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"Appareil et procédé pour examiner la forme de gemmes" DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne, de manière générale, un appareil et un procédé pour examiner un objet à mesurer et, en particulier, un appareil et un procédé pour examiner une gemme ou un diamant brut et déterminer la pierre finie optimale qu'il peut y être taillée.
ART ANTERIEUR DE L'INVENTION Étant donné le coût élevé des gemmes ou des diamants et le travail nécessaire pour les finir, il est souhaitable de déterminer à l'avance la pierre finie optimale qui peut être taillée dans une gemme ou un diamant brut. Dans le passé, cela était fait à l'oil par l'individu qui allait travailler la gemme ou le diamant, en particulier dans le cas du diamant. Si une erreur était commise, soit plus de matière que nécessaire était enlevée et gaspillée soit toute la pierre devait être mise au rebus.
En conséquence, avec l'utilisation accrue des ordinateurs, un certain nombre de systèmes Informatisés ont été mis au point pour examiner les gemmes ou les diamants et pour comparer la forme de la pierre avec différentes formes présélectionnées en vue de déterminer laquelle convient le mieux. Cela se fait en général en montant la pierre sur un dop ou un autre support et en numérisant la pierre en rotation.
Selon une série de brevet, la pierre est éclairée par l'arrière, ce qui donne à la pierre une silhouette qui est analysée par l'ordinateur et comparée avec des silhouettes de pierres finies. Selon une autre série
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de brevets, comme le brevet US 4 417 564, la pierre est numérisée selon la normale à l'axe afin de permettre à l'ordinateur de fournir une image de la pierre en trois dimensions.
Un problème particulier qui n'est pas résolu par des dispositifs conventionnels, notamment ceux qui analysent une silhouette, est constitué par le cas d'une partie rentrante ou d'un creux dans la pierre. Alors qu'il est clair que des protubérances seront visibles dans la silhouette, un creux ne sera pas visible, avec pour résultat de nombreuses décisions incorrectes concernant la taille adéquate des pierres.
Un brevet qui prétend résoudre ce problème est le brevet israélien 66292 délivré à l'établissement Gersan. Ce brevet décrit un procédé pour examiner une gemme qui comprend la projection d'un mince faisceau de lumière sur la pierre, le déplacement du faisceau par rapport à la pierre, la détection de la position dans laquelle le faisceau frappe la pierre vue dans une direction différente de celle dans laquelle le faisceau est projeté, et la détermination d'un paramètre de la pierre en faisant usage de l'information déduite de la détection de cette position.
Ce brevet souffre d'un certain nombre d'inconvénients. Premièrement, un mince faisceau de lumière n'est pas suffisamment précis pour fournir une mesure précise des rentrants. Deuxièmement, et ce qui est plus important, étant donné que la plupart des gemmes et des diamants sont transparents et réfléchissants, le faisceau de lumière ne sera pas réfléchi de manière à ce qu'il puisse être vu par une caméra qui est située comme le montre ce brevet.
De la même façon, quand des objets en trois dimensions doivent être numérisés ou mesurés, il est soit difficile soit très onéreux de mesurer des dépressions ou des creux sur la surface de l'objet.
On connaît un procédé pour mesurer la distance, connu sous le nom de triangulation à lumière structurée, qui fait appel à un laser comme source lumineuse. Ce procédé est utilisé pour des
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systèmes de vision robotiques ou informatiques. Ce procédé ne convient pas pour cartographier la surface d'une gemme ou d'un diamant, étant donné que leurs surfaces sont soit transparentes soit réfléchissantes et qu'elles ne peuvent donc être vues par une caméra.
Par conséquent, le besoin d'un appareil et d'un procédé pour examiner un objet, en particulier une gemme, qui puissent fournir rapidement et à bon marché une image en trois dimensions de l'objet, y compris cartographier les creux et les rentrants dans l'objet, se fait sentir depuis longtemps.
RESUME DE L'INVENTION
Selon la présente invention, il est prévu un procédé pour examiner un objet comprenant les étapes de revêtement de l'objet d'un revêtement diffusant, de détermination de la silhouette de l'objet en trois dimensions et d'utilisation de la triangulation à lumière structurée pour déterminer la localisation des creux dans la surface d'un objet.
Selon une forme de réalisation préférée, le procédé comprend les étapes de revêtement de l'objet d'un revêtement diffusant, de montage de l'objet sur un support rotatif, d'éclairage de l'objet par l'arrière pour créer une silhouette, d'éclairage d'une ligne ou d'une trame sur l'objet, de préférence au moyen d'un laser, de numérisation de l'objet au moyen d'une caméra disposée devant l'objet et à un angle aigu prédéfini par rapport au laser, de fourniture des signaux de la caméra correspondant à la forme de l'objet et de génération d'une image de l'objet à partir des signaux.
Selon une forme de réalisation de l'invention, l'étape de revêtement comprend un revêtement électromécanique sans courant de l'objet.
Selon une autre forme de réalisation de l'invention, l'étape de revêtement comprend l'application sur l'objet d'une couche d'environ 10 à 20 microns de peinture.
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Selon une forme de réalisation supplémentaire de l'invention, l'étape de revêtement comprend une évaporation sous vide.
Selon une forme de réalisation de l'invention, les étapes d'éclairage de l'objet par l'arrière et d'éclairage de l'objet au moyen d'un laser sont effectuées de manière essentiellement simultanée.
Selon une autre forme de réalisation de l'invention, l'étape d'éclairage de l'objet par l'arrière est effectuée avant l'étape d'éclairage de l'objet au moyen d'un laser.
Il est également prévu conformément à la présente invention un appareil pour examiner un objet comprenant des moyens pour porter un objet revêtu d'une matière diffusante, une première source lumineuse pour éclairer l'objet par l'arrière afin de créer une silhouette, une deuxième source lumineuse pour éclairer une ligne ou une trame sur l'objet, une caméra disposée devant l'objet et à un angle aigu prédéfini par rapport à la deuxième source lumineuse afin de numériser l'objet et fournir des signaux correspondant à la forme de l'objet et un processeur pour générer une image de l'objet à partir des signaux.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise et appréciée à partir de la description détaillée qui suit prise conjointement avec les dessins dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique d'un appareil pour examiner une gemme construit et fonctionnant conformément à une forme de réalisation de l'invention, la figure 2 est une représentation schématique de l'utilisation de la triangulation à lumière structurée dans l'invention, et la figure 3 est un schéma logique du fonctionnement du processeur dans l'appareil selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un appareil et un procédé pour examiner un objet qui fournit une évaluation rapide et précise de la
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forme de l'objet. L'invention est particulièrement utile pour examiner une gemme, en vue de fournir ce que l'on appelle une empreinte de la pierre ou en vue de déterminer la forme finale optimale d'une pierre non finie, bien qu'elle ne soit pas limitée à cet emploi.
L'invention atteint son but en combinant deux technologies pour fournir des informations qui se recouvrent à propos de la forme en trois dimensions de la pierre, à savoir la numérisation de la silhouette d'une pierre pour déterminer la forme globale en trois dimensions et la triangulation à lumière structurée pour ajouter la localisation des creux ou rentrants dans la surface de la gemme à l'image générée de la pierre.
Pour faciliter la discussion, l'invention sera décrite cidessous en se référant à l'examen d'une gemme, bien qu'il faille savoir que la description est essentiellement la même pour l'examen d'autres objets en trois dimensions. Donc, en ce qui concerne la présente invention, le terme"gemme"ou"pierre"sera utilisé comme terme signifiant toute pierre précieuse ou semi-précieuse, une pierre non taillée, une pierre partiellement travaillée, une pierre finie et tout autre objet en trois dimensions pour lequel une image précise de la surface est requise.
Faisant référence à la figure 1, il y est montré une représentation schématique d'un appareil 10 pour examiner une gemme construit et fonctionnant conformément à une forme de réalisation de l'invention. L'appareil 10 comprend une gemme 12 montée sur un support ou dop 13 rotatif connu. Une source 14 de lumière est prévue pour éclairer la pierre par l'arrière. L'appareil de numérisation 16 pour numériser la pierre, de préférence une caméra CCD, est prévue devant la pierre pour détecter la silhouette de la pierre. Des lentilles d'imagerie optique 17 appropriées sont prévues entre la gemme 12 et l'appareil de numérisation 16.
L'appareil de numérisation 16 est couplé à un processeur 18 qui traite les signaux de l'appareil de numérisation 16 correspondant à la forme de la gemme 12 et génère à partir de ceux-ci
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une image en trois dimensions de la gemme, tout cela étant connu.
L'appareil 10 comprend aussi une source lumineuse 20, de préférence une source de lumière laser. La source lumineuse 20 est montée devant la gemme 20 et à un angle aigu présélectionné, par rapport à la pierre, de l'appareil de numérisation 16. De cette manière, la lumière laser réfléchie par la gemme 12 est détectée par l'appareil de numérisation 16.
Le fonctionnement de l'appareil selon l'invention est le suivant. Une gemme à examiner est sélectionnée. La gemme est revêtue d'un revêtement diffusant qui peut être enlevé pour permettre à l'appareil de numérisation de détecter la lumière laser réfléchie par sa surface. Il faut savoir qu'actuellement, un revêtement diffusant est requis pour tous les objets qui sont transparents ou réfléchissants afin de pourvoir à la diffusion de la lumière incidente et permettre la détection par le numériseur de triangulation. D'autre part, si on utilise une source lumineuse qui a une longueur d'onde à laquelle l'objet n'est pas transparent ou réfléchissant, il n'est nul besoin d'un revêtement.
Le revêtement est de préférence de l'ordre de 5.-15 microns d'épaisseur ou moins, étant donné que la précision de l'ensemble de l'appareil est de 10 microns. Il faut savoir que sans un revêtement diffusant, la gemme ne peut être cartographiée en utilisant la lumière structurée avec des sources lumineuses conventionnelles. D'un autre côté, revêtir des gemmes, en particulier des diamants, est problématique, étant donné que peu de matières adhèrent à la surface.
Les trois méthodes possibles pour revêtir la pierre sont les suivantes. Il faut savoir cependant que ces méthodes sont fournies uniquement à titre d'exemple et que l'invention comprend aussi toute autre méthode de revêtement d'une gemme avec un revêtement diffusant. La première méthode comprend l'application d'un revêtement électrochimique sans courant, dans laquelle la tension de surface de la pierre est utilisée pour faire adhérer une mince couche d'un liquide sur la
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surface de la pierre sans courant électrique.
La deuxième méthode comprend la submersion de la pierre dans de la peinture et le séchage de la pierre dans un flux d'air très rapide qui enlève pratiquement tout sauf une petite couche de peinture.
La troisième méthode est une évaporation sous vide telle qu'on l'utilise aujourd'hui pour revêtir les lentilles optiques. Selon cette méthode, un liquide de revêtement est placé à proximité de la pierre dans une chambre sous vide. Sous vide, le liquide s'évapore et adhère alors à la pierre.
La pierre revêtue est alors placée sur un support rotatif. Par ailleurs, les sources lumineuses et la caméra peuvent tourner autour de la pierre mais l'appareil est plus simple, si la pierre est seule à tourner.
Quand la gemme 12 tourne, la pierre est éclairée par l'arrière par la source lumineuse 14. L'appareil de numérisation 16 voit la pierre et détecte sa silhouette. Les signaux correspondant à la silhouette sont envoyés au processeur 18 qui génère une image en trois dimensions de la pierre à partir des signaux.
Après que l'image a été générée, ou essentiellement en même temps que la détection de la silhouette ou en alternance avec la détection de la silhouette, la source lumineuse 20 éclaire un point, une ligne ou une trame sur la pierre. Par ailleurs, la source lumineuse 20 peut éclairer simultanément plusieurs lignes ou plusieurs sources lumineuses peuvent éclairer simultanément la pierre. Si la pierre a une surface convexe, la lumière sera réfléchie et coïncidera avec un point correspondant sur la silhouette. Cependant, si la pierre a une surface concave en un point, la lumière sera réfléchie à un endroit différent sur l'image de la pierre. L'angle entre la caméra et la source lumineuse fait que l'image apparaît à différents endroits quand l'objet est à des distances différentes.
En utilisant les principes de la triangulation, la distance du point de référence au point réfléchissant sur la surface de la pierre peut être calculée à partir de la distance connue et de l'angle entre
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la caméra et la source lumineuse. Donc, quand la distance de la caméra à la surface de la pierre change de z, la lumière réfléchie par la surface est mise en image dans une nouvelle position sur le détecteur, déplacée d'une distance x, comme le représente schématiquement la figure 2.
La sortie vidéo de l'appareil de numérisation est connectée à une carte de numérisation d'images. Pour chaque numérisation de ligne, il existe une correspondance entre la distance jusqu'à l'objet et la position de la ligne de l'objet dans le champ de vision de la caméra.
Cette correspondance est définie par triangulation. Le logiciel de traitement des signaux trouve la position de cette ligne comme une série de points de données. Quand ces points de données sont surimposés sur la silhouette de la pierre, l'image générée comprend une indication de l'endroit, de la courbure et de la profondeur de tout creux sur la surface de la pierre. Un schéma logique du fonctionnement du processeur est présenté sur la figure 3. Comme on peut le voir, le processeur commence par saisir une image provenant de l'appareil de numérisation (bloc 30). Le processeur d'images détermine les limites de la silhouette (bloc 32). Le processeur trouve aussi l'intersection de lignes projetée sur la pierre (bloc 34). La pierre est tournée de manière incrémentielle (bloc 36) et les étapes des blocs 30, 32,34 et 36 sont répétées.
La pierre continue à être tournée de manière incrémentielle jusqu'à ce qu'elle ait tourné de 360 et que la totalité de la silhouette ait été cartographiée.
La structure convexe en trois dimensions de la silhouette est alors calculée (bloc 38). Les paramètres de triangulation sont calculés à partir des points convexes et de l'intersection de lignes (bloc 40) à moins qu'ils ne soient calculés à l'avance plutôt qu'en ligne pendant le processus de mesurage et le processeur calcule la structure concave en trois dimensions à partir des paramètres de triangulation et de l'intersection de lignes (bloc 42). Ce processus permet aussi la cartographie précise des parties de la surface d'un objet qui ne peuvent
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être vus dans une silhouette.
L'appareil et le procédé selon l'invention présente plusieurs avantages par rapport aux systèmes conventionnels. Premièrement, la cartographie exacte de la surface d'une gemme est nettement plus rapide en combinant les deux technologies. Deuxièmement, le calibrage en ligne des paramètres de triangulation est, possible en utilisant les deux méthodes de manière essentiellement simultanée, ce qui permet de mesurer la distance du bord de l'ombre à la lumière laser. Par exemple, la caméra peut détecter la silhouette perdant un quart de rotation, suivi par un quart de rotation pour détecter la lumière structurée, etc. En fait, tout objet peut être utilisé pour le calibrage des paramètres de triangulation.
Selon une forme préférée de l'invention, l'appareil pour examiner une gemme est un petit dispositif facilement portable. Par conséquent, il peut être utilisé pour examiner des gemmes après n'importe quelle étape de traitement-gemmes non taillées, gemmes partiellement travaillées ou même gemmes finies, quand il est souhaitable d'identifier de manière unique une pierre particulière. Il est aussi commode à utiliser dans tout autre contexte quand un objet en trois dimensions doit être cartographié.
Il faut savoir que l'invention n'est pas limitée à ce qui a été décrit ci-dessus simplement à titre d'exemple. Au contraire, l'invention est limitée uniquement par les revendications qui suivent.
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REFERENCES DES DESSINS Figure 3 30 Saisir une image 31 Trouver les limites de la silhouette 32 Trouver l'intersection de lignes projetée sur l'objet 33 Faire tourner l'objet Non L'objet a-t-il tourné de 3600 Oui 38 Calculer la structure convexe en 3D à partir de la silhouette 40 Calculer paramètres de triangulation à partir des points convexes et de l'intersection de lignes 42 Calculer la structure concave en 3D à partir des paramètres de triangulation et de la line d'intersection