<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze om de ruwheid van een edelsteen te bepalen en opstelling die zulke werkwijze toepast.
De huidige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze om de ruwheid of zoeting van een geslepen oppervlak van een edelsteen, bijvoorbeeld een diamant, te onderzoeken of te bepalen.
"Zoeting"of"zoet"is een term in de diamantnijverheid die de kwaliteit of ruwheid van het geslepen oppervlak weergeeft. Een oppervlak wordt als "zoet" beschouwd wanneer geen slijplijnen zichtbaar zijn. Het "zoet" zijn, is dus relatief, aangezien het waarnemen afhangt van de omgevingsfactoren, zoals licht en optische specificaties van de lens, maar is ook persoonsgebonden, met andere woorden, afhankelijk van de oogresolutie en/of van een geoefend persoon.
Het is momenteel zo dat "zoet" bekeken wordt met een slijpersloupe tussen xlO en x20, in scheerlicht, waarbij diffractiefenomenen aan het oppervlak optreden en waardoor vlakafwijkingen zichtbaar worden. Dit vraagt extreme oefening om te kunnen waarnemen.
De norm "zoet" is aldus een dynamische en subjectieve norm, omdat betere middelen en training de zichtbaarheid verhogen, waardoor wat vroeger zoet was, het nu niet meer
EMI1.1
is.
<Desc/Clms Page number 2>
Normen voor slijpkwaliteit doen meer en meer intrede in de diamantnijverheid door invoeren van certificaten, waardoor beter slijpwerk onderscheiden kan worden. Het wordt aldus een noodzaak om objectieve ruwheid zichtbaar te maken, zowel voor de leek, als voor de koper.
Tot nog toe wordt de ruwheid van een oppervlak van een edelsteen, in het bijzonder van een diamant, niet objectief gemeten.
De huidige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze die op objectieve wijze de ruwheid meet of bepaalt van een oppervlak van een geslepen edelsteen, zoals een geslepen diamant.
De werkwijze volgens de uitvinding is een werkwijze om de kwaliteit of ruwheid van een geslepen oppervlak van een edelsteen te onderzoeken of te bepalen, waarin een parallel licht op het te onderzoeken oppervlak gereflecteerd wordt als directe teruggekaatste straal en/of verstrooide straal, waarin het op het oppervlak gereflecteerde licht tenminste gedeeltelijk met een lens wordt opgevangen en waarin het opgevangen gereflecteerde licht geanalyseerd wordt om het opgevangen verstrooid licht te bepalen en/of op te meten.
De werkwijze volgens de uitvinding gebruikt een parallel licht van zeer goede kwaliteit dat gereflecteerd wordt op het geslepen oppervlak. Met een lens, bijvoorbeeld een loupe, microscoop of cameralens, vangt men het gereflecteerde licht op en projecteert het bij voorkeur op een netvlies of op een monitor via een camera. De werking
<Desc/Clms Page number 3>
is als volgt, het licht van een parallelle lichtbron dat weerkaatst wordt op het geslepen oppervlak, wordt verstrooid teruggekaatst wanneer het oppervlak niet perfect glad is of niet goed geslepen is. Het opgevangen verstrooid licht is dus een maat voor de oppervlakteruwheid of voor de waarde van het slijpwerk. Het opgevangen verstrooid licht toont de spatiëring van de slijpsporen via helder en donker, maar deze intensiteitsvariaties zijn ook afhankelijk van het ruwheidsprofiel zelf.
Het bekijken of onderzoeken van het verstrooid licht betekent dat ofwel de directe teruggekaatste straal geanalyseerd wordt ofwel de verstrooide.
Volgens een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding, wordt het opgevangen gereflecteerd licht dat een hoek vormt met de richting van de hoofdterugkaatsing geanalyseerd (wet van Snellius). Dit kan eenvoudig gerealiseerd worden door de parallelle lichtstraal via een beamsplitter op het geslepen oppervlak te projecteren, het opgevangen licht in dezelfde richting als de invallende straal te bekijken, maar het geslepen oppervlak lichtjes te hellen onder een hoek die het contrast t. o. v de ruwheid maximaliseert. Die hoek is bijvoorbeeld, voor een handige opstelling, een hoek van 0, 5 t/m 15 ten opzichte van een vlak dat loodrecht is ten opzichte van de richting van de invallende straal.
Volgens een andere uitvoeringsvorm wordt het parallelle licht schuin geprojecteerd op het te onderzoeken oppervlak, waarbij het schuin gereflecteerde licht opgevangen wordt om
<Desc/Clms Page number 4>
geanalyseerd te worden. De invallende lichtstraal vormt een hoek ten opzichte van een lijn die loodrecht is ten opzichte van het geslepen oppervlak. De hoofdterugkaatsing gebeurt dan in een richting die ook zulke hoek vormt ten opzichte van die loodrechte lijn.
Volgens een voordelig kenmerk van een werkwijze volgens de uitvinding, wordt een relatieve verplaatsing van de lens ten opzichte van het te onderzoeken oppervlak uitgevoerd om een dynamisch contrast van licht te bekomen voor een ruwheidpatroon.
Bij voorkeur, wordt de opening van de lens of de bruikbare zone van de lens veranderd om een dynamisch contrast van licht te bekomen voor een ruwheidpatroon. De bruikbare zone kan gedefinieerd worden door een regelbare stop, al of niet in de focus.
Gereflecteerd licht wordt bijvoorbeeld met een lens met aangepaste numerieke opening (numerical aperture) opgevangen om het parallel licht van het verstooide te onderscheiden.
Die relatieve verplaatsing en/of het gebruik van een lens met aangepaste numerieke opening is voordelig in die zin dat, wanneer de helling van het ruwheidspatroon nog binnen de lens valt, het licht intenser (wit) is wanneer dit zieh in focus bevindt, terwijl het licht zwakker (donker) is, wanneer het gereflecteerd licht uit de focus van de lens komt omdat het minder door de lens opgevangen wordt. Het in focus of uit focus van de lens gaan, laat zo een dynamisch
<Desc/Clms Page number 5>
contrast toe voor het oog of voor een meetapparaat, waarbij statisch onzichtbare afwijkingen zichtbaar worden. Dit is ook voordelig omdat dit mee in het proces van in focus brengen zit en zeer snel aanwijst waar te kijken. De relatieve verplaatsing en/of opening van de lens kunnen manueel uitgevoerd worden, maar zijn bij voorkeur automatisch of semi-automatisch uitgevoerd.
Een voordeel van deze methodes is dat het al of niet zien enkel afhangt van de ruwheid van het geslepen oppervlak en van de resolutie van de opnemer (het oog, bij voorkeur een camera-monitor) en minder persoonsgebonden is. Grote vergrotingen zijn niet essentieel daar de grijswaardevariaties dan dalen. Door die methodes kunnen dan vrij grote oppervlakken bekeken worden.
Indien een camera-monitor gebruikt wordt, bezit die camera een voldoende hoge resolutie om de grijswaardeschalen te onderscheiden. Het camera-monitorsysteem heeft bij voorkeur meer dan 700 x 500 pixels indien hoge resolutie gewenst is.
De uitvinding heeft ook betrekking op een opstelling om een werkwijze volgens de uitvinding uit te voeren, waarbij die eenheid tenminste de volgende elementen bevat : - een middel om een tenminste gedeeltelijk geslepen edelsteen te dragen ; - een middel om tenminste gedeeltelijk een te onderzoeken oppervlak van de edelsteen te belichten door middel van een parallel licht ; - een lens om tenminste gedeeltelijk het op het te onderzoeken oppervlak gereflecteerde licht op te vangen.
<Desc/Clms Page number 6>
Bij voorkeur, bevat de opstelling een middel om een relatieve verplaatsing of rotatie van de lens ten opzichte van het te onderzoeken oppervlak uit te voeren, bij voorkeur met middelen om die verplaatsing te beheersen.
Volgens een uitvoeringsvorm, is de lens gericht om gereflecteerd licht op te vangen langs een richting die overeenstemt met de richting van de invallende straal van het licht op het oppervlak, terwijl volgens een andere uitvoeringsvorm de lens gericht is om schuin gereflecteerd licht op te vangen.
Bij voorkeur heeft de lens een aangepaste numerieke opening en diameter waardoor de lens de diverse lichtstralen uitsorteert.
Het parallelle licht wordt bijvoorbeeld door een laser of een lichtdiode aangeleverd, waarbij het monochromatische van de lichtbron het contrast kan verbeteren, groen licht is daarbij het best voor de ooggevoeligheid.
In een andere uitvoeringsvorm, wordt het parallelle licht via een beamsplitter op het te onderzoeken oppervlak gericht.
Details en kenmerken van de uitvinding zullen uit de volgende beschrijving voortvloeien waarin verwezen wordt naar de bijgevoegde tekeningen.
Figuur 1 geeft een handloupe weer die toelaat een werkwijze volgens de uitvinding uit te voeren ;
<Desc/Clms Page number 7>
figuur 2 geeft een opstelling weer die gelijkaardig is aan de handloupe van figuur 1, maar die gekoppeld is aan een camera ; figuur 3 geeft een opstelling weer zonder beamsplitter ; figuur 4 geeft een opstelling weer met beamsplitter.
Figuur 1 toont een handloupe 1 waarbij licht L aangeleverd wordt door een lichtdiode 2 (puntbron) met een collimatorlens 3 die een parallelle lichtbundel vormt.
Het licht L wordt 90 afgebogen via een halfdoorlatende spiegel 4 en door middel van een geslepen oppervlak 0, dat zich in het focusvlak van een lens 6 bevindt die een normale slijperloupe is, weerkaatst als lichtbundel Ll. De handloupe 1 bevat ook een steun 7 die bijvoorbeeld op een slijptang past.
Het oog 8 van een onderzoeker vangt het licht op via de lens 6, waarbij de onderzoeker de handloupe 1 roteert rond de steun 7 (pijl R) om maximum contrast te ervaren.
De lichtbron 2 is bijvoorbeeld een punt LED, terwijl de lens 3 een focale afstand bezit van 20 ä 50 mm, bij voorkeur ongeveer 30 mm, om een voldoende grote lichtvlek te realiseren. De beamsplitter 4 is bijvoorbeeld een zeer dun glasplaatje geplaatst onder 450 (ten opzichte van de richting van het licht L). De invallende straal L heeft een optische as die vrijwel loodrecht staat op het oppervlak 0 van de diamant D.
<Desc/Clms Page number 8>
Figuur 2 toont een opstelling die gelijkaardig is aan deze van figuur 1.
De puntvormige lichtbron 2 (LED) stuurt haar licht L naar de focale lens 3 die een parallelle lichtbundel maakt. Die bundel L valt op een dun onder 450 geplaatst glasplaatje 4 en buigt af naar het te bekijken oppervlak O. Een deel van het licht Ll kaatst terug in dezelfde richting en wordt door een cameralens 6 op een camerachip 9 geprojecteerd en vergroot weergegeven op een monitor 10.
Figuur 3 toont een opstelling zonder beamsplitter 4. Het rode licht van de LED 2 (diameter kleiner dan 250um, bijvoorbeeld ongeveer 150 um) wordt gecollimeerd met de lens 3 en valt om technische redenen onder een hoek a van 12, 50 op het geslepen diamantvlak O. De hoek a is gemeten ten opzichte van een as A-A die loodrecht gericht is op het vlak O.
De teruggekaatste straal Ll, die een hoek ss van vrijwel 12, 50 vormt ten opzichte van de as A-A, wordt via een lens 6 gefocusseerd naar de camerachip 9. Een filter 11 is tussen. lens 6 en camera 9 geplaatst om onafhankelijk te zijn van het omgevingslicht.
Figuur 4 toont een opstelling met een beamsplitter 4 in het parallel pad L van een zoom microscoop 12 met bijhorende vezel lichtbron 2 en met een stop 13 die de bruikbare opening van de lens verandert. Het licht L wordt gefocust op het geslepen vlak 0 via een lens 14 en teruggekaatst (Ll) naar het occulair 15.
<Desc/Clms Page number 9>
Een hoge lichtintensiteit en een zo klein mogelijke stopdiameter 13 laten toe dat het niet parallel teruggekaatste licht tegengehouden wordt en de onvlakheid zichtbaar wordt.
Eventueel wordt het te bekijken vlak 0 lichtjes gekanteld om het contrast te verhogen.
De stop 13 kan onder of boven de beamsplitter geplaatst worden.
Indien de stopper 13 onder de beamsplitter 4 geplaatst is, gaat het licht L, L1 tweemaal door de stop 13.
Indien de stopdiameter gevarieerd wordt tijdens het meten, kunnen diffractieverschijnselen meehelpen om slijpsporen vast te stellen.
Het gebruik kan kritischer zijn aangezien het te bekijken vlak beter in de optische as kan liggen.
<Desc / Clms Page number 1>
Method for determining the roughness of a gemstone and arrangement that applies such method.
The present invention relates to a method for examining or determining the roughness or sweetening of a ground surface of a gem, for example a diamond.
"Sweetening" or "sweet" is a term in the diamond industry that reflects the quality or roughness of the ground surface. A surface is considered "sweet" when no grinding lines are visible. Being "sweet" is therefore relative, since the observation depends on the environmental factors, such as light and optical specifications of the lens, but is also person-specific, in other words, depending on the eye resolution and / or an experienced person.
It is currently the case that "sweet" is viewed with a sharpener loupe between x10 and x20, in shaving light, with diffraction phenomena occurring at the surface and whereby surface deviations become visible. This requires extreme practice to be able to observe.
The "sweet" norm is thus a dynamic and subjective norm, because better means and training increase the visibility, so that what used to be sweet is no longer the case
EMI1.1
is.
<Desc / Clms Page number 2>
Standards for grinding quality are entering the diamond industry more and more by introducing certificates, so that better grinding work can be distinguished. It thus becomes a necessity to make objective roughness visible to both the layman and the buyer.
Until now, the roughness of a surface of a gemstone, in particular of a diamond, has not been measured objectively.
The present invention relates to a method that objectively measures or determines the roughness of a surface of a cut gem, such as a cut diamond.
The method according to the invention is a method for examining or determining the quality or roughness of a ground surface of a gemstone, in which a parallel light on the surface to be examined is reflected as a direct reflected beam and / or scattered beam, in which it is reflected on the surface reflected light is captured at least partially with a lens and wherein the collected reflected light is analyzed to determine and / or measure the collected scattered light.
The method according to the invention uses a parallel light of very good quality that is reflected on the ground surface. With a lens, for example a loupe, microscope or camera lens, one receives the reflected light and preferably projects it on a retina or on a monitor via a camera. Operation
<Desc / Clms Page number 3>
is as follows, the light from a parallel light source that is reflected on the ground surface is reflected back scattered when the surface is not perfectly smooth or is not ground well. The scattered light collected is therefore a measure of the surface roughness or the value of the grinding work. The scattered light collected shows the spacing of the grinding tracks through clear and dark, but these intensity variations also depend on the roughness profile itself.
Viewing or examining the scattered light means that either the direct reflected beam is analyzed or the scattered light.
According to an embodiment of the method according to the invention, the collected reflected light that forms an angle with the direction of the main reflection is analyzed (Snellius' law). This can be easily achieved by projecting the parallel light beam onto the ground surface via a beam splitter, viewing the collected light in the same direction as the incident beam, but slightly tilting the ground surface at an angle that contrasts. o. v maximizes roughness. That angle is, for example, for a convenient arrangement, an angle of 0.5 to 15 with respect to a plane which is perpendicular to the direction of the incident beam.
According to another embodiment, the parallel light is projected obliquely on the surface to be examined, the obliquely reflected light being captured to
<Desc / Clms Page number 4>
to be analyzed. The incident light beam forms an angle with respect to a line that is perpendicular to the ground surface. The main reflection then takes place in a direction that also forms such an angle with respect to that perpendicular line.
According to an advantageous feature of a method according to the invention, a relative displacement of the lens relative to the surface to be examined is carried out to obtain a dynamic contrast of light for a roughness pattern.
Preferably, the aperture of the lens or the usable zone of the lens is changed to obtain a dynamic contrast of light for a roughness pattern. The usable zone can be defined by an adjustable stop, whether or not in the focus.
Reflected light is captured, for example, with a lens with adapted numerical aperture to distinguish the parallel light from the scattered.
That relative displacement and / or the use of a lens with adjusted numerical aperture is advantageous in the sense that, when the slope of the roughness pattern still falls within the lens, the light is more intense (white) when it is in focus, while the light is weaker (dark) when the reflected light comes out of the focus of the lens because it is less caught by the lens. Going into or out of focus from the lens leaves a dynamic
<Desc / Clms Page number 5>
contrast for the eye or for a measuring device, where statically invisible deviations become visible. This is also advantageous because it is part of the process of focusing and very quickly indicates where to look. The relative displacement and / or opening of the lens can be performed manually, but are preferably performed automatically or semi-automatically.
An advantage of these methods is that whether or not to see depends only on the roughness of the ground surface and on the resolution of the sensor (the eye, preferably a camera monitor) and is less personal. Large magnifications are not essential as the gray value variations then fall. Quite large surfaces can then be viewed through these methods.
If a camera monitor is used, that camera has a sufficiently high resolution to distinguish the grayscale scales. The camera monitor system preferably has more than 700 x 500 pixels if high resolution is desired.
The invention also relates to an arrangement for carrying out a method according to the invention, wherein said unit comprises at least the following elements: - a means for supporting an at least partially cut gem; - a means for illuminating at least partially a surface of the gemstone to be examined by means of a parallel light; - a lens for at least partially capturing the light reflected on the surface to be examined.
<Desc / Clms Page number 6>
Preferably, the arrangement includes a means to perform a relative movement or rotation of the lens with respect to the surface to be examined, preferably with means to control that movement.
According to one embodiment, the lens is directed to capture reflected light along a direction corresponding to the direction of the incident ray of the light on the surface, while according to another embodiment, the lens is directed to capture obliquely reflected light.
The lens preferably has an adapted numerical aperture and diameter through which the lens sorts out the various light rays.
The parallel light is supplied, for example, by a laser or a light-emitting diode, whereby the monochromatic of the light source can improve the contrast, green light being the best for eye sensitivity.
In another embodiment, the parallel light is directed to the surface to be examined via a beam splitter.
Details and features of the invention will result from the following description in which reference is made to the accompanying drawings.
Figure 1 shows a hand loupe that allows carrying out a method according to the invention;
<Desc / Clms Page number 7>
Figure 2 shows an arrangement that is similar to the hand loupe of Figure 1, but that is coupled to a camera; Figure 3 shows an arrangement without beam splitter; Figure 4 shows an arrangement with beam splitter.
Figure 1 shows a hand loupe 1 in which light L is supplied by a light diode 2 (point source) with a collimator lens 3 that forms a parallel light beam.
The light L is deflected 90 via a semi-transparent mirror 4 and is reflected as a light beam L1 by means of a ground surface 0, which is located in the focal plane of a lens 6 which is a normal grinder loupe. The hand loupe 1 also contains a support 7 which fits for example on a sharpener.
The eye 8 of a researcher captures the light through the lens 6, the researcher rotating the hand loupe 1 around the support 7 (arrow R) to experience maximum contrast.
The light source 2 is, for example, a point LED, while the lens 3 has a focal distance of 20 to 50 mm, preferably about 30 mm, to realize a sufficiently large light spot. The beam splitter 4 is, for example, a very thin glass plate placed below 450 (relative to the direction of the light L). The incident beam L has an optical axis that is substantially perpendicular to the surface 0 of the diamond D.
<Desc / Clms Page number 8>
Figure 2 shows an arrangement similar to that of Figure 1.
The point-shaped light source 2 (LED) sends its light L to the focal lens 3 which makes a parallel light beam. That bundle L falls on a thin glass plate 4 placed under 450 and deflects to the surface O to be viewed. A part of the light L1 reflects back in the same direction and is projected by a camera lens 6 on a camera chip 9 and displayed enlarged on a monitor 10.
Figure 3 shows an arrangement without beam splitter 4. The red light of the LED 2 (diameter smaller than 250 µm, for example approximately 150 µm) is collimated with the lens 3 and for technical reasons falls at an angle α of 12.50 on the polished diamond surface O. The angle α is measured with respect to an axis AA which is perpendicular to the plane O.
The reflected beam L1, which forms an angle ss of almost 12.50 with respect to the axis A-A, is focused via a lens 6 to the camera chip 9. A filter 11 is in between. lens 6 and camera 9 placed to be independent of the ambient light.
Figure 4 shows an arrangement with a beam splitter 4 in the parallel path L of a zoom microscope 12 with associated fiber light source 2 and with a stop 13 that changes the usable aperture of the lens. The light L is focused on the ground plane 0 through a lens 14 and reflected (L1) back to the occular 15.
<Desc / Clms Page number 9>
A high light intensity and the smallest possible stop diameter 13 allow the non-parallel reflected light to be retained and the unevenness to be visible.
Optionally, the viewing plane 0 is tilted slightly to increase the contrast.
The plug 13 can be placed under or above the beam splitter.
If the stopper 13 is placed under the beam splitter 4, the light L, L1 passes through the stop 13 twice.
If the stop diameter is varied during the measurement, diffraction phenomena may help to identify grinding marks.
The use can be more critical since the plane to be viewed can lie better in the optical axis.