束的准直透镜。
本公开的第二十二方面可以包括第十六至第二十一方面中的任一方面，其中一个或多个光学部件包括衍射光学部件，所述衍射光学部件可操作以改变所述激光束的形状、强度分布或者两者。
本公开的第二十三方面可以包括第十六至二十二方面中的任一方面，还包括从激光器延伸到靠近玻璃带的位置的光缆、以及耦合到光缆的末端的光纤连接器。光缆可操作以将激光束从激光器传送到靠近玻璃带的位置。
本公开的第二十四方面可以包括第二十三方面，其中，光缆包括空芯光纤或多晶光纤。
本公开的第二十五方面可以包括第十六至二十四方面中的任一方面，还包括耦合到所述激光器的关节臂激光束传输系统，所述关节臂激光束传输系统包括多个可移动接头和多个反射镜，所述反射镜可操作以将激光束从激光器经由具有可控气氛的封闭光束路径引导至玻璃带。
本公开的第二十六方面可以包括第十六至第二十五方面中的任一方面，还包括激光定位台，所述激光定位台耦合到所述激光器、或者耦合到光纤连接器，所述光纤连接器耦合到与所述激光器附接的光缆的一端，所述激光定位台可操作以调整所述激光束相对于玻璃带的位置。
本公开的第二十七方面可以包括第二十六方面，其中所述激光定位台包括可枢转地耦合到靠近条痕位置的固定点的板。一个或多个光学部件耦合到该板，并且该板可绕枢轴点旋转。围绕枢轴点旋转该板将加热激光束相对于玻璃带定位。
本公开的第二十八方面可以包括第十六至二十七方面中的任一方面，还包括控制系统，所述控制系统包括通信耦合到激光器和功率检测器的处理器、通信耦合到处理器的存储器模块以及存储在存储器模块中的机器可读和可执行指令。一个或多个光学部件包括可操作以将激光束分成通过部分和测量部分的分束器。功率检测器被定位以接收激光束的测量部分。机器可读和可执行指令在由处理器执行时，使得系统使用功率检测器自动确定激光束的测量功率并且基于激光束的测量功率调整激光器的功率输出。
本公开的第二十九方面可以包括第十六至第二十八方面中的任一方面，其中激光束垂直定位在玻璃的粘度在约104泊至约7.6x107.6泊的工作范围内的位置处。
本公开的第三十方面可以包括第十六至第二十九方面中的任一方面，其中一个或多个光学部件包括：第二分束器，所述第二分束器可操作以将激光束分成至少第一光束和第二光束；以及第二聚焦光学部件，所述第二聚焦光学部件可操作以将第二光束引导至玻璃带上的第二位置。
本发明的第三十一方面可以包括第三十方面，其中第二分束器包括棱镜、衍射光学部件、轴棱镜或它们的组合。
本公开的第三十二方面可包括第三十或三十一方面，其中玻璃带上的第二位置包括第二条痕的条痕位置或靠近凹陷条痕的外边缘的位置。
本公开的第三十三方面涉及一种用于生产玻璃带的系统，该系统包括熔融下拉工艺，该工艺包括成型体，该成型体包括在根部会聚的两个成型表面。该系统进一步包括根据第十六至第三十二方面中的任一方面的用于修复玻璃带中的条痕的系统。在实施例中，该系统包括激光器，该激光器可操作以产生激光束，该激光束具有约1微米至约12微米的波长并且光束宽度小于在条痕位置处玻璃带的厚度变化的半峰全宽，其中光束宽度被定义为激光束的1/e2宽度并在激光束入射到玻璃带上的点处被确定。该系统进一步包括可操作以改变激光束的一个或多个性质的一个或多个光学部件。激光器和一个或多个光学部件被定位以将激光束引导到条痕位置。
应当理解，前面的一般性描述和下面的详细描述都描述了各种实施例，并且旨在提供用于理解要求保护的主题的性质和特征的概述或框架。包括附图以提供对各种实施例的进一步理解并且并入并构成本说明书的一部分。附图图示了本文描述的各种实施例，并且与说明书一起用于解释要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1示意性地描绘了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的玻璃成型设备；
图2示意性地描绘了根据本文所示和描述的一个或多个实施例，沿图1中的参考线2-2截取的图1的玻璃成型设备的一部分的剖视图；
图3示意性地描绘了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的玻璃成型工艺和用于修复条痕的系统的侧视图；
图4示意性地描绘了根据本文所示和描述的一个或多个实施例，由图1-3的玻璃成型设备生产并具有条痕的玻璃带的剖视图；
图5示意性地描绘了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的条痕检测系统；
图6示意性地描绘了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的用于修复条痕的系统；
图7A示意性地描绘了根据本文所示和描述的一个或多个实施例，图6的系统修复包括从玻璃带向外延伸的凸起的条痕的操作；
图7B示意性地描绘了根据本文所示和描述的一个或多个实施例，在用图6的系统的激光束处理条痕之后图7A的玻璃带；
图8A示意性地描绘了根据本文所示和所述的一个或多个实施例，本公开的系统修复包括向内延伸到玻璃带中的凹陷的条痕的操作；
图8B示意性地描绘了根据本文所示和描述的一个或多个实施例，在用系统的激光束处理条痕之后图8A的玻璃带；
图9示意性地描绘了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的包括激光器和光缆的用于修复条痕的另一系统；
图10示意性地描绘了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的用于修复条痕的又一系统，其包括用于将激光束分成两束以修复两条条痕或用于修复凹陷条痕的光学部件；
图11是根据本文所示和所述的一个或多个实施例的用于相对于玻璃带定位激光束的定位台的透视图；
图12是根据本文所示和所述的一个或多个实施例的关节臂激光束传输系统的透视图；
图13图示了根据本文所示和描述的一个或多个实施例，对于用于修复条痕的系统，随时间(x轴)变化的条痕严重程度(左y轴)和激光束功率(右y轴)；
图14图示了根据本文所示和描述的一个或多个实施例，对于加热激光束功率和位置的各种组合，随玻璃板上的宽度位置(x轴)变化的厚度(y轴)；
图15示意性地描绘了根据本文所示和所述的一个或多个实施例，一种用于修复条痕的系统，其中激光束在根部垂直下方被引导至玻璃带；以及
图16示意性地描绘了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的用于修复条痕的系统，该系统包括两个加热激光器，在成型体的每一侧各有一个加热激光器。
附图不是按比例绘制的，而是为了说明的目的可能夸大了某些特征。
具体实施方式
现在将详细参考用于修复由玻璃成型工艺生产的玻璃带中的条痕的系统和方法的实施例，其示例在附图中示出。只要有可能，相同的附图标记将在全部附图中用于指代相同或相似的部分。
现在参考图4，示意性地描绘了具有条痕102的玻璃带12的一部分的一个实施例。条痕102可以是玻璃带12的较窄区域(例如，宽度<50mm)，其表现出玻璃带12的厚度t随玻璃带12的宽度快速变化。正如将在本文中进一步详细描述的，玻璃带12在条痕102位置处改变的厚度可以充当改变穿过玻璃的光的方向的透镜，导致由玻璃带12制成的电子显示器所显示的图像失真。
参考图6，示意性地描绘了本公开的用于修复玻璃带12中的条痕102的系统200的一个实施例。系统200包括产生激光束202的加热激光器210。系统200可包括可操作以准直、扩展或聚焦激光束202的一个或多个光学部件220。加热激光器210和光学部件220定位成将激光束202导向条痕102。
系统200可用于修复玻璃带12中的条痕102的方法。该方法可包括形成玻璃带12、将玻璃带12保持在张力下、在沿玻璃带12的宽度的位置识别玻璃带12的一条或多条条痕102、并使用系统200将激光束202引导到条痕102的位置。激光束202在条痕102的位置对玻璃带12或玻璃带12的一部分提供局部加热，这会导致玻璃在张力下变薄。例如通过在条痕102的区域中降低玻璃带12的厚度和/或玻璃带12的厚度的变化率，玻璃变薄可以降低条痕的严重程度。降低条痕的严重程度可以减少或消除在由玻璃带12制成的电子显示器上显示的图像的失真。
此处将具体参考附图进一步描述用于修复玻璃带中的条痕的系统和方法的各种实施例。
在此使用的方向性术语——例如上、下、右、左、前、后、上、下——仅参考所绘制的图而作出，并不意在暗示绝对方向。
除非另有明确说明，否则绝无意将本文阐述的任何方法解释为要求其步骤以特定顺序执行，也不意味着任何设备需要特定定向。因此，如果方法权利要求实际上没有叙述其步骤所遵循的顺序，或者任何设备权利要求实际上没有叙述单个组件的顺序或方向，或者在权利要求或说明书中没有特别说明，尽管步骤限于特定顺序，或者未列举装置组件的特定顺序或方向，但在任何方面都无意推断出顺序或方向。这适用于任何可能的非明示解释基础，包括：有关步骤安排、操作流程、组件顺序或组件方向的逻辑问题；源自语法组织或标点符号的简单含义，以及说明书中描述的实施例的数量或类型。
如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数对象，除非上下文另有明确规定。因此，例如，提及“一个”组件包括具有两个或更多个这样的组件的实施例，除非上下文清楚地另有说明。
如本文所用，关于玻璃带的术语“厚度”是指玻璃带的相对表面上的两个相对点之间的距离，其中玻璃带的相对表面是具有最大宽度的表面。在附图中，厚度是指玻璃带相对表面上的两个相对点在坐标轴+/-Y方向上的距离。
如本文所用，术语“高分辨率”是指在玻璃带的宽度方向上小于或等于50mm的分辨率，例如1mm至50mm。
如本文所用，术语“上游”和“下游”指的是两个或更多个部件相对于激光束沿光束路径的行进方向的定位。如果激光束在遇到第二部件之前遇到第一部件，则第一部件可以被认为是第二部件的上游。同样，当激光束在遇到第一部件之前遇到第二部件时，则第一部件可以被认为是第二部件的下游。
本文中在使用图1的玻璃成型设备的熔融下拉工艺的语境中描述本公开的系统和方法。然而，本文所公开的系统和方法可以同样地应用于流孔拉引、上拉引或再拉引工艺并具有相似的结果。
现在参考图1，示意性地描绘了用于制造玻璃制品例如玻璃带12的玻璃成型设备10。玻璃成型设备10通常可包括熔化槽14，其接收来自储料仓16的批料15。批料15可通过由电机18提供动力的批料输送装置17引入到熔化槽14中。可以提供任选的过程控制器20来启动电机18，并且可以使用熔融玻璃液位探测器22来测量立管24内的玻璃熔体液位并将测量的信息传送到控制器20。
玻璃成型设备10还可包括澄清槽28，例如澄清管，其通过第一连接管26连接到熔化槽14。混合槽32可通过第二连接管30连接到澄清槽28。输送槽36可通过输送导管34连接至混合槽32。如进一步所示，降液管38可定位成将玻璃熔体从输送槽36输送至成型体50的入口端40。在本文所示和描述的实施例中，成型体50是如上文所述的熔融成型槽。
熔化槽14通常由耐火材料制成，例如耐火(例如，陶瓷)砖。玻璃成型设备10还可包括通常由导电难熔金属例如铂或含铂金属(例如铂-铑、铂-铱)及其组合制成的部件。此类难熔金属还可包括钼、钯、铼、钽、钛、钨、钌、锇、锆及其合金和/或二氧化锆。含铂部件可包括以下中的一个或多个：第一连接管26、澄清槽28、第二连接管30、立管24、混合槽32、输送导管34、输送槽36、降液管38、入口端40。
现在参考图2，成型体50通常包括槽体51、第一成型表面44和第二成型表面45。槽体51位于成型体50的上部52，包括第一堰60、第二堰80、和在第一堰60和第二堰80之间延伸的底部53。槽体51的深度可随成型体50的长度而变化。第一成型表面44和第二成型表面45从成型体50的上部52沿竖直向下方向(即，图中描绘的坐标轴-Z方向)延伸并朝向彼此会聚，在成型体50的下(底)边缘，即根部46接合。因此，应当理解，在实施例中，第一成型表面44和第二成型表面45可以形成从成型体50的上部52延伸的倒等腰(或等边)三角形，根部46在下游方向形成三角形的顶点。拉延平面47通常在图中描绘的坐标轴+/-Y方向上二等分根部46并且在竖直向下方向(即，-Z方向)和+/-X方向上延伸。
成型体50通常由与熔融玻璃化学相容并且能够承受与熔融成型工艺相关的高温的耐火陶瓷材料形成，尽管在进一步的实施例中，部分成型体或整个成型体可以由其他材料例如金属材料形成。可形成成型体的典型陶瓷耐火材料包括但不限于锆石(例如，硅酸锆)、低蠕变锆石、碳化硅、磷钇矿和/或氧化铝基耐火陶瓷。
再次参考图1，在操作过程中，批料15，具体为玻璃成型用批料，通过批料输送装置17从储料仓16送入熔化槽14中。批料15在熔化槽14中熔化成熔融玻璃。熔融玻璃从熔化槽14通过第一连接管26进入澄清槽28。在澄清槽28中从熔融玻璃中去除可能导致玻璃缺陷的溶解气体。然后熔融玻璃从澄清槽28通过第二连接管30进入混合槽32。混合槽32例如通过搅拌使熔融玻璃均质化，并且均质化的熔融玻璃通过输送导管34进入输送槽36。输送槽36通过降液管38将均质化的熔融玻璃排放到成型体50的入口端40中，成型体50又将均质化的熔融玻璃传送到成型体50的槽体51中。
再次参考图2，均质化的熔融玻璃充满成型体50的槽体51并最终溢出槽体51，沿槽体51的长度然后沿垂直向下方向(图2中的坐标轴-Z方向)流过第一堰60和第二堰80。均质化的熔融玻璃从成型体50的上部52流到第一成型表面44和第二成型表面45上。具体地，第一半带62流过第一堰60并流到第一成型表面44上，第二半带82流过第二堰80并流到第二成型表面45上。分别流过第一成型表面44和第二成型表面45的第一半带62和第二半带82在根部46处连接并熔融在一起，形成玻璃带12，该玻璃带12通过垂直设置在根部46下方(即，-Z方向)的牵拉辊90在下游方向上沿拉延平面47拉引。玻璃带12可以进一步在成型体50的下游被加工，例如将玻璃带12分割成离散的玻璃板，将玻璃带12卷绕在其自身上，和/或将一种或多种涂层施加到玻璃带12。
牵拉辊90可以是可操作地联接到驱动机构的从动辊。牵拉辊90可以垂直定位在根部46下方(即，沿-Z方向)一定距离，该距离足以使玻璃带12冷却到玻璃粘度大到足以使得牵拉辊90不会导致玻璃带12的表面变形的温度。牵拉辊90可操作以将玻璃带12保持在张力下。
由熔融拉引工艺、流孔拉引工艺、再拉引工艺或其他玻璃成型工艺生产的玻璃带12会呈现一条或多条条痕。如前所述，条痕是玻璃带12上的物理缺陷，它会导致显示在由玻璃带12制成的电子显示器上的图像失真。条痕是沿着玻璃带12的宽度定位在特定位置的单一缺陷。条痕的特征在于玻璃带12的总厚度在玻璃带12的较窄宽度区域(例如小于50毫米(mm)或小于40毫米的宽度区域)上随宽度快速变化。玻璃带12的厚度在条痕位置处的快速变化可以充当折射(例如聚焦)穿过玻璃带12的光的窄透镜。条痕对光的这种操纵会导致在包括具有条痕的玻璃带12部分的电子显示器上显示的图像失真。
条痕可由多种不同的原因引起，例如但不限于成型体50的表面上的缺陷、玻璃带12内的帘线对齐或其他原因。例如，在某些情况下，玻璃带12内的帘线在垂直于玻璃带12的拉延平面47的方向上对齐可能会产生条痕。如本文所用，“帘线”是指玻璃带12内的薄层玻璃，其中玻璃薄层具有与玻璃带的整体玻璃组成不同的组成。现在参考图4，代表帘线100的玻璃薄层可存在于玻璃带12内，并可在玻璃带12内以各种角度设置。随着帘线100变得更加垂直于玻璃带12的外表面，帘线100可以在玻璃带的一个或两个外表面产生凸起或凹陷，其中凸起或凹陷在宽度方向(即图4中的坐标轴+/-X方向)上较窄，例如小于50mm。在凸起或凹陷处，玻璃具有随宽度快速变化的厚度(例如，每毫米(mm)宽度的厚度变化大于1纳米)。这种在玻璃带12的较窄宽度上的快速厚度变化称为条痕102。尽管图4示出条痕102从玻璃带12的两个表面向外突出，但当玻璃带12仅一侧包括导致厚度随宽度快速变化的凸起或凹陷时，也可能出现条痕102。当帘线100的玻璃粘度大于玻璃带12的整体玻璃组成的粘度时，帘线100可产生条痕102，其包括从玻璃带12的一个或两个外表面向外突出的凸起。当帘线100的玻璃粘度小于玻璃带12的整体玻璃组成的粘度时，帘线100会产生条痕102，其是相对于玻璃带12的一个或两个外表面向内陷入的凹陷。
再次参考图1-3，在其他情况下，条痕102也可能由成型体50上的缺陷引起，例如第一成型表面44、第二成型表面45、第一堰60、第二堰80或这些的组合上的缺陷。在熔融下拉工艺期间的玻璃制造过程中，例如使用图1-3中的玻璃成型设备10的工艺，成型体50上的潜在表面缺陷会导致第一半带62或第二半带82中非常窄但急剧的厚度变化。当第一半带62和第二半带82在根部46处熔融时，第一半带62和/或第二半带82中的急剧厚度变化转移到玻璃带12。第一半带62、第二半带82、玻璃带12、或其组合的温度或流动非均匀性可以进一步增强这些变化。这些厚度特征(即，条痕102)通常沿着拉引方向(即，在图3中的坐标轴+/-Z方向)定向。
在大多数情况下，作为条痕102处宽度的函数的厚度变化的斜率很小并且厚度变化在严格检查条件下的玻璃带12的规格内。然而，如果作为条痕102处宽度的函数的厚度变化的斜率超过阈值极限，则条痕102处的玻璃可以像柱面透镜一样起作用并且在用光源检查期间形成暗带和亮带。与光学透镜类似，亮带由条痕102处局部玻璃厚度的增加(凸起)形成。玻璃的局部增厚通常在玻璃带12宽度10mm至20mm距离上厚度变化为数百纳米(nm)的量级。
条痕102可以通过用来自光源的光照射玻璃带12并识别屏幕上由条痕102的表面凸起或表面凹陷的透镜效应引起的亮区和暗区来识别。参考图5，玻璃带12中的条痕可由条痕检查系统108识别。条痕检查系统108可包括检查光源110和检查屏幕112。检查光源110可定位成将光114导向玻璃带12的第一表面。检查光源110可以是氙光源。检查屏幕112可以位于玻璃带12的与检查光源110相对的一侧，使得穿过玻璃带12的光114入射到检查屏幕112上。在玻璃带上的条痕102位置，快速变化的玻璃厚度充当在检查屏幕112上产生亮带和暗带的窄透镜。
现在参考图5，识别玻璃带12中的一条或多条条痕102可包括用来自检查光源110的光114照射玻璃带12。光114穿过玻璃带12并入射到检查屏幕112上。在条痕102区域中改变的玻璃厚度用作折射通过条痕102区域的光以在检查屏幕112上形成亮带116和暗带118的透镜。识别条痕102还包括识别由于玻璃带12的厚度在条痕102的位置发生变化而导致的光114的折射所引起的在检查屏幕112上的亮带116和/或暗带118。亮带116和/或暗带118都标识条痕102的位置。暗区域对应于玻璃的较薄区域，而亮区域对应于玻璃的较厚区域。
亮带是由从玻璃带12突出而使得在条痕102的位置处的厚度相对于玻璃带12的其余部分增加的条痕102引起的。如图5所示，当条痕102包括玻璃变厚处的凸起时，玻璃的增加的厚度起到将光聚焦到一个或多个焦点115的凸透镜的作用，从而产生亮带116。与包括玻璃厚度增加的凸起的条痕102相比，玻璃带12的在条痕102的区域之外的区域在检查屏幕112上产生更暗的曝光。
暗带是由凹入玻璃带12中而使得在条痕102位置处的厚度相对于玻璃带12的在条痕102区域之外的部分减小的条痕102引起的。当条痕102包括玻璃变薄的凹陷时，减小的玻璃厚度充当使光从透镜处或透镜上游的焦点散开的凹透镜，从而在检查屏幕112上产生暗带116。与包括玻璃厚度较小的凹陷的条痕102相比，玻璃带12的在条痕102的区域之外的区域在检查屏幕112上产生更亮的曝光。
每个条痕102可以是沿着玻璃带12的宽度的离散位置并且可以沿着玻璃带12纵向(即，在图3中的坐标轴-Z方向)延伸。在条痕102的位置，玻璃带12的厚度t可以在小于约50mm，例如小于约40mm的玻璃带12宽度上改变(例如，增加或减少)数百纳米。在条痕102的位置，玻璃带12的厚度t随玻璃带12的宽度W的变化率可能足以聚焦或会聚穿过玻璃的光以引起检查屏幕112上的亮带和暗带。在条痕102的位置，玻璃带12的厚度t随玻璃带12的宽度W的变化率可以大于或等于约1纳米厚度每毫米宽度(nmt/mmW)。例如，在条痕102的位置，玻璃带12的厚度t随玻璃带12的宽度W的变化率可以大于或等于约3nmt/mmW，大于或等于约4nmt/mmW，大于或等于约5nmt/mmW，大于或等于约10nmt/mmW，大于或等于约20nmt/mmW，甚至大于或等于约30nmt/mmW。条痕102的严重程度是指玻璃带12的厚度t随玻璃带12宽度的变化率的大小。通常，条痕102的严重程度增加对应于玻璃带12在条痕102的区域中的最大厚度(凸起条痕)或最小厚度(凹陷条痕)与在玻璃带12的整个宽度W上取平均值得到的玻璃带12的平均厚度t之间更大的差异。
再次参考图4，条痕102具有条痕宽度Ws，其在本文中被定义为玻璃厚度t在条痕102的位置处的变化的高斯分布的半峰全宽。玻璃带12的厚度t变化的高斯分布是指沿条痕宽度Ws的两个宽度位置之间的距离，在这两个宽度位置处玻璃带12的厚度t的变化等于玻璃带12的厚度t在条痕102的区域中的最大变化值的二分之一。玻璃带12的厚度t的变化是指玻璃带12的实际厚度t与在玻璃带12的整个宽度上取平均值得到的玻璃带12的平均厚度之间的差。
每条条痕102的条痕宽度WS可小于或等于约50mm、小于或等于约40mm、小于或等于约30mm、小于或等于约20mm、或甚至小于或等于约10mm。每条条痕102的条痕宽度可大于零，例如大于或等于约0.5mm、大于或等于约1mm、大于或等于约5mm、或甚至大于或等于约10mm。在实施例中，每条条痕102的宽度可为大于零至约50mm，例如约0.5mm至约50mm，约0.5mm至约40mm，约0.5mm至约30mm，约0.5mm至约20mm，约0.5mm至约10mm，约1mm至约50mm，约1mm至约40mm，约1mm至约30mm，约1mm至约20mm，约1mm至约10mm，约5mm至约50mm，约5mm至约40mm，约5mm至约30mm，约5mm至约20mm，约10mm至约50mm，约10mm至约40mm，约10mm至约30mm，或约10mm至约20mm。条痕102的宽度平行于玻璃带12的宽度W测量，其通常为图1-5中的坐标轴+/-X方向。对于玻璃带12的整个长度，条痕102可以在长度方向(即，图1-3中的坐标轴+/-Z方向)上连续延伸。
如前所述，玻璃带12中的条痕会导致由玻璃带12生产的产品，例如但不限于电子设备的屏幕，展现出显示图像失真。条痕102位置处玻璃厚度的变化可能导致光在这些位置处发生折射，导致包含玻璃的屏幕上显示的图像失真。因此，玻璃带12中的条痕会导致质量问题和/或浪费增加。因此，对用于例如通过降低条痕的严重程度而修复由熔融拉引工艺生产的玻璃带中的条痕的系统和方法持续存在需求。
当在玻璃带12处于张力下的拉引工艺期间玻璃的粘度在工作范围内(104～7.6x107.6泊)时，可以通过玻璃带12、第一半带62或第二半带82的局部加热减轻包含条痕的玻璃带的局部增厚(凸起)。玻璃带12、第一半带62和/或第二半带82的局部加热减小局部玻璃粘度并且在玻璃处于张力下(例如，通过牵引辊、重力等)时实现变薄。用于玻璃带局部加热的传统电阻加热器通常加热玻璃的较宽面积(例如，宽度大于100mm)，并且不能有效地在条痕102区域产生受控的局部加热。这样无法提供有针对性的局部加热可能会在玻璃带中产生更多的异常，而不是修复条痕。
本申请涉及通过在成型体50的根部46附近的玻璃上以良好控制的功率创建高分辨率加热以消除与条痕102相关的玻璃带12的厚度变化，而修复在拉引工艺(例如熔融下拉工艺、上拉工艺、流孔拉引工艺或再拉引工艺)中的条痕的系统和方法。玻璃在条痕位置的高分辨率加热降低了粘度并减小了玻璃的局部厚度(由于质量守恒，紧邻区域的厚度相对较高)。该技术通过局部高分辨率加热来减小厚度和/或减小玻璃带12的厚度随宽度变化的斜率而起作用。本公开的系统和方法包括加热激光器和配置成修改激光束并将激光束引导到条痕位置的光学部件。激光束以良好控制的功率提供高分辨率加热(例如，<50mm宽度的加热)。由于激光的方向性和空间定义明确的性质，加热激光器在玻璃的局部加热方面非常有效。
本申请的系统和方法可以降低玻璃带中条痕的严重程度或消除条痕，这可以减少或消除透过由玻璃带制成的制品的光失真，例如由玻璃带制成的电子显示器上显示的图像失真。减少透过玻璃带的光的失真可以反过来减少质量问题并减少玻璃成型工艺期间产生的废物。本公开的系统和方法可以提供条痕区域的非接触式直接加热，而不改变周围玻璃的温度或对玻璃成型设备造成损坏。本申请的系统和方法可以降低条痕的严重程度而不在条痕区域之外引入热量或改变玻璃粘度。本公开的系统结构简单，成本低，并且包括很少的移动部件，这可以使系统可靠且易于维护。该系统的组件结构紧凑、重量轻，可以安装在玻璃成型设备的许多位置。该系统可以以较小的光学接入面积工作，并且可以安装到熔融拉引和流孔拉引设备的现有马弗设计中，而无需进行实质性修改。除了其他特征之外，该系统还可以在生产玻璃带12的同时可热安装在现有的马弗炉上，而无需关闭玻璃成型工艺。
现在参考图6，示意性地描绘了用于修复由玻璃成型设备10生产的玻璃带12中的条痕的系统200的一个实施例，例如但不限于熔融下拉工艺、熔融上拉工艺、流孔拉引工艺或再拉引工艺。系统200包括产生激光束202的加热激光器210和配置成改变激光束202的一种或多种性质并且/或者将激光束202引导到条痕102的位置的一个或多个光学部件220。光学部件220可以准直、扩展或聚焦激光束202。在实施例中，光学部件220可以包括可操作以将激光束202转换为准直激光束的准直透镜。加热激光器210和光学部件220可定位成在条痕102的位置将激光束202引导到玻璃带12或玻璃带12的一部分(例如，第一半带62、第二半带82、或两者)(图3)。系统200可操作以在条痕102的位置处将激光束202导向玻璃带12或其一部分，以在条痕102的位置处对玻璃带12或其一部分提供高分辨率加热。高分辨率加热是指宽度(例如，在+/-X方向)小于或等于约50mm、小于或等于约40mm、小于或等于约30mm、或甚至小于或等于约20mm。在条痕102的位置对玻璃带12、第一半带62或第二半带82进行高分辨率加热可在条痕处局部降低玻璃的粘度，这可导致至少部分改善条痕(例如，通过降低条痕位置处玻璃带12厚度的变化率来降低条痕的严重程度)。
加热激光器210是能够产生激光束202的装置。激光束202可以是单个圆形激光束或单个椭圆形激光束。由加热激光器210产生的激光束202可以是静态激光束，意味着激光束202沿着固定的光束路径传播，这可以由加热激光器210的定位和放置于加热激光器210下游的光学部件来确定。
激光束202的波长可以在允许激光束202被玻璃吸收以加热玻璃带12、第一半带62或第二半带82的玻璃并且不穿过玻璃从而入射到玻璃成型设备10上的波长范围内。因为硅酸盐基玻璃对波长大于或等于约4微米(μm)的光有很强的吸收率，许多不同的激光源可以用作加热激光器210以产生激光光束202用于在条痕102的位置加热玻璃带12或半带。加热激光器210可操作以产生具有红外波长区域中的波长的激光束202。加热激光器210可操作以产生波长大于或等于约1μm、大于或等于约2μm、大于或等于约3μm、大于或等于约4μm，甚至大于或等于约8μm的激光束202。加热激光器210可用于产生波长小于或等于约12μm，或甚至小于或等于约10μm的激光束202。加热激光器210可操作以产生波长为约1μm至约12μm、约1μm至约10μm、约2μm至约12μm、约2μm至约10μm、约3μm至约12μm、约3μm至约10μm、约4μm至约12μm、约4μm至约10μm、约8μm至约12μm、或约8μm至约10μm的激光束202。
加热激光器210可以是CO激光器、CO2激光器、量子级联激光器(QCL)或其他类型的合适激光器。具体地，加热激光器210可以包括但不限于一个或多个以5.6μm波长操作的CO激光器；以9μm至11.2μm的波长(例如9.3μm、9.6μm、10.6μm或11.2μm的波长)操作的CO2激光器；或可以发射中远红外(FIR)光谱(3至12微米)的低功率量子级联激光器(QCL)。在实施例中，考虑到大气透射和玻璃吸收性质，加热激光器210可以是发射波长为约3μm到12μm，或者甚至约8μm至约12μm的QCL。加热激光器210可操作以产生连续或脉冲的激光束202。连续激光通常具有较低的峰值功率并逐渐升高玻璃表面温度，而脉冲激光通常具有较高的峰值功率并且与连续激光相比在较短的时间内将玻璃表面温度升高的程度更大。激光束可以是准直的或非准直的。在实施例中，由加热激光器210产生的激光束202可以是准直激光束。在实施例中，激光束202可以使用设置在加热激光器210下游的准直透镜来准直，本文将进一步讨论。
加热激光器210具有足以在条痕102的位置处加热玻璃带12、第一半带62或第二半带82的功率。所需的功率可取决于在激光束202的波长处的玻璃吸收率以及激光束202是指向玻璃带12还是指向第一半带62或第二半带82，同时它们仍然与成型体50或玻璃制造设备的其他部件接触。因此，激光束202的功率可由线性平均功率密度表征。激光束202的线性平均功率密度PS是指用于条痕修复的吸收激光功率P的范围。可以根据以下等式1(EQU 1)计算线性平均功率密度PS。
Figure BDA0003959873580000161
加热激光器210产生的激光束202可具有足以在条痕102的位置加热玻璃带12以修复条痕102的线性平均功率密度。在实施例中，激光束202可具有约10毫瓦每毫米(mW/mm)到约10瓦每毫米(W/mm)的线性平均功率密度。
加热激光器210可具有约0.001W/mm至约10kW/mm的绝对线性平均功率，这取决于激光束202的波长。如果激光束202的功率或线性平均功率密度太小，则激光束202的能量可能不足以加热玻璃以修复条痕102。如果激光束202的功率或线性平均功率密度太大，则激光束202可能使条痕102过热和/或加热玻璃带12、第一半带62或第二半带82的大于条痕102区域的区域，这可能在玻璃中产生额外的物理缺陷。可调节加热激光器210的功率以调节激光束202对玻璃的加热量。加热激光器210可通过有线或无线通信路径以通信方式耦合到控制系统300。加热激光器210和控制系统300之间的通信可以基于系统200和/或玻璃带12的一个或多个测量参数来控制加热激光器210及其功率输出。
加热激光器210产生的激光束202的光束宽度足以在条痕102的位置处加热玻璃带12、第一半带62或第二半带82的玻璃而不会超出条痕102的区域过度加热玻璃带12、第一半带62或第二半带82的区域。激光束202的光束宽度是指沿着光束路径在激光束202入射到玻璃表面的位置处确定的激光束202的1/e2宽度。激光束202的1/e2宽度是指在激光束202的光强低于激光束202强度分布中的最大强度的1/e2(0.135)倍的值处的光束两点之间的距离。在实施例中，由加热激光器210产生的激光束202的光束宽度可在条痕宽度Ws的约50％以内，例如在条痕宽度Ws的约25％以内或甚至在约10％以内。换言之，激光束202的光束宽度可使得光束宽度与条痕宽度Ws之间的差的绝对值小于条痕宽度Ws的约50％，例如小于或等于条痕宽度Ws的约25％或甚至小于或等于约10％。在实施例中，激光束202可具有小于或等于约50mm的光束宽度。激光束202可具有小于或等于约40mm、小于或等于约30mm、小于或等于约20mm或甚至小于或等于约10mm的光束宽度。激光束202可具有大于零的光束宽度，例如大于或等于约1mm，或甚至大于或等于约5mm。在实施例中，激光束202的光束宽度可为从大于零至约50mm，例如约0.1mm至约50mm、约0.1mm至约40mm、约0.1mm至约30mm，约0.1mm至约20mm，约0.1mm至约10mm，约0.5mm至约50mm，约0.5mm至约40mm，约0.5mm至约30mm，约0.5mm至约20mm，约0.5mm至约10mm，约1mm至约50mm，约1mm至约40mm，约1mm至约30mm，约1mm至约20mm，约5mm至约50mm，约5mm至约40mm，约5mm至约30mm，或约5mm至约20mm。激光束202的光束宽度可以通过包括用于聚焦(会聚)或散焦(发散)激光束202的光学部件来修改。
激光束202可以被整形以进一步减少条痕102位置处的玻璃厚度变化。激光束202的光束形状是指沿着光束路径在激光束202入射在玻璃带12、第一半带62或第二半带82的表面的位置处激光束202的横截面形状。激光束202可以具有通常横截面为圆形的光束形状。在实施例中，激光束202可具有横截面为椭圆形的光束形状。除了光束形状之外，激光束202可以具有可以被调节以进一步减少玻璃厚度变化的强度分布。激光束202的强度分布是指激光束202的光的强度随激光束202的光束形状的横截面内的位置的变化。在实施例中，激光束202可以具有类似于高斯分布的强度分布。在实施例中，激光束202可以具有顶帽强度分布，其中激光束202的光的强度在整个光束形状上通常是恒定的，使得作为距离激光束202中心的半径的函数的二维强度图的形状类似于高顶礼帽的形状，例如阶跃函数。激光束202的光束形状和强度分布可以基于玻璃带12沿着条痕102的条痕宽度Ws的厚度分布进行修改。改变激光束的光束形状和强度分布可以例如使用衍射光学部件来实现。
再次参考图6，用于矫正条痕的系统200可以包括配置成改变激光束202的一种或多种性质或改变激光束202的光束路径的光学部件220。光学部件220可以包括各种透镜、反射镜、分束器、棱镜、滤光片或其他可操作以改变激光束202的性质或光束路径的光学部件。光学部件220可包括准直透镜，其可经配置以将来自加热激光器210的激光束202转换成准直激光器光束。在实施例中，准直透镜可以是ZnSe准直透镜。准直透镜可以相对于加热激光器210设置在下游，例如在加热激光器210和玻璃带12之间。光学部件220还可以包括一个或多个聚焦透镜、发散透镜和/或反射镜(未示出)，以分别将激光束202聚焦、扩展和/或引导到条痕102位置。
用于修复条痕102的系统200还可以包括一个或多个分束器230。术语“分束器”是指将单个激光束分成两个或多个单独的光束路径(例如，一个或多个固定光束)的光学部件。分束器230可以是棱镜、一个或多个衍射光学部件、轴棱镜或配置成将激光束202分成至少两个独立光束的其他装置。再次参考图6，分束器230可操作以将激光束202分成激光束202的通过部分232和激光束202的测量部分234。在实施例中，分束器230可相对于激光束定位于准直透镜下游，使得分束器230在激光束202被准直后将激光束202分成通过部分232和测量部分234。系统200还可以包括一个或多个其他聚焦透镜、发散透镜、整形透镜、反射镜、分束器、滤光器、棱镜、衍射光学部件、轴棱镜等，用于改变激光束202的性质或修改激光束202的光束路径。
加热激光器210可以安装到连接到玻璃成型设备10的固定器(未示出)，例如安装到体现熔融拉引工艺的熔融拉引机或体现流孔拉引工艺的流孔拉引设备，或其他玻璃成型设备。在实施例中，加热激光器210和光学部件220可以安装到玻璃成型设备10的马弗炉(未示出)。马弗炉可以是绝缘护罩，其包围玻璃成型设备10的一些或全部，例如熔化拉引工艺，特别是成型体50和由其生产的玻璃带12，或其他玻璃成型设备。固定器可操作以在垂直方向(例如，在图1-6中的坐标轴+/-Z方向)和/或在水平方向(例如，在图1-6中的坐标轴+/-X方向和/或+/-Y方向)。加热激光器210和光学部件220可以在宽度方向(例如，+/-X方向)上定位，使得激光束202在条痕102的位置处或附近入射到玻璃带12、第一半带62或第二半带82上。
再次参考图6，加热激光器210、光学部件220和分束器230可以垂直定位以将激光束202引导到玻璃带12、第一半带62或第二半带82的一垂直位置(即，位于图6中的坐标轴+/-Z方向上的位置)，在该垂直位置玻璃的粘度在约104泊至约7.6x107.6泊的工作范围内。在玻璃的这个粘度范围内，由激光束202引起的加热可以有效地加热玻璃以将玻璃的粘度降低到玻璃能够在张力下变薄或松弛以修复条痕102的程度。如图6所示，在实施例中，玻璃成型工艺可以是熔融下拉工艺，并且加热激光器210、光学部件220和分束器230可以垂直定位以将激光束202引导到第一半带62或第二半带条带82在成型体50的根部46的垂直上方位置(即，在图15中的坐标轴相对于根部46的+Z方向)，该位置在第一半带62和第二半带82熔化以形成玻璃带12之前。尽管图6中示出激光束202被引导至第一半带62，但激光束202可以取决于条痕102的可疑来源而被引导至第一半带62和/或第二半带82。
现在参考图15，在一些实施例中，玻璃成型工艺可以是熔融下拉工艺，并且加热激光器210、光学部件220和分束器230可以垂直定位以在成型体50的根部46的竖直下方(即，在图15中相对于根部46的坐标轴-Z方向)的位置将激光束202引导到玻璃带12。现在参考图16，在实施例中，玻璃成型工艺可以是熔融下拉工艺，并且系统200可以包括一个加热激光器210、光学部件220和分束器230，该分束器定位成将激光束202在条痕位置引导到根部46上方的第一半带62，系统200还可包括另一个加热激光器210'、光学部件220'和分束器230'，该分束器定位成将另一激光束202'在条痕位置引导到根部46上方的第二半带82。
再次参考图6，在实施例中，系统200还可包括至少一个功率检测器240。功率检测器240可操作以测量激光束202的功率并输出指示激光束202的功率的信号。功率检测器240可以是能够吸收激光束并产生指示被测激光束的功率的功率信号的任何装置。功率信号可以是数字的或模拟的并且能够通过任何有线或无线通信方法或介质传播。至少一个分束器230可操作以将激光束202的测量部分234引导至功率检测器240。在实施例中，功率检测器240可定位成从分束器230接收激光束的测量部分234。功率检测器240可以通过有线或无线通信路径通信耦合到控制系统300。由功率检测器240产生的功率信号可以传送到控制系统300。在实施例中，由功率检测器240产生的功率信号可以用于加热激光器210的输出功率的反馈控制。
再次参考图6，在实施例中，系统200还可以包括视觉激光器250。如本文所用，术语“视觉激光器”是指低功率激光器，其产生人类可见的视觉激光束并且可以沿着与激光束202相同的光束路径被引导以用于提供激光束位置的视觉指示。视觉激光器250可操作以产生具有低功率和可见光谱中的波长(例如380nm至700nm的波长)的视觉激光束252。激光束202可以具有在红外区域中的波长并且可能不被人眼看到。这可能使得难以确定激光束202在何处入射到玻璃带12上。视觉激光束252可用于确认激光束202入射到玻璃带12上和/或成型体50上的位置(例如，在成型体50的第一成型表面44或第二成型表面45上)。视觉激光束252可以沿着与激光束202相同的光束路径被引导，使得视觉激光束252的光束路径与激光束202的光束路径共线。在实施例中，视觉激光束252可以由一个或多个光学部件引导以与激光束202同轴和/或共线。
视觉激光束252可以具有在可见光谱中的波长。视觉激光器250可以是能够产生具有约400nm到约700nm范围内的波长的视觉激光束252的激光器。在实施例中，视觉激光束252可具有小于约550nm的波长，例如从约400nm至约550nm。当波长大于约550nm时，相对于从熔融玻璃和成型体50发出的光，视觉激光束252可能更难以观察到。在实施例中，视觉激光器250可以是产生视觉的低功率绿色激光器激光束252具有约500nm到约550nm的波长。
系统200还可以包括视觉激光光学部件(未示出)，其被布置成沿着与激光束202相同的光束路径引导视觉激光束252。在实施例中，视觉激光光学部件可以包括分束器230。在实施例中，分束器230可操作以沿激光束202的光束路径，例如激光束202的通过部分232的光束路径,反射视觉激光束252。
再次参考图3-6，现在将更详细地描述用于修复条痕102的系统200的操作。参考图3，可以操作玻璃成型设备10以通过熔融拉引工艺形成玻璃带12。在玻璃成型工艺期间，玻璃带12可以使用牵拉辊90保持在张力下。在修复条痕102期间将玻璃带12保持在张力下可以在玻璃中产生张力，这可以导致玻璃在用激光束202加热时变薄。如图5所示，玻璃带12上的一个或多个条痕102特征可由条痕检查系统108识别。然后可操作系统200以引导激光束202或其任何部分(例如，激光束202的通过部分232)到条痕102的位置。激光束202可以穿过可改变激光束202的性质和/或光束路径的一个或多个光学部件220，例如但不限于准直透镜、分束器230或其他光学部件。
现在参考图7A和7B，将描述包括凸起的条痕102的处理，其中玻璃厚度在条痕102处增加。如图7A所示，激光束202被引导至条痕102的最厚部分。入射在条痕102上的激光束202或其部分在条痕102的位置处加热玻璃带12或其部分。在条痕102的位置处利用激光束202或其任何部分对玻璃带12、第一半带62或第二半带82的目标高分辨率(例如，宽度＜50mm)加热降低了玻璃的粘度，这导致玻璃在张力下变薄。现在参考图7B，玻璃变薄可降低条痕102位置处玻璃带12的厚度和/或条痕102位置处玻璃带12的厚度的变化率。如图7B所示，与处理前的条痕102(图7A)相比，条痕102在宽度上的厚度的变化率降低。因此，通过将激光束202或其任何部分引导到条痕102特征、调节激光功率并保持玻璃带12处于张力下，可以去除或显著减少条痕102。
现在参考图8A和8B，将描述对包括凹陷的条痕102的处理，其中玻璃厚度在条痕102处减小。对于凹陷型条痕，如图7A所示，将激光束202引导到条痕102的中心进一步减薄条痕102中心处的玻璃，这会增加凹陷型条痕102的严重程度。相反，对于凹陷条痕，激光束202被引导至条痕102的一个或两个边缘或者玻璃带12、第一半带62或第二半带82刚好超出条痕102的区域。将激光束202引导到靠近条痕102外边缘的一个或多个位置可以使玻璃带12在条痕102的边缘变薄。边缘处的这种变薄使条痕102变宽(即，增加条痕宽度Ws)，这将厚度变化分布在更大的距离上并减小了在条痕102的区域中玻璃带12的厚度变化斜率。
参考图8A，系统200可包括可操作以将激光束202分成第一光束272和第二光束274的第二分束器270。进一步联系图10描述具有第二分束器270的系统200。如图8A所示，第二分束器270的尺寸和配置可被设计成分离激光束202，使得第一光束272和第二光束274分开距离D。距离D是第一光束272和第二光束274之间的中心到中心的距离。距离D足以使得距离D与条痕102的半峰全宽之间的差的绝对值为小于条痕102的半峰全宽的约100％、小于或等于约75％、小于或等于约50％、小于或等于约40％、小于或等于约30％、小于或等于约20％，小于或等于约10％，或甚至小于或等于约5％。距离D可小于或等于约50mm，或小于或等于约40mm，以用于处理凹陷型条痕102。可以通过玻璃带12在凹陷型条痕102位置的形状轮廓来确定第一光束272和第二光束274之间的距离D以及第一光束272和第二光束274相对于凹陷型条痕102的定位。第一光束272和第二光束274可以被引导到凹陷型条痕102的外部区域或刚好超过条痕102。第一光束272和第二光束274可以靠近凹陷型条痕102的外边缘产生对玻璃带12的目标高分辨率加热(例如，宽度<50mm)。这种有针对性的加热可降低靠近凹陷型条痕102边缘的玻璃的粘度，并可导致玻璃在条痕102的外边缘处变薄。玻璃变薄可能导致玻璃带12在凹槽型条痕的边缘处局部变薄，这可能会增加条痕宽度Ws，从而将玻璃厚度的总变化分布在玻璃带12的更大宽度上。因此，作为宽度函数的厚度变化减小，降低了条痕102的严重程度。
通过物质守恒，一些玻璃可能会向条痕的中心移位或移动，这会导致凹陷型条痕102中心的玻璃局部增厚，进一步降低在凹陷型条痕102区域中玻璃的厚度的变化率。现在参考图8B，示意性地描绘了用第一光束272和第二光束274处理凹陷型条痕102之后的玻璃带12。如图8B所示，用在凹陷型条痕102的外边缘处的第一光束272和第二光束274可以降低作为宽度的函数的厚度的变化率，从而降低凹陷型条痕102的严重程度。虽然示出和描述的是将激光束202分成两个单独的光束，但在实施例中，可以通过将激光束202引导到靠近条痕102边缘之一的单个位置来降低凹陷型条痕102的严重程度。在一些情况下，仅在一个边缘附近用激光束202加热玻璃带12、第一半带62或第二半带82可能足以加宽条痕102以减少在条痕102的位置厚度随宽度的变化。
激光束202或其任何部分保持与条痕102特征接触，以连续生产玻璃带12。此外，系统200的操作可包括用沿着激光束202的光束路径反射的视觉激光束202定位激光束202或其任何部分。在实施例中，分束器230可操作以沿着激光束202或其一部分的光束路径引导视觉激光束252，其中视觉激光器252可操作以显示激光束202或其任何部分在玻璃带12上的位置。
系统200是在识别玻璃带12的条痕102时最初设置的。设置系统200可以包括将激光束202引导到玻璃带12、第一半带62或第二半带82至少在条痕102的一般区域中的位置。激光束202最初可以具有足以产生玻璃带12的厚度变化的第一功率水平。在实施例中，激光束的第一功率水平202可大于或等于约0.5W。激光束202入射在玻璃带12、第一半带62或第二半带82上的位置可通过测量玻璃带12响应于激光束202的厚度变化来识别。在激光束202入射在玻璃上的位置处，激光束202加热玻璃，这导致玻璃带12的厚度分布在激光束202的位置处改变。因此，玻璃带12的厚度变化可以指示激光束102接触玻璃带12、第一半带62或第二半带82的位置。一旦识别出激光束202的位置，然后可以调节加热激光器210和/或光学部件220以将激光束202定位在条痕102的位置。可以将激光束202的功率降低到小于第一功率水平的第二功率水平。激光束202的第二功率水平足以修复条痕102。可以调整加热激光器210的位置和功率，以基于条痕102的严重程度和厚度分布来微调激光束202。激光束202的功率、位置、光束宽度、光束形状、光束强度分布或这些的组合中的一个或多个可以根据条痕102的宽度、严重程度、厚度分布和位置进行调整。
如前所述，可以修改激光束202的光束形状和/或强度分布，以基于条痕102的宽度、严重程度、形状和位置来调整由激光束202获得的热量。系统200可进一步包括衍射光学部件或可操作以改变激光束202的光束形状和/或强度分布的其他光学部件。系统200的操作可进一步包括确定玻璃带12在条痕102的位置处的宽度、强度和/或形状(厚度分布)中的一者或一者以上，以及基于玻璃带12在条痕102的位置处的宽度、强度和/或形状(厚度分布)修改激光束202的光束形状和/或强度分布。在实施例中，激光束202可以具有顶帽强度分布或高斯强度分布。如本文所用，“顶帽”强度分布是指其中光强度在激光束的横截面积上大致恒定的强度分布，例如光强度在激光束横截面积上的平均光强度的10％以内。对于高斯强度分布，光强度在激光束中心处最大，并且随着与激光束中心的距离增加而减小。
在实施例中，系统200可以包括柔性激光束传输系统，该系统可以将激光束202从加热激光器210传输到耦合到玻璃成型设备10的固定器。柔性激光束传输系统可以是光缆系统或关节臂激光束传输系统。柔性激光束传输系统可以使加热激光器210定位在远离玻璃成型设备10的位置。这可以使系统200能够用于将激光束202传输到由于空间限制而难以将加热激光器210靠近玻璃带12、第一半带62或第二半带82定位的位置。
现在参考图9，在实施例中，系统200可包括远离玻璃成型设备10安装的加热激光器210和构造成将激光束202从加热激光器210传送到靠近玻璃成型设备10和/或玻璃带12的位置的光缆260。远离玻璃成型设备10安装加热激光器210是指将加热激光器210安装在玻璃带12的视线之外或从玻璃成型设备10开始与玻璃带12间隔一定距离，该距离大到无法在不频繁中断光束路径的情况下使用向大气开放的光学部件将加热激光器210有效地引导到玻璃带12或半带。光缆260可以可操作地耦合到加热激光器210并且可以从加热激光器210延伸到靠近玻璃带12、第一半带62或第二半带82的位置。光缆260可以是空芯光缆或多晶光缆。
系统200还可包括光纤连接器262，其可耦合到光缆260的与加热激光器210相对的末端。光纤连接器262可配置为将来自光缆260的激光束202传输进入大气。光纤连接器262可以定位成将激光束202引导到玻璃带12、第一半带62或第二半带82。光纤连接器262可以相对于玻璃带12、第一半带62或第二半带82沿垂直方向(例如，图9中的坐标轴+/-Z方向)和水平方向(例如，图9中的坐标轴+/-X方向和/或+/-Y方向)定位。在实施例中，光纤连接器262可以耦合到固定器(未示出)。该固定器可操作以沿竖直方向(例如，图9中的坐标轴+/-Z方向)和/或水平方向(例如，在图9中的坐标轴+/-X方向和/或+/-Y方向)定位光纤连接器262、光学部件220和分束器230。光纤连接器260、光学部件220和分束器230可以在宽度方向(例如，+/-X方向)上定位，使得激光束202入射在玻璃带12、第一半带62或第二半带82位于或靠近条痕102的位置。光纤连接器262、光学部件220和分束器230可以垂直定位以在玻璃具有在104泊至7.6x107.6泊的工作范围内的粘度的垂直位置将激光束202引导到玻璃带12、第一半带62或第二半玻璃带82。在玻璃的这个粘度范围内，由激光束202引起的加热可以有效地加热玻璃以将玻璃的粘度降低到玻璃可以变薄或在张力下松弛以修复条痕102的程度。
再次参考图9，当系统200包括光缆260和光纤连接器262时，加热激光器210可以产生激光束202并将激光束202引入光缆260的末端。激光束202可以通过光缆260从加热激光器210传播到光纤连接器262。光纤连接器262可以将激光束202从光缆260传输到大气中。光纤连接器262可进一步将激光束202导向玻璃带12、第一半带62或第二半带82或导向光学部件220和分束器230。激光束202可穿过可操作以改变激光束202的一种或多种性质或激光束的光束路径的光学部件220。激光束202的至少一部分然后可以被引导到玻璃带12、第一半带62或第二半带82，使得激光束202在条痕102的位置入射到玻璃上。如前面讨论的，激光束202可以在条痕102的位置处加热玻璃，这可以导致条痕102减少。
现在参考图10，在一些情况下，玻璃带12可在沿玻璃带12的宽度的多个位置形成多条条痕102。图10显示了第一条痕102A和第二条痕102B，它们可以沿着玻璃带12的宽度彼此间隔开。参照图10，可以理解，玻璃带12可以形成两条以上的条痕102。玻璃带12可以形成1条、2条、3条、4条、5条、6条或6条以上的条痕。在玻璃带12具有两条或多条条痕102的情况下，系统200可配置成将激光束202分成两条或多条静态激光束，并将两条或多条静态激光束中的每一条引导至条痕102之一，例如第一条痕102A、第二条痕102B或其他条痕。每个激光束都可以在它所指向的条痕处加热玻璃，这可以导致条痕减少。因此，系统200可配置成同时修复玻璃带102中的多条条痕102。
再次参考图10，系统200可包括至少一个第二分束器270。第二分束器270可相对于分束器230布置在下游。第二分束器270可操作以将激光束202，或来自分束器230的激光束202的通过部分232分成多个激光束，例如2个、3个、4个、5个、6个或多于6个静态激光束。第二分束器270可以包括一个或多个分束器。在实施例中，第二分束器270可用于将激光束202或通过部分232分成至少第一光束272和第二光束274。第二分束器270可包括一个或多个棱镜、衍射光学部件、轴棱镜或这些的组合。
系统200可进一步包括一个或多个光学部件，其经配置以将第一光束272及第二光束274分别引导至第一条痕102A及第二条痕102B。在实施例中，系统200的光学部件可包括至少一个第二聚焦透镜280，其可操作以将第一光束272和/或第二光束274聚焦在多个条痕102A、102B的位置处。
参考图11，如前所述，系统200可以包括固定器290，加热激光器210或光纤连接器262和一个或多个光学部件可以耦合到该固定器290。固定器290可以是定位台292，其被配置成至少改变激光束102相对于玻璃带12、第一半带62或第二半带82的水平位置(例如，在图11中坐标轴+/-X和/或+/-Y方向上)。固定器290可与马弗炉92连接，马弗炉92可围绕至少一部分玻璃成型设备10。马弗炉92可包括一个或多个端口94，其可允许接近马弗炉92的内部和其中包含的玻璃带12。固定器290可以靠近端口94之一安装到马弗炉92，使得激光束202可以通过端口94到达玻璃带12、第一半带62或第二半带82。
由于马弗炉92中的端口94通常位于固定位置，因此固定器290可以是能够旋转以改变激光束202的光束路径(例如通过改变激光束202或其一部分相对于端口94的角度)的定位台292。定位台292的旋转能力可以使激光束202能够取决于条痕102在玻璃带12上的位置而在宽度方向(即，图11的坐标轴+/-X方向)覆盖玻璃带12、第一半带62或第二半带82的非常宽的部分。定位台292可包括在枢转点处连接到马弗炉92的底板294。加热激光器210或光纤连接器262可以与光学部件220、分束器230、功率检测器240和第二分束器270一起耦合到底板294。视觉激光器250(图6)也可以耦合到底板294。
底板294可以围绕枢轴点旋转以改变激光束202相对于玻璃带12的角度，这可以改变相对于玻璃带12的水平位置(即，图11的坐标轴+/-X位置中的位置)。底板294围绕枢轴点的旋转可操作以将激光束202沿玻璃带12、第一半带62或第二半带82的宽度水平地定位，以便将激光束202导向条痕102。
现在参考图12，在实施例中，关节臂激光束传输系统298可用于将激光束202从加热激光器210传输到玻璃带12、第一半带62或第二半带82。关节臂激光束传输系统298可包括多个可移动接头和多个反射镜，可操作以将激光束202从加热激光器210引导至玻璃带12、第一半带62或第二半带82。关节臂激光束传输系统298可以提供具有可控气氛的封闭光束路径。关节臂激光束传输系统198可用于代替光缆，以将激光束202从位于远离玻璃带12的位置处的加热激光器210传输到靠近玻璃带12、第一半带62或第二半带82的位置。在实施例中，关节臂激光束传输系统298可操作以传输与适合通过光缆传输的激光束202相比具有更大功率输出的激光束202。
再次参考图2、图3和图6，在实施例中，该系统还可包括控制系统300。控制系统300可包括处理器302、通信耦合到处理器302的存储器模块304、以及在存储器模块304上存储的机器可读和可执行指令306。参考图2和3，控制系统300可以通信地耦合到用于修复条痕102的系统200。现在参考图6，当控制系统300通信耦合到用于修复条痕102的系统200时，控制系统300可以通信耦合到加热激光器210和/或功率检测器240。
再次参考图6，控制系统300可操作以在延长的时间段内保持激光束202的稳定性，以保持系统200的一致操作。如前所述，系统200可包括分束器230，其可操作以将加热光束202分为通过部分232和测量部分234。激光束202的测量部分234可以被引导到功率检测器240。控制系统300可以接收来自功率检测器240的输出并使用来自功率检测器240控制加热激光器210。特别地，机器可读和可执行指令306在由处理器302执行时可以使系统自动从功率检测器240接收指示激光束202功率的信号，根据从功率检测器240接收到的信号确定激光束202的测量功率，并基于激光束202的该测量功率调整加热激光器210的功率输出。计算机可读和可执行指令306可以包括用于进行本申请中讨论的任何其他方法步骤的指令。
再次参考图3和图6，将进一步讨论本公开的修复条痕的方法。可以使用控制系统300通过由控制处理器302执行计算机可读和可执行指令306来完成以下任一方法步骤。用于在玻璃带成型工艺期间修复条痕102的方法可以包括以玻璃成型工艺形成玻璃带12，其可以是本文先前讨论的任何玻璃带成型工艺。该方法可包括在玻璃带成型工艺期间将玻璃带12保持在张力下。该方法还可以包括在沿着玻璃带12的宽度W的位置处识别玻璃带12的条痕102，在该位置玻璃带12的每单位宽度的玻璃带12的厚度的变化率大于或等于约1nmt/mmW，例如大于或等于约3nmt/mmW，大于或等于约4nmt/mmW，大于或等于约5nmt/mmW，大于或等于约10nmt/mmW，大于或等于约20nmt/mmW，或甚至大于或等于约30nmt/mmW。条痕102可具有小于或等于约50mm的条痕宽度Ws(图4)。识别条痕102可以通过本文先前描述的任何技术来完成。条痕102可具有本文先前针对条痕102描述的任何其他特征或性质。该方法还包括将激光束202引导到条痕位置。激光束202可具有约1μm至约12μm的波长。激光束202可具有本文先前讨论的任何其他特征或性质。激光束202在条痕位置处或附近加热玻璃带12、第一半带62或第二半带82。在条痕位置处或附近加热玻璃带12、第一半带62或第二半带82降低了玻璃的粘度以降低玻璃带12在条痕位置处的厚度以及/或者降低玻璃带12在条痕位置处的厚度变化。
激光束202可具有约10mW/mm至10W/mm的线性平均功率密度。取决于条痕的宽度和厚度、激光束的波长以及激光束202的垂直位置，激光束202可以具有约0.1瓦特(W)至约50W的功率。激光束202的光束宽度可小于玻璃带12的厚度随条痕宽度的变化的半峰全宽，其中光束宽度定义为在激光束202入射在玻璃带12上的点处激光束202的1/e2宽度。在实施例中，激光束202的光束宽度可以小于或等于约50mm、小于或等于约40mm、小于或等于至约30mm，小于或等于约20mm，或小于或等于约10mm。激光束202可具有本文先前针对激光束202描述的任何其他特征或性质，例如功率、波长、宽度、位置、形状、强度分布等。
本文公开的任何方法还可以包括确定条痕102的宽度和/或厚度轮廓，并基于条痕102的宽度和/或厚度轮廓调整激光束202的功率、位置、形状、强度分布或这些的组合中的一个或多个。在实施例中，该方法可包括确定玻璃带12在条痕位置处(例如在条痕102的条痕宽度上)的厚度轮廓，并且基于玻璃带12在条痕宽度上的厚度分布至少修改激光束202的形状或强度分布之一。在实施例中，激光束202可具有顶帽强度分布或高斯强度分布。
在实施例中，条痕102可以是从玻璃带12向外突出的突出条痕，并且该方法可以包括将激光束202引导到条痕102的中心。参考图8A，在实施例中，条痕102可以是凹陷条痕，并且该方法可以包括将激光束202分成第一光束272和与第一光束272间隔开的第二光束274，并且引导第一光束272和第二束274到靠近条痕102的外边缘的位置。参考图10，在实施例中，本文公开的任何方法还可以包括识别第一条痕102A和第二条痕102B，将激光束202分成第一光束272和第二光束274，将第一光束272引导到第一条痕102A，并且将第二光束274引导到第二条痕102B。第一条痕102A和第二条痕102B可以使用本文先前描述的任何方法来识别。对于凹陷条痕或多条条痕的情况，分离激光束202可以包括使激光束202通过分束器，例如图8A和10中的第二分束器270。将第一光束272和第二光束274引导至第一条痕102A和第二条痕102B，或者在凹陷条痕的情况下引导至条痕102的外边缘，可以包括使第一束272和/或第二光束27通过可操作以将光束重定向和/或聚焦到目标位置的一个或多个光学部件。
在实施例中，本文公开的任何方法可包括利用沿激光束202的光束路径反射的视觉激光束252来定位激光束202。视觉激光束252可具有在约400nm到约700nm范围内的波长。视觉激光束252可具有本文先前针对视觉激光束描述的任何特征或性质。在实施例中，将激光束202导向条痕102可包括将激光束202定位在沿着条痕102玻璃带12、第一半带62或第二半带82的玻璃具有粘度为范围约1x104泊至约7.6x107.6泊的位置处。在实施例中，该位置可以是沿着条痕102的竖直位置，例如在熔融下拉工艺或流孔拉引工艺的情况下。
参考图3和5，在实施例中，识别条痕102可以包括用来自检查光源110的光114照射玻璃带12并识别由在条痕102的位置处玻璃带12改变的厚度造成光114折射而引起的亮带116和/或暗带118。亮带116和暗带118可以识别条痕102的位置。在实施例中，将激光束202引导到条痕位置可以包括将激光束202引导到玻璃带12，其中激光束202最初具有足以产生玻璃带12的厚度变化的第一功率水平。该方法还可以包括测量响应于激光束202的玻璃带12厚度变化。玻璃带12响应于激光束202的厚度变化可以识别激光束202在玻璃带12上的位置。该方法还可以包括将激光束202的位置调整到条痕位置并且将激光束202的功率降低到足以修复条痕的第二功率水平。
制造玻璃板的方法可包括用玻璃成型工艺形成玻璃带12，其可以是本文先前讨论的任何玻璃带成型工艺。该方法可包括在玻璃带成型工艺期间将玻璃带12保持在张力下。该方法还可以包括在沿着玻璃带12的宽度W的位置处识别玻璃带12的条痕102，在该位置玻璃带12的每单位宽度的玻璃带12的厚度的变化率大于或等于约1nmt/mmW，例如大于或等于约3nmt/mmW，大于或等于约4nmt/mmW，大于或等于约5nmt/mmW，大于或等于约10nmt/mmW，大于或等于约20nmt/mmW，或甚至大于或等于约30nmt/mmW。条痕102可具有小于或等于50mm的条痕宽度Ws(图4)。识别条痕102可以通过本文先前描述的任何技术来完成。条痕102可具有本文先前针对条痕102描述的任何其他特征或性质。该方法还包括将激光束202引导到条痕位置。激光束202可具有约1μm至约12μm的波长。激光束202可具有本文先前讨论的任何其他特征或性质。激光束202在条痕位置处或附近加热玻璃带12、第一半带62或第二半带82。在条痕位置处或附近加热玻璃带12、第一半带62或第二半带82会降低玻璃的粘度，从而降低玻璃带12在条痕位置的厚度以及/或者减少玻璃带12在条痕位置处的厚度变化。
本公开的实施例可以体现在硬件和/或软件(包括固件、常驻软件、微代码等)中。系统200的控制系统300和/或玻璃成型设备10的其他控制器可包括至少一个控制处理器302和计算机可读存储介质(即，存储器模块304)，如本说明书先前所述。控制系统300可以通过任何有线或无线通信路径通信耦合到一个或多个系统组件(例如，加热激光器210、功率检测器240、视觉激光器250、条痕检查系统108等)。计算机可用或计算机可读存储介质或存储器模块304可以是可以包含、存储、通信、传播或传输供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的程序的任何介质。
计算机可用或计算机可读存储介质或存储器模块304可以是例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、设备或传播介质。计算机可读存储介质或存储模块304的更具体示例(非详尽列表)可以包括以下：具有一根或多根电线的电连接、便携式计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式只读光盘存储器(CD-ROM)。请注意，计算机可用或计算机可读存储介质或存储模块304甚至可以是纸或在其上打印程序的其他合适的介质，因为程序可以通过例如对纸或其他媒体进行光学扫描而电子获取，然后在必要时以适当的方式编译、解释或以其他方式处理，然后存储在计算机内存中。
计算机可读存储介质或存储器模块304可以包括用于执行本公开的系统200的操作或使用系统200修复条痕的方法的机器可读和可执行指令306。为了开发方便，机器可读和可执行指令306可以包括可以用高级编程语言(例如C或C++)编写的计算机程序代码。此外，用于执行本公开的操作的计算机程序代码也可以用其他编程语言编写，例如但不限于解释语言。一些模块或例程可以用汇编语言甚至微代码编写以增强性能和/或内存使用。然而，本公开的软件实施例不依赖于使用特定编程语言的实现。还应当理解，任何或所有程序模块的功能也可以使用分立的硬件组件、一个或多个专用集成电路(ASIC)或编程的数字信号处理器或微控制器来实现。
示例
本文描述的实施例将通过以下非限制性示例进一步阐明。
示例1：使用激光束修复条痕
在实施例1中，使用低功率CO2激光束修复通过熔融下拉工艺生产的玻璃带中的条痕，如图1所示。CO2激光束的波长为10.6μm。激光束通过多晶光缆并使用包括ZnSe透镜的准直透镜进行准直。然后将激光束对准玻璃带上标识的条痕。一部分激光束被反射到功率检测器并监测激光的功率。图13中用附图标记1302标识示出示例1的激光束的功率输出作为时间的函数。
在将激光束引导向条痕之前和之后以规则的时间间隔评估条痕的相对严重程度。条痕的相对严重程度基于条痕区域中玻璃带的厚度分布，并提供了条痕处厚度变化程度的指示。现在参考图13，条痕的相对严重程度(y轴)作为时间(x轴)的函数与激光束的功率输出一起以图形方式描绘。在图13中，附图标记1304指的是玻璃带A侧条痕的相对严重程度，即激光束入射的一侧，附图标记1306指的是玻璃带B侧条痕的相对严重程度。如图13所示，将具有1％功率的激光束对准玻璃带12上的条痕，与施加激光束之前的条痕严重程度相比，条痕的严重程度降低了大于50％(严重程度从平均值0.8降低至小于0.4)。这表明将激光束对准条痕可以显著降低条痕的严重程度。
示例2：用于定位激光束的定位台的操作
在示例2中，使用定位台来改变激光束在玻璃带上的水平位置，并评估响应于激光束定位和功率变化的玻璃厚度变化。对于示例2，玻璃带是通过熔融下拉工艺生产的。定位台包括可围绕枢转点枢转的底板，如图11中示意性描绘的，该定位台在马弗的窗口处耦合到熔融下拉工艺的马弗。加热激光器和光学部件耦合到定位台的底板上。定位台的水平位置使得在定位台的枢转角等于零时，系统产生的激光束入射到玻璃带上距熔融下拉工艺的成型体入口端约1310mm的位置。使用与示例1相同的CO2激光器和光学部件来生成示例2的激光束。改变激光束的枢转角和功率输出，并监测响应于激光束的玻璃带的厚度。参考图14，对于激光器和定位台的操作参数的每个变化，图形化地描绘了作为水平位置的函数的玻璃带12的厚度变化。下表提供了对于示例2的系统的每个设置，图14的枢转角、激光功率和附图标记。
图14中的附图标记 枢轴角 激光功率
1402 0 0
1404 0 8％
1406 12 5％
1408 18 5％
1410 20.5 3％
再次参考图14，附图标记1402提供了没有激光束入射到玻璃带上时玻璃带的基线厚度分布。附图标记1404的的厚度数据显示了图14中点号1所指示的约1310mm处的谷，其中点号1指示激光束入射到玻璃带上的位置。图14中图1点处的谷显示与没有激光束的玻璃带(附图标记1402)的厚度相比，具有最大功率输出8％的激光束产生约2.5个厚度单位的减少，其中图14中的每个厚度单位等于0.001mm(例如，2.5个厚度单位等于0.0025mm的厚度变化)。随着枢转角从0度增加到20.5度，对应于激光束位置的谷的位置在距入口端距离减小的方向上向右移动。点2对应于附图标记1406的激光束位置(12度角)，点3表示附图标记1408的激光束位置(18度)，点4表示附图标记1410的激光束位置(20.5度)。因此，随着定位台的枢轴角变化，激光束的位置也发生变化。定位台的20度枢转使激光束的位置能够在约160mm的宽度范围内进行调整。
另外，随着功率减小，与没有激光束(1402)相比厚度变化的幅度减小。在5％的激光功率(附图标记1406和1408)下，与8％的激光功率相比，厚度差异减少了约20％(例如，图14中从约2.5个厚度单位(即0.0025mm)降至约2.0个厚度单位(即0.0020mm))。当功率进一步降低到3％(附图标记1410)时，与8％的激光功率相比，厚度差异减少了约60％(例如，从约2.5个厚度单位(即0.0025mm)至约1.0厚度单位(即0.0020mm))。示例2表明，可以通过改变激光器的功率输出来调节激光束的加热效果。因此，可以通过改变激光器的功率输出来修改激光束降低条痕严重程度的程度。
基于前述内容，现在应当理解本文描述的实施例涉及用于生产玻璃带的玻璃成型工艺和降低玻璃带中的条痕严重程度的方法。尽管在本申请中显示和描述了用于生产玻璃带和修复玻璃带中的条痕的各种实施例和技术，但应该理解的是，这些实施例和技术中的每一个都可以单独使用或与一个或多个结合使用实施例和技术。
对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以对本文描述的实施例进行各种修改和变化。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施例的此类修改和变化，前提是此类修改和变化落入所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (20)

1.一种用于在玻璃带成型工艺期间修复条痕的方法，所述方法包括：
形成所述玻璃带；
保持所述玻璃带处于张力下；
在沿所述玻璃带的宽度的位置处识别所述玻璃带的第一条痕，在所述位置处，所述玻璃带的每单位宽度的玻璃带的厚度的变化率大于或等于1nmt/mmW，其中所述第一条痕的宽度小于或等于50mm；
将激光束引导到所述第一条痕的位置，其中：
所述激光束具有1μm至12μm的波长；
所述激光束加热所述第一条痕的位置处的所述玻璃带的玻璃；以及
加热所述第一条痕的位置处的所述玻璃降低了所述玻璃的粘度，以减小所述第一条痕的位置处的所述玻璃带的厚度和/或所述第一条痕的位置处的所述玻璃带的厚度的变化率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述激光束具有10毫瓦每毫米(mW/mm)至10瓦每毫米(W/mm)的线性平均功率密度。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中在所述激光束入射到所述玻璃上的点处的所述激光束的光束宽度小于或等于在所述第一条痕的宽度上的所述玻璃带的厚度的变化的半峰全宽，其中所述光束宽度被定义为所述激光束的1/e2宽度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述激光束具有小于或等于50mm的光束宽度，其中所述光束宽度被定义为所述在激光束入射到所述玻璃上的点处的所述激光束的1/e2宽度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，进一步包括确定所述第一条痕的宽度、厚度分布、或者两者，并且基于所述第一条痕的宽度、厚度分布、或者两者，来调整所述激光束的功率、位置、形状、强度分布或这些的组合中的一个或多个。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光束包括顶帽强度分布或高斯强度分布。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，还包括：
识别第二条痕；
将所述激光束分成第一光束和第二光束；以及
将所述第一光束引导到所述第一条痕，并且将所述第二光束引导到所述第二条痕。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，还包括利用沿着所述激光束的光束路径反射的视觉激光束来定位所述激光束，其中所述视觉激光束的波长在400nm至700nm的范围内。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述第一条痕是突出条痕，并且所述方法包括将所述激光束引导到所述第一条痕的中心。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述第一条痕是凹陷条痕，并且所述方法包括将所述激光束分成第一光束和与所述第一光束间隔开的第二光束，并且将所述第一光束和所述第二光束引导到靠近第一条痕的外边缘的位置。
11.根据权利要求1所述的方法，其中识别是第一条痕包括：
利用光源照射所述玻璃带；以及
识别由于所述第一条痕的位置处的所述玻璃带的厚度的变化造成的光折射所引起的亮带、暗带或者两者，其中所述亮带、暗带或者两者标识所述第一条痕的位置。
12.一种用于修复玻璃带中的条痕的系统，所述系统包括：
产生激光束的激光器，所述激光束的波长为1微米至12微米且光束宽度小于或等于条痕位置处的在条痕宽度上的所述玻璃带的厚度的变化的半峰全宽，其中所述光束宽度被定义为所述激光束的1/e2宽度并且在所述激光束入射到所述玻璃带上的点处被确定；以及
一个或多个光学部件，所述光学部件可操作以改变所述激光束的一个或多个性质；以及
其中，所述激光器和所述一个或多个光学部件被定位以将所述激光束引导到所述条痕位置。
13.根据权利要求12所述的系统，还包括功率检测器和至少一个分束器，所述分束器可操作以将所述激光束分成通过部分和测量部分，所述至少一个分束器可操作以将所述激光束的所述通过部分引导到所述条痕位置，并且将所述激光束的所述测量部分引导到功率检测器。
14.根据权利要求13所述的系统，还包括视觉激光器，所述视觉激光器可操作以产生波长在400nm至700nm范围内并且不穿过所述玻璃带的视觉激光束，所述分束器可操作以将所述视觉激光束从视觉激光器沿着所述激光束的光束路径引导，所述视觉激光束指示所述激光束在玻璃带上的位置。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述一个或多个光学部件包括衍射光学部件，所述衍射光学部件可操作以改变所述激光束的形状、强度分布或者两者。
16.根据权利要求12所述的系统，还包括从所述激光器延伸到靠近所述玻璃带的位置的光缆、以及耦合到所述光缆的末端的光纤连接器，所述光缆可操作以将所述激光束从所述激光器传送到靠近所述玻璃带的位置。
17.根据权利要求12所述的系统，还包括耦合到所述激光器的关节臂激光束传输系统，所述关节臂激光束传输系统包括多个可移动接头和多个反射镜，所述反射镜可操作以将所述激光束从所述激光器经由具有可控气氛的封闭光束路径引导至所述玻璃带。
18.根据权利要求12所述的系统，还包括激光定位台，所述激光定位台耦合到所述激光器、或者耦合到光纤连接器，所述光纤连接器耦合到与所述激光器附接的光缆的一端，所述激光定位台可操作以调整所述激光束相对于所述玻璃带的位置。
19.根据权利要求12所述的系统，还包括控制系统，所述控制系统包括通信耦合到所述激光器和所述功率检测器的处理器、通信耦合到所述处理器的存储器模块以及存储在所述存储器模块中的机器可读和可执行指令，其中：
所述一个或多个光学部件包括分束器，所述分束器可操作以将所述激光束分成通过部分和测量部分；
所述功率检测器被定位以接收所述激光束的所述测量部分；以及
所述机器可读和可执行指令在由所述处理器执行时，使得所述系统：
使用所述功率检测器确定所述激光束的测量功率；以及
基于所述激光束的所述测量功率调整所述激光器的功率输出。
20.根据权利要求12所述的系统，其中所述一个或多个光学部件包括：
第二分束器，所述第二分束器可操作以将所述激光束、或者所述激光束的所述通过部分分成至少第一光束和第二光束；以及
第二聚焦光学部件，所述第二聚焦光学部件可操作以将所述第二光束引导到所述玻璃带上的第二位置。
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