Устройство для определения формы драгоценного камня (варианты) - RU61425U1
Код документа: RU61425U1
Чертежи
Описание
Область техники
Настоящая полезная модель относится к устройству для инспекции драгоценных камней с целью определения их формы.
Уровень техники
Ограненные драгоценные камни, которые предлагаются потребителям, получают из необработанных камней. Для того чтобы определить оптимальный вариант огранки или распиловки необработанного ("сырого") камня, он сначала должен быть подвергнут инспекции.
Данная инспекция может быть проведена обученным профессионалом, который затем наносит на драгоценный камень линию (линии) разметки, показывающую (показывающие) распиловщику, каким образом следует формировать из сырого камня один или более законченных камней.
Были разработаны также альтернативные системы для автоматической инспекции и разметки сырых камней. Подобные системы обычно сначала составляют карту сырого камня для того, чтобы определить его форму, затем определяют лучший вариант его распиловки и, наконец, наносят на него линии разметки для распиловки. Одним из вариантов подобной разметочной системы является система DiaMark™, производимая фирмой Sarin Technologies Ltd (Израиль).
В указанной системе размечаемый драгоценный камень приводится во вращение и определяется его трехмерный силуэт, причем для этого формируются изображения его поверхности для множества угловых положений камня. В результате обеспечивается возможность определения формы камня, включая углубления (вогнутые участки) на его поверхности.
Один из вариантов составления карты драгоценного камня описан в патенте США №6567156, принадлежащем заявителю настоящей полезной модели. Согласно известному способу с целью выявления вогнутых участков на поверхности драгоценного камня проводится его структурная световая триангуляция, в процессе которой на него под различными углами направляют лазерный пучок. Полученное отраженное излучение сравнивают с отраженным излучением, которое было бы получено от гипотетического драгоценного камня, имеющего такой же трехмерный контур (силуэт). Дефекты и углубления выявляются по несовпадениям полученного
отраженного пучка и пучка, который бы отразился от гипотетического драгоценного камня.
Раскрытие полезной модели
В соответствии с одним из аспектов настоящей полезной модели предлагается устройство для определения формы драгоценного камня, имеющего на своей поверхности неправильности (например углубления и дефекты). Устройство содержит основание, способное нести драгоценный камень, сканирующую систему, обеспечивающую получение геометрической информации (например в прямоугольных или полярных координатах), описывающей трехмерный выпуклый контур, соответствующий драгоценному камню. Устройство содержит также осветительную систему, выполненную с возможностью подачи на драгоценный камень освещающего излучения в виде, по меньшей мере, двух лазерных пучков, направляемых по двум отдельным оптическим траекториям, систему формирования изображения для приема, по меньшей мере, части освещающего излучения после его отражения от драгоценного камня и процессор, выполненный с возможностью определения указанной формы на базе принятого освещающего излучения и указанной геометрической информации. При этом устройство выполнено с возможностью приведения драгоценного камня во вращение относительно осветительной системы, а, по меньшей мере, одна из оптических траекторий пространственно удалена от оси вращения драгоценного камня.
В соответствии с другим аспектом настоящей полезной модели предлагается устройство для определения формы драгоценного камня, на поверхности которого имеются неправильности и размеры которого не превышают заданный максимальный размер. В данном варианте устройство содержит основание, способное нести драгоценный камень, сканирующую систему, обеспечивающую получение геометрической информации, характеризующей трехмерный выпуклый контур, соответствующий драгоценному камню, и осветительную систему, выполненную с возможностью освещения драгоценного камня освещающим излучением в форме множества лазерных пучков. В состав устройства входят также система формирования изображения для приема, по меньшей мере, части освещающего излучения и процессор, выполненный с возможностью определения указанной формы на основе принятого освещающего излучения и указанной геометрической информации. Множество лазерных пучков включает первый и второй крайние лазерные пучки, между которыми расположены остальные лазерные пучки, при этом крайние лазерные
пучки отстоят друг от друга, по меньшей мере, в зоне расположения основания на расстояние, превышающее указанный максимальный размер драгоценного камня.
В устройстве, реализованном по любому из описанных вариантов полезной модели, процессор может определять указанную форму в виде трехмерного представления драгоценного камня, которое может быть отображено на дисплее или использовано любым иным образом, известным в данной области техники.
Лазерные пучки в сечении могут иметь малый диаметр или любой заданный профиль.
Вращение драгоценного камня относительно осветительной системы может быть обеспечено вращением основания или вращением осветительной системы и системы формирования изображения.
В одном из вариантов выполнения устройства в рамках данного аспекта полезной модели осветительная система содержит многопучковый лазерный источник, а в другом варианте, - по меньшей мере, два лазерных источника, каждый из которых формирует, по меньшей мере, один лазерный пучок. Применительно к обоим этим вариантам желательно, чтобы оптические траектории двух смежных лазерных пучков располагались под заданным углом одна к другой. При этом данный угол и расстояние между осветительной системой и основанием, несущим драгоценный камень, целесообразно выбрать такими, чтобы указанные траектории лазерных пучков проходили через драгоценный камень, имеющий заданный минимальный размер применительно к устройству по полезной модели. Данный угол может, например, выбираться в интервале 0,05°-10°.
Система формирования изображения может содержать камеру с приемником на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС-камеру).
Сканирующая система может содержать, по меньшей мере, систему формирования изображения и источник света, обращенный к основанию и расположенный, по существу, напротив системы формирования изображения. Такая сканирующая система обеспечивает определение силуэтов драгоценного камня для множества его угловых положений. В этом случае выпуклый контур, соответствующий драгоценному камню, может быть образован (составлен) из силуэтов драгоценного камня, рассчитанных процессором.
В соответствии с еще одним аспектом настоящей полезной модели предлагается устройство для определения формы драгоценного камня, на поверхности которого имеются неправильности. Устройство содержит основание, способное нести драгоценный камень, сканирующую систему, обеспечивающую получение геометрической информации, характеризующей трехмерный выпуклый
контур, соответствующий драгоценному камню, и осветительную систему, выполненную с возможностью освещения драгоценного камня множеством лазерных пучков. В состав устройства входят также система формирования изображения для приема, по меньшей мере, части лазерных пучков после их отражения от поверхности драгоценного камня и процессор, выполненный с возможностью рассчитывать, на основе указанной геометрической информации, предсказанное отражение для каждого лазерного пучка, сравнивать полученные отражения с предсказанным отражением и связывать каждое полученное отражение с соответствующим ему предсказанным отражением с определением формы драгоценного камня на основе указанного сравнения и геометрической информации.
Данный вариант облегчает осуществление одновременного сканирования множества лазерных пучков. При этом для того, чтобы провести такое сканирование, требуется вращение только на один оборот. За счет этого достигается сокращение общей длительности сканирования.
Путем связывания каждого полученного отражения с соответствующим ему предсказанным отражением обеспечивается возможность использования множества лазерных пучков, подаваемых на драгоценный камень одновременно.
Согласно одному из вариантов связывание отражений обеспечивается за счет выявления пространственной близости полученных отражений и предсказанного отражения.
Согласно другому варианту связывание отражений обеспечивается за счет определения, с какой стороны каждого предсказанного отражения расположено каждое полученное изображение.
Согласно еще одному варианту каждый лазерный пучок имеет длину волны, отличную от длины волны других лазерных пучков, при этом связывание отражений обеспечивается на основе учета длин волн полученных отражений.
Еще в одном варианте предусматривается, что каждый лазерный пучок подается на драгоценный камень в период времени, отличный от периодов времени подачи других лазерных пучков. Связывание в этом случае обеспечивается за счет выявления лазерного пучка, который соответствует периоду получения соответствующих полученных отражений.
Необходимо учитывать, что в соответствии с любым из рассмотренных аспектов в случае, когда один источник формирует множество лазерных пучков, драгоценный камень может вращаться с большей скоростью. Тем самым сокращается время, необходимое для сканирования всей поверхности драгоценного камня. Это преимущество обусловлено тем, что для каждого углового положения драгоценного
камня обеспечивается сканирование большего участка поверхности камня по сравнению со сканированием посредством единственного лазерного пучка. Как следствие, сканирование драгоценного камня можно производить применительно к меньшему количеству угловых положений без снижения точности, по меньшей мере, по сравнению со сканированием посредством единственного лазерного пучка, поступающего от единственного источника.
Краткое описание чертежей
Чтобы сделать полезную модель более понятной и пояснить, как она может быть реализована на практике, далее в качестве неограничивающих примеров будут описаны, со ссылками на прилагаемые чертежи, конкретные варианты ее осуществления.
Фиг.1А схематично иллюстрирует пример выполнения устройства согласно полезной модели.
На фиг.1В, также иллюстрирующей вариант по фиг.1А, показаны используемые лазерные пучки.
Фиг.1С схематично иллюстрирует другой пример выполнения устройства по фиг.1А, также с показом используемых лазерных пучков.
На фиг.1D в увеличенном масштабе показаны осветительная система и основание в устройстве по фиг.1В.
На фиг.1Е, на виде, аналогичном представленному на фиг.1D, показан драгоценный камень, установленный на основании.
На фиг.2А дано схематичное перспективное изображение драгоценного камня с дефектом в виде углубления.
На фиг.2 В представлен контур драгоценного камня, показанного на фиг.2А, с отмеченным дефектом.
Фиг.3 иллюстрирует драгоценный камень, показанный на фиг.1, с падающими на него лазерными пучками.
На фиг.4А представлены предсказанные кривые отражения для пяти лазерных пучков, обеспечиваемых осветительной системой, рассчитанные на основе выпуклого контура драгоценного камня.
На фиг.4 В представлены реальные кривые отражения лазерных пучков от драгоценного камня.
На фиг.4С предсказанные кривые отражения по фиг.4А наложены на реальные кривые отражения по фиг.4В.
Фиг.5A-5G иллюстрируют расчетные точки на поверхности драгоценного камня, показанной на фиг.3, на виде в сечении.
На фиг.6 точки, представленные на фиг.5A-5G, изображены с взаимным наложением.
На фиг.7 представлено сечение выпуклого контура драгоценного камня.
Фиг.8А иллюстрирует расчетный профиль драгоценного камня.
На фиг.8В сечение, аналогичное представленному на фиг.7, наложено на расчетный профиль, представленный на фиг.8А.
Фиг.9 схематично иллюстрирует другой вариант устройства согласно предложенной полезной модели.
На фиг.10А драгоценный камень показан на виде сбоку.
На фиг.10B-10J (фиг.10I намеренно опущена), на видах сверху, представлен драгоценный камень по фиг.10А в своих различных угловых положениях.
Фиг.11А и 11В иллюстрируют, в различных угловых положениях, драгоценный камень, на который падает единственный лазерный пучок.
Фиг.11С и 11D иллюстрируют драгоценный камень по фиг.11А и 11 В в других угловых положениях, причем на камень падает дополнительный лазерный пучок от второго источника.
Фиг.11E-11J (фиг.11I намеренно опущена) иллюстрируют драгоценный камень по фиг.11А-11D, на который падает несколько лазерных пучков от единственного источника.
Осуществление изобретения
Как схематично показано на фиг.1А, предлагается устройство (обозначенное в целом, как 10), содержащее основание 14, на которое устанавливается драгоценный камень, процессор 26, и картирующий блок, в состав которого входят сканирующая система 15 и лазерная осветительная система 24. Кроме того, устройство содержит (неизображенное) средство приведения в движение основания 14 относительно картирующего блока путем вращения основания вокруг оси X. Альтернативно, с этой целью вращающимся может быть выполнен картирующий блок.
Устройство 10 предназначено для определения формы драгоценных камней с учетом отклонений их поверхностей от правильной формы. Для этого каждый драгоценный камень устанавливают на основание 14 и составляют его карту с помощью картирующего блока. При этом поперечный размер драгоценного камня на заданной высоте вдоль оси Х вращения должен быть не менее минимального размера
Dmin и не более максимального размера Dmax. Драгоценный камень 12, имеющий углубление 28, показан на фиг.2А.
Сканирующая система 15 содержит осветитель (источник задней подсветки) 16 и систему 22 формирования изображения, расположенную вдоль оптической оси O1, пересекающей ось Х вращения. Система 22 выполнена с возможностью определения силуэтов драгоценного камня 12 для множества его угловых положений. Контур одного такого силуэта показан линией 32а на фиг.2В. Можно видеть, что он не включает в себя углубление 28, показанное на данной фигуре линией 32b.
Система 22 формирования изображения в типичном варианте содержит блок 18 камеры (которая может представлять собой ПЗС-камеру или иное фоточувствительное устройство) и оптический блок 20, который может содержать линзу (не изображена), позволяющую проецировать свет от источника 16 задней подсветки и лазерные пучки, отраженные от драгоценного камня, в блок камеры. Оптический блок 20 может содержать линзу с телецентрическим ходом лучей, известную из уровня техники. Ее использование обеспечивает следующее преимущество: когда диффузный свет отражается от драгоценного камня, то в блок 18 камеры будут поступать только те лучи, которые параллельны оптической оси системы 22 формирования изображения.
Осветительная система 24 имеет оптическую ось O2, пересекающую ось O1 в точке ее пересечения оси Х вращения и образующую с оптической осью O1 острый угол (не обозначен) таким образом, чтобы в систему формирования изображения могла поступать, по меньшей мере, часть освещающего излучения от осветительной системы 24 после отражения от драгоценного камня.
Осветительная система 24 выполнена с возможностью формирования лазерных пучков 21, распространяющихся по различным оптическим траекториям, каждая из которых пересекает плоскость Р, включающую ось Х вращения и ориентированную перпендикулярно оптической оси O2. Траектории лазерных пучков могут быть параллельны оптической оси O2 или располагаться под углом к ней. В первом случае осветительная система 24 может содержать комплект лазерных источников (как это показано на фиг.1 В), тогда как во втором случае она может иметь единственный многолучевой источник (показанный на фиг.1С).
Как можно видеть из фиг.1D, множество лазерных пучков включает в себя два крайних лазерных пучка 21а, оптические оси которых пересекают плоскость Р в точках, отстоящих одна от другой на расстояние, превышающее Dmax. Это расстояние может, например, лежать в интервале 10-40 мм. Множество лазерных пучков характеризуется также шагом, т.е. расстоянием между двумя смежными пучками. Оно выбирается таким, что оптические траектории двух смежных лазерных пучков пересекают
воображаемую плоскость Р в точках, отстоящих одна от другой на расстояние, меньшее Dmin. Это расстояние может, например, лежать в интервале 0,5-3 мм.
Благодаря построению лазерных пучков, как это было описано со ссылкой на фиг.1D, может быть обеспечено оптимальное формирование изображения всей поверхности драгоценного камня. Как будет показано далее, разрешение, достигаемое в конечном изображении драгоценного камня, зависит от шага между смежными лазерными пучками. Благодаря тому, что общий размах лазерных пучков (определяемый, как расстояние между крайними лазерными пучками 21а) в плоскости Р превышает максимальный размер Dmax драгоценного камня, при каждом угловом положении драгоценного камня формируется изображение максимально возможной части его поверхности.
Как показано на фиг.1Е, лазерные пучки 21 падают на драгоценный камень в точках 23, тогда как лазерные пучки 21а не попадают на него. Должно быть понятно, что применительно к другим драгоценным камням на них могут не попадать, в дополнение к крайним пучкам 21а, и другие лазерные пучки.
Лазерные пучки в сечении могут иметь различные требуемые профили, соответствующие, например, в плоскости Р прямой или кривой линии, а также точке.
В качестве примера лазерной осветительной системы, которая может быть применена в описываемом устройстве, можно назвать лазерную систему 733L SNF, поставляемую фирмой StockerYale (США). Угловой шаг р между смежными лазерными пучками составляет в этой системе 0,38°, причем используются 33 лазерных пучка. Длину волны лазерных пучков можно варьировать в интервале 635-830 нм.
Процессор 26 выполнен с возможностью управлять работой устройства, рассчитывать итоговые силуэты драгоценных камней с целью формирования выпуклых контуров, соответствующих этим камням, а также рассчитывать предсказанное (ожидаемое) отражение для каждого лазерного пучка применительно к соответствующему выпуклому контуру. Кроме того, процессор служит для осуществления сравнения зарегистрированных (полученных) отражений лазерных пучков с предсказанными (расчетными) отражениями (как это было описано выше) с целью определения профиля, который может включать углубления.
При использовании устройства драгоценный камень 12 устанавливают на основание 14. Устанавливаемый камень может быть ограненным или сырым, причем на него может быть нанесено удаляемое диффузно отражающее покрытие (как это известно из уровня техники, например, из документа US 6567156, текст которого от столбца 3, строка 47, до столбца 4, строка 2, включен в данное описание посредством ссылки). Основание 14 совершает при своем вращении два полных оборота.
При первом обороте драгоценный камень 12 освещают от источника 16 задней подсветки. Система 22 формирования изображения осуществляет сканирование драгоценного камня путем приема его изображения при каждом угловом положении из первого набора заданных положений. Каждое такое изображение представляет собой силуэт драгоценного камня. По этим силуэтам процессор 26 производит расчет трехмерного изображения драгоценного камня 12.
Поскольку для данного расчета используются силуэтные изображения, любые элементы драгоценного камня 12, имеющие вогнутый профиль (т.е. углубления), не будут представлены, как это иллюстрируется фиг.2А и 2В.
Должно быть понятно, что для того, чтобы рассчитать выпуклый контур, процессор 26 должен знать угловое положение драгоценного камня 12, соответствующее каждому из силуэтов. Для этого процессор должен контролировать вращение основания 14.
По завершении расчета выпуклого контура процессор 26 выполняет два следующих процесса: предсказания и уточнения формы. При осуществлении процесса предсказания процессор 26, в предположении, что истинная геометрия драгоценного камня соответствует указанному выпуклому контуру, рассчитывает, в какой именно точке система формирования изображения будет детектировать каждый лазерный пучок после его отражения. При осуществлении процесса уточнения формы процессор 26 сравнивает полученные отражения лазерных пучков с результатами, полученными на предыдущей стадии, чтобы определить локализацию и геометрию углублений на поверхности драгоценного камня. Далее будут более подробно описаны оба названных процесса.
Процесс предсказания основан на том, что положение осветительной системы 24 относительно системы 22 формирования изображения известно. Поэтому для каждого из угловых положений, образующих второй набор угловых положений драгоценного камня, процессор может предсказать, каким именно образом лазерный пучок будет отражаться от этого камня в предположении, что истинный профиль драгоценного камня соответствует найденному выпуклому контуру. Каждая предсказанная точка (в случае, когда источник осветительной системы 24 формирует узкий лазерный пучок) или линия (в случае, когда источник формирует планарный лазерный пучок) далее именуется, как предсказанное отражение. Предсказание может быть получено любым известным способом, например, таким как триангуляция, причем в любой момент после завершения первого оборота в цикле вращения.
Для осуществления второго процесса драгоценный камень 12 совершает второй оборот, во время которого осветительная система 24 направляет на
драгоценный камень лазерные пучки. Отраженные лазерные пучки принимаются системой 22 формирования изображения в каждом из заданных угловых положений, образующих второй набор угловых положений драгоценного камня при его втором обороте. Данные положения могут совпадать с угловыми положениями, для которых производилось определение силуэтов при совершении первого оборота.
Должно быть понятно, что осуществление второго оборота и облучение драгоценного камня 12 лазерными пучками от осветительной системы 24, которые являются необходимыми частями процесса уточнения, необязательно должны выполняться после завершения процесса предсказания. Можно сначала выполнить второй оборот при соответствующем ему освещении и только затем осуществить предсказание и уточнение профиля. Альтернативно, все три процесса могут осуществляться одновременно для каждого из угловых положений драгоценного камня.
Полученные отражения для каждого лазерного пучка можно визуально сравнивать с соответствующим ему предсказанным отражением. Относительно тех точек, в которых реальное отражение, по существу, совпадает с предсказанным отражением, можно сделать вывод об отсутствии в них углублений. Если зарегистрированное отражение смещается в сторону от предсказанного положения, может быть сделан вывод о наличии в этой точке углубления. Размеры углубления могут быть определены по величине смещения, определяемой посредством триангуляции.
Например, лазерные пучки могут подаваться на драгоценный камень 12, как это показано на фиг.3. Линии 40 соответствуют местам падения на камень лазерных пучков. Фиг.4А иллюстрирует серию предсказанных отражений 34а-34е. Каждая из этих линий соответствует предсказанному отражению камнем 12 одного из лазерных пучков, сформированных осветительной системой 24. Форма этих линий соответствует профилю выпуклого контура, тогда как лазерный пучок имеет планарную форму. Необходимо указать, что представленные предсказанные отражения вычислены для одного углового положения драгоценного камня. На фиг.4В представлены полученные отражения 36а-36е каждого лазерного пучка, соответствующие тем же угловым положениям, которые использовались для расчета предсказанных отражений. Полученные отражения 36а-36е, по существу, соответствуют точкам на реальном драгоценном камне, от которых отразился лазерный пучок. Положение этих точек определяется посредством триангуляции, т.е. методом, известным из уровня техники.
Фиг.4С иллюстрирует реальные кривые полученных отражений 36а-36е, на которые наложены соответствующие предсказанные отражения 34а-34е.
При осуществлении процесса уточнения процессор 26 определяет, какие из полученных отражений 36а-36е соответствуют каким предсказанным отражениям 34а-34е, и отмечает, для каких точек имеется расхождение. Отражения, полученные от углублений, всегда будут смещены в одну и ту же сторону относительно предсказанных отражений. Если лазерный пучок отражается правой стороной драгоценного камня, полученное отражение будет находиться слева от соответствующего ему предсказанного отражения. В альтернативном варианте для того, чтобы упростить различение лазерных пучков, осветительная система может быть выполнена с возможностью подачи лазерных пучков, имеющих различные длины волн (т.е. различные цвета), или подавать различные лазерные пучки в различные моменты времени.
После того как установлено соответствие между полученными отражениями 36а-36е и предсказанными отражениями 34а-34е, появляется возможность обнаружить местонахождения углублений (например, в точках 38) по наличию отклонений полученных отражений от предсказанных.
Для каждого сечения драгоценного камня, например аналогичного сечению, обозначенному линией II-II на фиг.3, производится расчет его контура. Расчет, например, методом триангуляции производится для каждого лазерного пучка и для каждого углового положения драгоценного камня. Как показано на фиг.5A-5G, точки, ассоциированные с одним лазерным пучком и с одним сечением, агрегируются для всех угловых положений, причем этот процесс повторяется для семи типичных лазерных пучков. Ось Х вращения камня показана в качестве ориентира.
Следует упомянуть, что не все стороны драгоценного камня имеют точки, ассоциированные с этими сторонами во всех угловых положениях. Однако, как можно видеть на фиг.6, когда все изображения накладывают одно на другое, получается полный контур драгоценного камня в рассматриваемом сечении.
В дополнение к описанным операциям может быть также вычислено сечение 42 выпуклого контура (см. фиг.7). Данный расчет составляет часть процесса предсказания, причем он может выполняться в любой момент времени.
Как показано на фиг.8А, процессор рассчитывает линию 44, соответствующую форме контура, показанного на фиг.6. Для сравнения на фиг.8В эта линия 44 наложена на сечение 42 выпуклого контура. При расчете линии 44 могут быть приняты во внимание несколько факторов. В частности, вследствие обычных операционных погрешностей, например обусловленных шумом и/или вибрацией, некоторые из полученных отражений могут дать неточную информацию в отношении положения точек, в которых соответствующие лазерные пучки падают на камень. Поэтому точки,
которые существенно отклоняются от точек, полученных с помощью других лазерных пучков для того же участка камня, могут быть отброшены. Аналогичным образом могут быть отброшены точки, лежащие вне сечения выпуклого контура.
Как следует из вышеизложенного, благодаря использованию нескольких лазерных пучков для формирования изображений многие точки на поверхности драгоценного камня изображаются много раз, что позволяет более точно рассчитать линию 44. Кроме того, единственного лазерного пучка было бы недостаточно для отображения всей поверхности углубления, особенно применительно к глубоким углублениям (данный вопрос будет подробно рассмотрен далее).
На фиг.11А и 11В показано падение на драгоценный камень 12, имеющий углубление 28, лазерного пучка 50, который отражается по направлению 50а. Драгоценный камень вращается в направлении, показанном стрелкой 51. В процессе вращения камня 12 лазерный пучок 50 падает на различные участки его поверхности. При угле поворота драгоценного камня, в пределах которого лазерный пучок 50 может входить в углубление и отражаться от него в направлении системы 22 формирования изображения (крайние положения, соответствующие границам этого угла, показаны на фиг.11А and 11B), с помощью единственного лазерного пучка отображается только область 55.
Как показано на фиг.11С и 11D, добавление второго лазерного пучка 150 (который отражается по направлению 150а), падающего с другого направления, приводит лишь к незначительному улучшению, поскольку дополнительно отображается только область 155.
Невозможность получения полного изображения углубления, когда с каждого направления подается только по одному лазерному пучку, обусловлена двумя факторами. Первый из них состоит в том, что лазерный пучок не может достичь всех поверхностей в пределах углубления. Вторым фактором является то, что даже для некоторых точек, в которые попадает лазерное излучение, линия наблюдения между точкой падения пучка и системой формирования изображения может быть заблокирована противоположной стенкой углубления.
Как можно видеть на фиг.11E-11J, при использовании множества лазерных пучков 50, падающих на драгоценный камень с одного направления, но под различными углами, обеспечивается формирование изображения тех частей углубления 28, которые не облучались единственным лазерным пучком. При этом система 22 формирования изображения принимает большее количество лазерных пучков. В результате область 55, изображение которой формируется, имеет большие
размеры чем те, которые могут быть достигнуты с использованием единственного пучка от каждого источника.
Кроме того, следует учесть, что в случае использования нескольких лазерных пучков большая часть поверхности драгоценного камня будет неоднократно участвовать в образовании изображения. Тем самым будут достигнуты более высокая точность и пониженный уровень шума, что соответствует более высокому качеству изображения.
Хотя осветительная система 24, показанная на фиг.1, содержит единственный лазерный источник, способный формировать несколько лазерных пучков, настоящая полезная модель не ограничивается подобным вариантом. Как показано на фиг.9, осветительная система может содержать два лазерных источника 24а и 24b или более. Каждый лазерный источник может формировать один или более лазерных пучков. В такой конфигурации, по меньшей мере, один из лазерных пучков смещен относительно оси Х вращения основания (т.е. не пересекает эту ось). Данный вариант полезен применительно к драгоценному камню 12, подобному представленному на фиг.10А, т.е. имеющему часть 46, которая выступает вверх относительно основной части камня 12, приводимого во вращение вокруг оси X.
Из фиг.10B-10J видно, что при вращении драгоценного камня 12 в направлении, показанном стрелкой 49, лазерный пучок 50, пересекающий ось Х вращения (именуемый далее "осевым пучком"), падает на часть 46 только в некотором интервале углов поворота. При этом, как видно из фиг.10D и 10Н, облучаются только некоторые зоны данной части 46. В данном случае, независимо от направления, с которого подается осевой пучок 50, будут облучаться одни и те же зоны. Благодаря использованию другого лазерного пучка 52, не пересекающего ось Х вращения, могут быть облучены другие зоны части 46, как это показано на фиг.10B-10D. В дополнение, некоторые зоны, облучаемые осевым пучком 50, могут быть облучены под углами, более близкими к нормальному углу падению, что позволит получить более точные результаты.
При выборе многопучкового лазерного источника для использования в качестве осветительной системы 24, следует принимать во внимание несколько факторов. Первым из них является разрешение системы 22 формирования изображения, которая может оказаться неспособной разрешить лазерные пучки, проходящие слишком близко друг к другу. Кроме того, даже если система формирования изображения способна разрешить такие пучки, могут возникнуть погрешности в процессе обработки. В частности, процессор может ошибочно связать полученное отражение не с тем предсказанным отражением. В результате выполняемые расчеты будут основаны на
связывании полученного отражения с несоответствующим ему лазерным пучком. С другой стороны, при использовании лазерных пучков, которые слишком далеко отстоят друг от друга, можно пропустить некоторые детали на поверхности драгоценного камня, т.е. будет иметь место пониженное разрешение при построении итогового трехмерного профиля драгоценного камня. Кроме того, если осветительная система формирует лазерные пучки, слишком далеко отстоящие друг от друга, в случае очень мелкого камня может оказаться затруднительным обеспечить падение на него более одного лазерного пучка.
Должно быть также понятно, что расстояния между лазерными пучками учитываются в зоне их падения на драгоценный камень. Для взаимно параллельных пучков расстояние между ними является постоянным. Для расходящихся лазерных пучков имеется возможность варьировать расстояние между осветительной системой и основанием для того, чтобы получать различные расстояния между пучками.
Специалистам в соответствующей области техники должно быть понятно, что без выхода за пределы предложенной полезной модели в нее могут быть внесены многочисленные изменения и модификации. Например, если построение выпуклого контура осуществляется какими-либо средствами, отличными от описанных, первый оборот основания может быть опущен.
Реферат
Предлагается устройство для определения формы драгоценного камня, на поверхности которого имеются небольшие отклонения от правильной формы. Устройство содержит основание, способное нести драгоценный камень, сканирующую систему, обеспечивающую получение геометрической информации, характеризующей трехмерный выпуклый контур, соответствующий драгоценному камню, и осветительную систему, выполненную с возможностью освещения драгоценного камня освещающим излучением в форме множества лазерных пучков. В состав устройства входят также система формирования изображения для приема излучения, по меньшей мере, части лазерных пучков после отражения от драгоценного камня и процессор. Процессор выполнен с возможностью рассчитывать, на основе указанной геометрической информации, предсказанное отражение для каждого лазерного пучка, сравнивать полученные отражения с предсказанным отражением и связывать каждое полученное отражение с соответствующим ему предсказанным отражением с определением формы драгоценного камня на основе указанного сравнения и геометрической информации.
Формула
