2006/0429
APPAREIL POUR DETERMINER LA FORME D'UNE GEMME
DOMAINE DE L' INVENTION
Cette invention concerne un appareil pour l'inspection d'une gemme afin de déterminer sa forme. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
Les gemmes finies qui sont disponibles pour le consommateur sont taillées dans une gemme brute. Afin de déterminer la manière optimale de tailler ou scier la gemme brute, elle doit d'abord être inspectée.
Cette inspection peut être réalisée par un professionnel qualifié, qui marque alors la gemme brute de ligne (s) de sciage pour indiquer au lapidaire comment former une ou plusieurs pierres finies à partir de ] a pierre brute.
Alternativement, des systèmes ont été élaborés pour inspecter et tracer automatiquement les lignes de sciage sur les pierres brutes.
Ces systèmes commencent habituellement par cartogr aphier la pierre brute afin de d terminer sa forme, pu: s ils déterminent l[alpha] meilleure façon de la tailler et y tracent pour finir une ligne de sciage. Un exemple de ce système de cartographie et de marquage est le DiaMark(TM) fabriqué par Sarin Technologies Ltd, Ramat Gan, Israël.
Dans ce dernier type de système, une gemme devant être cartographiée est tournée, sa silhouette tridimensionnelle est déterminée et sa surface est représentée sous forme d'image dans une pluralité de positions angulaires de la pierre, de sorte que la forme de la pierre est déterminée en incluant les concavités à sa surface.
Une manière de cartographier une gemme est décrite dans le brevet US 6 567 156 du demandeur, où, afin de déterminer les concavités à la surface d'une gemme, une légère triangulation structurée est utilisée, dans laquelle un faisceau laser est dirigé sur la pierre dans diverses positions angulaires de celle-ci, son reflet est capté et comparé au reflet qui serait reçu d'une gemme hypothétique ayant la même silhouette en tridimensionnelle.
Des défauts et concavités sont indiqués par des déviations du reflet capté par rapport à celui qui serait détecté sur la gemme hypothétique. RESUME DE L'INVENTION
Selon un aspect de la présente invention, il est proposé un appareil pour déterminer la forme d'une gemme incluant des irrégularités (par exemple, des concavités et des défauts) à sa surface, l'appareil comprenant une plate-forme conçue pour soutenir la gemme, un système formant scanneur (système de numération par balayage) conçu pour fournir des informations géométriques (telles que des coordonnées cartésiennes ou polaires) concernant l'enveloppe convexe tridimensionnelle de la gemme, un système d'éclairage conçu pour projeter un éclairage sur la gemme sous la forme d'au moins deux faisceaux laser le long de deux chemins optiques distincts,
un système d'imagerie conçu pour capter au moins une partie dudit éclairage quand il est réfléchi par la gemme, et un processeur conçu pour déterminer ladite forme à partir de l'éclairage capté et des informations géométriques, l'appareil étant conçu pour tourner la gemme par rapport au système d'éclairage autour d'un axe de rotation, et au moins un desdits chemins optiques est espacé de 1 ' axe .
Selon un autre aspect de la présente invention, il est proposé un appareil pour déterminer la forme d'une gemme incluant des irrégularités à sa surface, la gemme ayant une taille n'étant pas supérieure à une taille maximale prédéterminée, l'appareil comprenant une plate-forme conçue pour soutenir la gemme, un système formant scanneur conçu pour fournir des informations géométriques concernant 1 ' enveloppe convexe tridimensionnelle de la gemme, un système d'éclairage conçu pour projeter un éclairage sur la gemme sous la forme d'une pluralité de faisceaux laser, un système d'imagerie conçu pour capter au moins une partie de l'éclairage quand il est réfléchi par la gemme, et un processeur conçu pour déterminer ladite forme sur base de l'éclairage capté et desdites informations géométriques,
la pluralité de faisceaux laser comprend un premier faisceau laser extrême, un second faisceau laser extrême, et le reste des faisceaux laser étant entre eux, lesdits faisceaux laser extrêmes étant espacés l'un de l'autre au moins aux abords de la plate-forme à une distance supérieure à ladite taille maximale de la gemme.
Dans l'appareil selon les deux aspects ci-dessus de l'invention, le processeur peut fournir ladite forme sous la forme d'une représentation tridimensionnelle de la gemme,
qui peut être affichée ou utilisée de toutes les façons connues dans la technique.
Les faisceaux laser peuvent être linéaires ou d'une autre forme appropriée.
La rotation relative de la gemme par rapport au système d'éclairage peut être assurée par la rotation de la plate-forme ou la rotation du système d'éclairage et du système d'imagerie.
Conformément à un mode de réalisation de l'appareil de cet aspect de l'invention, le système d'éclairage peut comprendre une source laser à faisceaux multiples, et conformément à un autre mode de réalisation, il peut comprendre au moins deux sources laser, chacune d'entre elles projetant au moins un faisceau laser.
Dans les deux modes de réalisation, il est suggéré que les chemins optiques de deux faisceaux laser adjacents forment entre eux un angle prédéterminé, ledit angle et la distance entre le système d'éclairage et la plate-forme soutenant la gemme étant tels qu'ils garantissent que les deux chemins optiques des faisceaux laser passent à travers une gemme d'une taille minimale prédéterminée, devant être examinée par l'appareil.
Cet angle peut, par exemple, se situer entre 0,05[deg.] et 10[deg.].
Le système d'imagerie peut comprendre une caméra ayant un détecteur tel qu'un CCD.
Le système formant scanneur peut comprendre au moins le système d'imagerie et une source de lumière faisant face à la plate-forme et disposée sensiblement à l'opposé du système d'imagerie, afin de déterminer les silhouettes de la gemme dans une pluralité de positions angulaires de celle-ci, auquel cas l'enveloppe convexe peut être un composite des silhouettes de la gemme calculé par le processeur.
Selon un autre aspect de la présente invention, il est proposé un appareil pour déterminer la forme d'une gemme incluant des irrégularités à sa surface, comprenant une plate-forme conçue pour soutenir la gemme, un système formant scanneur (système de numérisation par balayage)
conçu pour fournir des informations géométriques concernant l'enveloppe convexe tridimensionnelle de la gemme, un système d'éclairage conçu pour projeter sur la gemme une pluralité de faisceaux laser, un système d'imagerie conçu pour capter des reflets d'au moins une partie desdits faisceaux laser depuis la surface la gemme, et un processeur conçu pour calculer, sur la base desdites informations géométriques, un reflet prédit de chaque faisceau laser, afin de comparer les reflets captés avec lesdits reflets prédits et de relier chaque reflet capté à son reflet prédit correspondant, pour déterminer ladite forme de la gemme sur base de la comparaison et desdites informations géométriques.
Selon cet aspect, un balayage simultané par de multiples faisceaux laser est facilité.
Ainsi, une seule rotation est requise pour obtenir les balayages des différents faisceaux laser, réduisant ainsi le temps total nécessaire pour le balayage.
En reliant chaque reflet capté à son reflet prédit correspondant, l'utilisation d'une pluralité de faisceaux laser projetés en même temps est rendue possible .
Selon un mode de réalisation, la mise en relation est accomplie en déterminant la proximité de chacun des reflets captés avec un reflet prédit.
Selon un autre mode de réalisation, la mise en relation est accomplie en déterminant le côté duquel chaque reflet capté tombe par rapport à chaque reflet prédit .
Selon un mode de réalisation supplémentaire, chaque faisceau laser a une longueur d'onde différente, dans lequel la mise en relation est réalisée sur la base de sa longueur d'onde.
Selon un autre mode de réalisation supplémentaire, chaque faisceau laser est projeté à un moment différent. La mise en relation est réalisée en déterminant le faisceau laser qui correspond au moment auquel chacun des reflets captés est capté.
Il va être apprécié que selon l'un quelconque des aspects ci-dessus, quand de multiples faisceaux laser sont projetés depuis une source unique, la gemme peut être tournée plus vite, réduisant ainsi le temps nécessaire pour balayer la surface d'une gemme entière.
Ceci est dû au fait que, pour chaque position angulaire de la gemme, une plus grande zone de la surface de la gemme est balayée en comparaison avec le balayage avec un faisceau laser unique. Par conséquent, le balayage de la gemme peut être réalisé dans moins de positions angulaires de celle-ci sans réduire la précision, du moins en comparaison avec un balayage par un faisceau laser unique provenant d'une source de faisceau laser.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Afin de comprendre 1 ' invention et de voir comment elle peut être mise en oeuvre dans la pratique, des modes de réalisation vont maintenant être décrits, uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1A est une représentation schématique d'un exemple d'appareil selon la présente invention ; la figure IB est une représentation schématique de l'appareil représenté à la figure 1A, montrant des faisceaux laser projetés ; la figure 1C est une représentation schématique d'un autre exemple de l'appareil représenté à la figure 1A, montrant des faisceaux laser projetés ; la figure 1D est un agrandissement d'un système d'éclairage et d'une plate-forme de l'appareil représenté à la figure IB ;
la figure 1E est l'agrandissement de la figure 1D, avec une gemme soutenue par la plate-forme ; la figure 2A est une vue schématique en perspective d'une gemme ayant un défaut concave ; la figure 2B est une vue générale d'une silhouette de la gemme représentée à la figure 2A, l'emplacement du défaut étant indiqué ; la figure 3 représente la gemme montrée à la figure 1, avec une pluralité de faisceaux laser qui la chevauchent ; la figure 4A représente des reflets prédits de cinq faisceaux laser provenant d'un système d'éclairage laser, à partir d'une enveloppe convexe de la gemme ; la figure 4B représente les reflets captés des faisceaux laser se reflétant sur la gemme ; la figure 4C représente les reflets prédits de la figure 4A superposés aux reflets captés représentés à la figure 4B ;
les figures 5A à 5G représentent des points calculés à la surface de la gemme représentée aux figures 3A à 3C, sur une section transversale de celleci ; la figure 6 représente les points des figures 5A à 5G superposés ; la figure 7 représente une section transversale de l'enveloppe convexe de la gemme ; la figure 8A représente la vue générale calculée de la gemme ; la figure 8B représente la section transversale de la figure 7 superposée à la vue générale calculée de la figure 8A ; la figure 9 est une représentation schématique d'un autre exemple d'appareil selon la présente invention ; la figure 10A est une vue de côté d'une gemme ; les figures 10B à 10J (la figure 101 a été intentionnellement omise) sont des vues de dessus de la gemme représentée à la figure 10A, dans différentes positions angulaires ;
les figures 11A et 11B représentent une gemme, dans différentes positions angulaires, avec un faisceau laser unique qui tombe sur celle-ci ; les figures 11C et 11D représentent la gemme montrée aux figures 11A et 11B dans d'autres positions angulaires, avec un faisceau laser unique supplémentaire provenant d'une seconde source qui la chevauche ; et les figures 11E à 11J (la figure 111 est intentionnellement omise) représentent la gemme montrée aux figures 11A à 11D, avec plusieurs faisceaux laser provenant d'une source unique qui tombent sur la gemme.
DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION Ainsi que la figure 1A le représente schématiquement, il est proposé un appareil, indiqué de manière générale par le numéro 10, comprenant une plate- forme de soutien de gemme 14 (également appelée "dop" dans la technique) , un processeur 26 et un dispositif de cartographie (non désigné) incluant un système de numérisation par balayage (système formant scanneur) 15 et un système d'éclairage laser 24. L'appareil comprend de plus un moyen (non représenté) pour fournir une rotation relative entre la plate-forme 14 et le dispositif de cartographie autour d'un axe de rotation X.
Cela peut être obtenu soit par rotation de la plate-forme 14, soit par rotation du dispositif de cartographie .
L'appareil 10 est conçu pour déterminer la forme de gemmes comprenant des irrégularités à leur surface, en montant chaque gemme de ce type sur la plate-forme 14 et en la cartographiant à l'aide du dispositif de cartographie, la dimension transversale des gemmes se trouvant à une hauteur prédéterminée le long de l'axe de rotation X, non inférieure à une dimension minimale Dminet non supérieure à une dimension maximale Dmax. La figure 2A représente une telle gemme 12 ayant une concavité 28.
Le système de numérisation par balayage 15 inclut un éclairage en contre-jour 16 et un système d'imagerie 22 situé sur un axe optique Oxcroisant l'axe de rotation X.
Il est conçu pour déterminer les silhouettes de la gemme 12 dans une pluralité de positions angulaires de celle-ci. La vue générale d'une telle silhouette est indiquée par la ligne 32a à la figure 2B, et telle qu'on la voit, elle n'inclut pas la concavité 28, indiquée par les pointillés 32b.
Le système d'imagerie 22 comprend habituellement une partie d'appareil photo 18, qui peut être un CCD ou un autre dispositif photosensible, et une partie optique 20, qui peut comprendre des lentilles (non indiquées) conçues pour projeter la lumière depuis l'éclairage en contre-jour 16 et les faisceaux laser réfléchis depuis la gemme vers la partie d'appareil photo. L'optique 20 peut être un agencement télécentrique de lentilles, tel que connu dans la technique.
L'utilisation d'un tel agencement présente l'avantage que lorsque de la lumière diffuse est réfléchie par la gemme, seuls les rayons parallèles à l'axe optique du système d'imagerie 22 atteignent la partie d'appareil photo 18.
Le système d'éclairage 24 a un axe optique 02coupant l'axe Oxau niveau de l'axe de rotation X et définissant avec l'axe optique O un angle aigu (non désigné) de manière à permettre au système d'imagerie de capter au moins une partie de l'éclairage projeté par le système d'éclairage 24 quand il est réfléchi par la gemme.
Le système d'éclairage 24 est conçu pour produire une pluralité de faisceaux laser 21 le long de leurs différents chemins optiques respectifs, passant tous à travers un plan P qui comprend l'axe de rotation X et qui est orienté perpendiculairement à l'axe optique 02.
Les chemins optiques des faisceaux laser peuvent être parallèles à l'axe optique 02ou peuvent former des angles avec lui. Dans le premier cas, le système d'éclairage 24 peut inclure un assemblage de sources laser, comme montré à la figure IB, et dans le second cas, il peut inclure une source unique à faisceaux multiples, tel que montré à la figure 1C.
Comme on le voit à la figure 1D, la pluralité de faisceaux laser inclut deux faisceaux laser extrêmes 21a dont les chemins optiques croisent le plan P à des emplacements espacés les uns des autres par une distance supérieure à Dmax. Cette distance peut, par exemple, se situer entre 10 mm et 40 mm.
La pluralité de faisceaux laser se caractérise de plus par un pas entre deux faisceaux laser adjacents tel que des chemins optiques de deux faisceaux laser adjacents coupent le plan imaginaire P à des emplacements espacés l'un de l'autre par une distance inférieure à Dmin. Cette distance peut, par exemple, se situer entre 0 , 5 mm et 3 mm.
En disposant les faisceaux laser de la manière décrite en connexion avec la figure 1D, une représentation optimale sous forme d'image de la surface complète de la gemme peut être réalisée. La résolution de l'image finale de la gemme dépend du pas entre les faisceaux laser adjacents, ainsi que cela va apparaître plus bas.
En s 'assurant que la répartition totale des faisceaux laser (définie comme l'espacement ou pas entre les faisceaux laser extrêmes 21a) coupe le plan P sur une distance qui est supérieure à la dimension maximale Dmaxde la gemme, le maximum de la surface de la gemme est représenté sous forme d'image dans chaque position angulaire de la gemme.
La gemme 12 représentée à la figure 1E est frappée par des faisceaux laser 21 aux points 23 et n'est pas frappée par les faisceaux laser 21a.
Il va être remarqué que d'autres gemmes peuvent être proposées qui, outre le fait qu'elles ne sont pas frappées par des faisceaux laser extrêmes 21a, ne sont pas frappées par certains des faisceaux laser 21.
Les faisceaux laser peuvent prendre n'importe quelle forme appropriée, par exemple, ils peuvent être ainsi faits que leur intersection avec le plan P forme une ligne droite ou courbe, ou un point.
Un exemple de système d'éclairage laser qui peut être utilisé dans l'appareil décrit est le laser 733L SNF commercialisé par StockerYale of Salem, Massachusetts, Etats-Unis d'Amérique. Le pas p entre les faisceaux laser adjacents est de 0,38[deg.], et 33 faisceaux laser sont projetés. La longueur d'onde des faisceaux laser peut varier entre 635 nm et 830 nm.
Le processeur 26 est conçu pour commander le fonctionnement de l'appareil, calculer une composite des silhouettes de la gemme pour fournir une enveloppe convexe de celle-ci, calculer des reflets prédits de chaque faisceau laser sur base de l'enveloppe convexe calculée, comparer les reflets captés des faisceaux laser avec le reflet prédit de ces derniers, comme cela est expliqué ci-dessous, et ainsi déterminer la forme de la gemme, y compris les concavités.
Lors de l'utilisation, la gemme 12 est placée sur la plate-forme 14. La gemme peut être une pierre taillée ou une pierre brute et elle peut être recouverte d'une substance diffuse amovible telle que connue de la technique, par exemple dans le brevet US 6 567 156, dont la colonne 3, ligne 47 à la colonne 4, ligne 2 sont intégrées ici par voie de référence.
La plate-forme 14 est tournée sur deux rotations complètes .
Pendant la première rotation, l'éclairage en contre-jour 16 éclaire la pierre. Le système d'imagerie 22 balaye la pierre en captant son image dans chacune des positions d'un premier ensemble de positions angulaires prédéterminées. Chacune de ces images est une silhouette de la pierre.
A partir des silhouettes, une représentation tridimensionnelle de la gemme 12 est calculée par le processeur 26.
Etant donné que cette représentation est calculée en utilisant des images de silhouette, aucune caractéristique concave (par exemple, des concavités) de la gemme 12 ne va être représentée, ainsi que montré aux figures 2A et 2B.
Il va être remarqué que, puisque afin de calculer l'enveloppe convexe, le processeur 26 doit connaître la position angulaire de la gemme 12 correspondant à chacune des silhouettes, la rotation de la plate-forme 14 peut être commandée de cette façon.
Une fois que l'enveloppe convexe a été calculée, le processeur 26 exécute deux processus : un processus de prévision et un processus d' affinement .
Au cours du processus de prévision, le processeur 26 prédit, sur base de la supposition que la géométrie réelle de la pierre correspond à celle de l'enveloppe convexe, où le chemin du reflet capté de chaque faisceau laser sera détecté par le système d'imagerie. Au cours du processus d ' affinement , le processeur 26 compare les reflets captés de chaque faisceau laser avec les résultats de l'étape de prévision afin d'identifier les emplacements et géométries de concavités à la surface de la gemme. Ces deux processus vont être décrits cidessous . Le processus de prévision tire parti du fait que l'on connaît la disposition du système d'éclairage 24 par rapport au système d'imagerie 22.
Par conséquent, le processeur prédit, pour chacune des positions du second ensemble de positions angulaires de la gemme, la manière selon laquelle un faisceau laser provenant du système d'éclairage va être réfléchi, en supposant que la forme réelle de la gemme correspond à la forme de l'enveloppe convexe. Chaque point prédit (dans le cas où la source d'éclairage 24 devant être utilisée projette un faisceau laser linéaire) ou ligne prédit
(dans le cas où la source d'éclairage projette un faisceau laser plan) est appelé reflet prédi t . La prévision peut être réalisée par tout procédé connu, comme la triangulation. Cette prévision peut être réalisée n'importe quand après le premier tour (la première rotation) .
Afin que le processus d'affinement se poursuive, la gemme 12 subit une seconde rotation.
Pendant la seconde rotation, le système d'éclairage 24 projette des faisceaux laser sur la gemme. Les reflets des faisceaux laser sont captés par le système d'imagerie 22 dans chacune des positions d'un second ensemble de positions angulaires prédéterminées de la gemme pendant la seconde rotation. Ces positions peuvent être les positions dans lesquelles les silhouettes de la gemme ont été captées pendant la première rotation.
Il va être remarqué que, alors que la seconde rotation et la projection de faisceaux laser depuis le système d'éclairage 24 sur la gemme 12 sont une étape nécessaire au processus d ' affinement , il n'est pas nécessaire de les réaliser après le processus de prévision. La seconde rotation et l'éclairage associé peuvent être réalisés et seulement alors la prévision et l'a finement peuvent être réalisées.
Comme variante, pour chaque position angulaire de la gemme, les trois processus peuvent être exécutés simultanément.
Les reflets captés de chaque faisceau laser peuvent être visuellement comparés avec ses reflets prédits correspondants. On peut déterminer qu'il n'y a pas de concavité dans des emplacements où le reflet capté correspond sensiblement au reflet prédit. Si le reflet capté tombe du côté du reflet prévu, alors on peut déterminer qu'il y a une concavité à cet emplacement. L'étendue de la concavité est déterminée par l'étude de la déviation par triangulation.
Par exemple, les faisceaux laser sont projetés sur la gemme 12, comme montré à la figure 3. Des lignes 40 indiquent où les faisceaux laser tombent (sont incidents) sur la gemme. La figure 4A représente une série de reflets prédits 34a à 34e.
Chacune de ces lignes correspond au reflet prédit d'un des faisceaux laser du système d'éclairage 24 se reflétant sur une gemme ayant une forme qui correspond à la forme de l'enveloppe convexe, où chaque faisceau laser est plan. II faut remarquer que les reflets prévus représentés sont calculés pour une seule position angulaire de la gemme. La figure 4B représente les reflets captés 36a à 36e, respectivement, de chacun des faisceaux laser quand la gemme se trouve dans la même position angulaire utilisée pour calculer les reflets prédits. Les reflets captés 36a à 36e sont en réalité le point sur la gemme physique d'où le faisceau laser était réfléchi. Cela est déterminé, par exemple, à l'aide de la triangulation connue en soi dans la technique.
La figure 4C représente les reflets captés 36a à 36e superposés à leurs reflets prédits correspondants 34a à 34e.
Au cours du processus d ' ffinement , le processeur 26 détermine quel reflet capté 36a à 36e correspond à quel reflet prédit 34a à 34e en notant où il tombe par rapport à celui-ci ; les reflets captés provenant de concavités tomberont toujours du même côté du reflet prédit. Si le faisceau laser est projeté depuis le côté droit de la gemme, le reflet capté tombera à gauche de son reflet prédit correspondant.
Comme variante, le système d'éclairage pourrait être conçu pour projeter des faisceaux laser ayant différentes longueurs d'onde (c'est-à-dire couleurs) ou peut projeter chacun des faisceaux laser à un moment différent afin de les différencier les uns des autres.
Une fois que la correspondance entre les reflets captés 36a à 36e et leur reflet prédit correspondant 34a à 34e est déterminée, l'emplacement des concavités est visible aux déviations entre les reflets prédits et les reflets captés, par exemple, aux emplacements 38.
Pour chaque section transversale de la gemme, comme celle indiquée par la ligne II-II à la figure 3, la vue générale est calculée. Pour chaque faisceau laser, pour chaque position angulaire sur la gemme, les points d'incidence du faisceau sur la section transversale sont calculés, par exemple, par triangulation.
Les points associés à un faisceau laser unique et la section transversale pour toutes les positions angulaires sont agrégés, comme montré aux figures 5A à 5G pour sept faisceaux laser typiques. L'axe de rotation de la pierre porte la référence 40.
Il va être observé que pas tous les côtés de la gemme ont des points associés à ceux-ci à toutes les positions angulaires. Néanmoins, comme on le voit à la figure 6, lorsque toutes les images sont superposées,une image complète de la vue générale de la gemme au niveau de la section transversale émerge.
En plus de ce qui précède, la section transversale de l'enveloppe convexe, indiquée de manière générale par 42 à la figure 7, peut être calculée.
Ce calcul constitue une partie du processus de prévision et peut être réalisé à tout moment.
Une ligne, indiquée de manière générale par 44 et correspondant à l'image de la vue générale montrée à la figure 6, est calculée par le processeur, telle que représentée à la figure 8A. Par comparaison, la figure 8B représente la droite 44 superposée à la section transversale 42 de l'enveloppe convexe. Lors du calcul de la droite 44, plusieurs considérations peuvent être prises en compte. A cause d'erreurs opérationnelles normales, telles que le bruit, les vibrations, etc., plusieurs reflets captés peuvent donner des informations imprécises concernant l'emplacement où son faisceau laser respectif tombe sur la pierre. Par conséquent, on peut ne pas tenir compte de points largement différents de points obtenus par d'autres faisceaux laser dans la même zone.
De même, on peut ignorer des points qui se trouvent hors de la section transversale de l'enveloppe convexe. Ainsi qu'on le voit ci-dessus, en prévoyant plusieurs faisceaux laser pour la représentation sous forme d'image, davantage de points à la surface de la gemme sont représentés plusieurs fois, la ligne 44 étant ainsi calculée plus précisément. En outre, particulièrement dans des concavités profondes, un faisceau laser unique sera insuffisant pour cartographier toute la surface de celles-ci ; d'autres explications sont fournies ci-dessous.
Aux figures 11A et 11B, un faisceau laser 50 frappe une gemme 12 ayant une concavité 28 et le faisceau laser est réfléchi le long du chemin 50a. La gemme tourne dans le sens indiqué par la flèche 51. Lorsque la gemme 12 tourne, le faisceau laser 50 frappe différentes parties de la surface de la gemme 12.
Dans la plage angulaire (c'est-à-dire de rotation) de la gemme pendant laquelle le faisceau laser 50 peut à la fois entrer dans la concavité et en être réfléchi dans la direction du dispositif d'imagerie 22 (les positions extrêmes de cette plage étant représentées aux figures 11A et 11B) , seule la zone 55 est représentée sous forme d'image par le faisceau laser unique.
Ainsi que les figures 11C et 11D le représentent, l'ajout d'un second faisceau laser 150, qui est réfléchi le long du chemin 150a, provenant d'une direction différente, n'aide que de façon limitée, car seule la zone 155 est ainsi représentée sous forme d ' image .
Deux facteurs contribuent au manque de représentation sous forme d'image de la concavité quand seul un faisceau laser unique est projeté depuis chaque direction.
Le premier est que le faisceau laser ne peut pas atteindre toutes les surfaces de la concavité. Le second est que même parmi ces points sur lesquels tombe le faisceau laser, la ligne de visée entre le point et le système d'imagerie peut être bloquée par une paroi opposée de la concavité.
Ainsi qu'on le voit des figures 11E à 11J, quand une pluralité de faisceaux laser 50 est projetée sur la gemme depuis la même direction dans diverses positions angulaires, des parties de la concavité 28, qui n'est pas frappée par un faisceau laser unique, sont représentées sous forme d'image. De plus, un plus grand nombre de reflets des faisceaux laser sera détecté par le dispositif d'imagerie 22.
Il en résulte que la zone 55 qui est représentée sous forme d'image est plus grande que celle qui peut être obtenue au moyen d'un faisceau laser unique provenant de chaque source uniquement .
En plus de ce qui précède, il va être remarqué qu'en prévoyant plusieurs faisceaux laser, la surface représentée sous forme d'image de la gemme sera plus grande et représentée plus d'une fois, ce qui fournit une exactitude plus grande, moins de bruit et donc une image plus affinée. Bien que le système d'éclairage 24, tel que représenté à la figure 1, comprenne une source unique de laser conçue pour projeter plusieurs faisceaux laser, la présente invention ne se limite pas à un tel mode de réalisation. Comme on le voit à la figure 9, le système d'éclairage peut être divisé en deux sources laser ou plus 24a et 24b.
Chaque source laser peut projeter un ou plusieurs faisceaux laser. Dans une telle disposition, au moins un des faisceaux laser est espacé de l'axe de rotation de la plate-forme (c'est-àdire qu'il ne le coupe pas) . Cela est utile, par exemple lorsque la gemme 12 comme celle de la figure 10A, qui comprend une partie 46 faisant saillie vers le haut, qui est tournée autour de l'axe de rotation X.
Ainsi que les figures 10B à 10J le représentent, lorsque la gemme 12 est tournée dans une direction indiquée par la flèche 49, la partie 46 n'est frappée par un faisceau laser 50 passant à travers l'axe de rotation X (ci-après, "faisceau central " ) que pendant certaines parties de la rotation, et seules quelques zones de la partie sont frappées, comme on le voit aux figures 10D et 10H.
Ces mêmes zones seront frappées quelle que soit la direction d'où provient le faisceau central 50. En projetant un autre faisceau laser 52 qui ne passe pas à travers l'axe de rotation X, d'autres zones de la partie 46 sont frappées, comme aux figures 10B, 10C et 10D. Par ailleurs, des parties des zones sur lesquelles le faisceau central 50 tombe sont frappées plus directement, ce qui donne des résultats plus précis. Lorsque l'on sélectionne une source laser à faisceaux multiples pour servir de système d'éclairage 24, plusieurs facteurs entrent en ligne de compte. Le premier est la résolution du système d'imagerie 22. Des faisceaux laser trop proches les uns des autres risquent de n'être pas distingués par le système d'imagerie. En outre, même si le système d'imagerie peut les distinguer, des erreurs de traitement peuvent en résulter.
Par exemple, le processeur peut corréler un reflet capté avec un reflet prédit inexacte et réaliser des calculs sur la base de la corrélation d'un reflet capté avec un faisceau laser incorrect. D'autre part, des faisceaux laser trop éloignés entre eux peuvent manquer certaines caractéristiques de la gemme, autrement dit, la résolution de la forme composite tridimensionnelle de la gemme va être inférieure. De plus, un système d'éclairage proposant des faisceaux laser trop éloignés entre eux peut ne pas réussir à projeter plus d'un faisceau laser qui est incident
(tombe) sur une très petite pierre. II va être entendu que lorsque l'on discute de la distance entre des faisceaux laser, il est fait référence à la distance quand les faisceaux laser sont incidents sur la gemme. Pour les faisceaux laser parallèles, il s'agit de la distance absolue entre eux.
Pour les faisceaux laser divergents, la distance entre le système d'éclairage et la plate-forme peut être variée afin d'obtenir différentes distances.
Les hommes de l'art auquel cette invention a trait vont facilement évaluer que de nombreux changements, variantes et modifications peuvent être réalisés sans s'éloigner du champ de l'invention mutatis mutandis. Par exemple, la première rotation peut être omise si l'enveloppe convexe de la gemme peut être fournie par un autre moyen.
2006/0429
APPARATUS FOR DETERMINING THE FORM OF A GEM
FIELD OF THE INVENTION
This invention relates to an apparatus for inspecting a gemstone to determine its shape. BACKGROUND OF THE INVENTION
Finished gems that are available to the consumer are carved in a raw gem. In order to determine the optimal way to cut or saw the raw gemstone, it must first be inspected.
This inspection can be performed by a qualified professional, who then marks the rough gem of sawing line (s) to indicate to the lapidary how to form one or more finished stones from the rough stone.
Alternatively, systems have been developed to inspect and automatically trace sawing lines on rough stones.
These systems usually start by mapping the rough stone to determine its shape, if they determine the best way to carve it and draw it to finish a saw line. An example of this mapping and marking system is DiaMark (TM) manufactured by Sarin Technologies Ltd., Ramat Gan, Israel.
In the latter type of system, a gem to be mapped is rotated, its three-dimensional shape is determined, and its surface is represented as an image in a plurality of angular positions of the stone, so that the shape of the stone is determined including the concavities on its surface.
One way of mapping a gem is described in applicant's US Pat. No. 6,567,156 where, in order to determine the concavities on the surface of a gem, a slight structured triangulation is used, in which a laser beam is directed at the stone. in various angular positions of it, its reflection is captured and compared to the reflection that would be received from a hypothetical gem having the same three-dimensional silhouette.
Defects and concavities are indicated by deviations of the reflected reflection from that which would be detected on the hypothetical gem. SUMMARY OF THE INVENTION
According to one aspect of the present invention there is provided an apparatus for determining the shape of a gemstone including irregularities (e.g. concavities and defects) on its surface, the apparatus comprising a platform designed to support the a scanning system designed to provide geometric information (such as Cartesian or polar coordinates) about the three-dimensional convex hull of the gem, a lighting system designed to project lighting on the gem in the form of at least two laser beams along two distinct optical paths,
an imaging system adapted to capture at least a portion of said illumination when reflected by the gem, and a processor adapted to determine said shape from the captured illumination and geometric information, the apparatus being adapted to rotate the gem relative to the illumination system about an axis of rotation, and at least one of said optical paths is spaced from the axis.
According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for determining the shape of a gem including irregularities on its surface, the gem having a size not greater than a predetermined maximum size, the apparatus comprising a platform designed to support the gem, a scanner system designed to provide geometric information about the three-dimensional convex hull of the gem, a lighting system designed to project lighting onto the gem in the form of a plurality of laser beams, an imaging system designed to capture at least a portion of the illumination when it is reflected by the gem, and a processor adapted to determine said shape based on the captured illumination and said geometrical information,
the plurality of laser beams comprises a first extreme laser beam, a second extreme laser beam, and the remainder of the laser beams being between them, said extreme laser beams being spaced apart from each other at least around the platform at a distance greater than said maximum size of the gem.
In the apparatus according to the above two aspects of the invention, the processor can provide said form in the form of a three-dimensional representation of the gem,
which can be displayed or used in any way known in the art.
The laser beams may be linear or of another suitable form.
The relative rotation of the gemstone with respect to the lighting system can be ensured by the rotation of the platform or the rotation of the lighting system and the imaging system.
According to one embodiment of the apparatus of this aspect of the invention, the illumination system may comprise a multi-beam laser source, and according to another embodiment, it may comprise at least two laser sources, each of them projecting at least one laser beam.
In both embodiments, it is suggested that the optical paths of two adjacent laser beams form between them a predetermined angle, said angle and the distance between the lighting system and the platform supporting the gem being such that they ensure that the two optical paths of the laser beams pass through a gem of a predetermined minimum size, to be examined by the apparatus.
This angle can, for example, be between 0.05 [deg. ] and 10 [deg. ].
The imaging system may include a camera having a detector such as a CCD.
The scanner system can include at least the imaging system and a platform-facing light source disposed substantially opposite the imaging system to determine the silhouettes of the gemstone in a plurality of ways. angular positions thereof, in which case the convex envelope can be a composite of the silhouettes of the gem calculated by the processor.
According to another aspect of the present invention there is provided an apparatus for determining the shape of a gemstone including irregularities on its surface, comprising a platform designed to support the gem, a scanner system (scanning scanning system )
designed to provide geometric information about the three-dimensional convex hull of the gem, a lighting system designed to project a plurality of laser beams onto the gem, an imaging system designed to capture reflections from at least a portion of the gems laser beams from the surface of the gem, and a processor adapted to calculate, on the basis of said geometric information, a predicted reflection of each laser beam, in order to compare the reflected reflections with said predicted reflections and to relate each captured reflection to its predicted reflection corresponding to determine said shape of the gem on the basis of the comparison and said geometrical information.
According to this aspect, simultaneous scanning by multiple laser beams is facilitated.
Thus, only one rotation is required to obtain the scans of the different laser beams, thus reducing the total time required for scanning.
By connecting each captured reflection to its corresponding predicted reflection, the use of a plurality of laser beams projected at the same time is made possible.
According to one embodiment, the linking is accomplished by determining the proximity of each of the captured reflections with a predicted reflection.
In another embodiment, the matching is accomplished by determining which side each captured reflection falls relative to each predicted reflection.
According to a further embodiment, each laser beam has a different wavelength, in which the matching is performed on the basis of its wavelength.
According to another additional embodiment, each laser beam is projected at a different time. The matching is performed by determining the laser beam that corresponds to the moment at which each of the captured reflections is captured.
It will be appreciated that in any of the above, when multiple laser beams are projected from a single source, the gem can be rotated faster, thereby reducing the time required to scan the surface of an entire gemstone. .
This is because, for each angular position of the gem, a larger area of the gem's surface is swept in comparison with scanning with a single laser beam. Therefore, the scanning of the gemstone can be performed in less angular positions thereof without reducing the accuracy, at least in comparison with scanning by a single laser beam from a laser beam source.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
In order to understand the invention and to see how it can be implemented in practice, embodiments will now be described, by way of non-limiting examples only, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1A is a schematic representation of an exemplary apparatus according to the present invention; Fig. 1B is a schematic representation of the apparatus shown in Fig. 1A, showing projected laser beams; Fig. 1C is a schematic representation of another example of the apparatus shown in Fig. 1A, showing projected laser beams; Figure 1D is an enlargement of a lighting system and a platform of the apparatus shown in Figure 1B;
Figure 1E is the enlargement of Figure 1D, with a gem supported by the platform; Figure 2A is a schematic perspective view of a gem having a concave defect; Fig. 2B is a general view of a silhouette of the gem shown in Fig. 2A with the location of the defect indicated; Figure 3 shows the gem shown in Figure 1, with a plurality of overlapping laser beams; Fig. 4A shows predicted reflections of five laser beams from a laser illumination system from a convex hull of the gem; FIG. 4B represents the reflected reflections of the laser beams reflecting on the gem; FIG. 4C represents the predicted reflections of FIG. 4A superimposed on the captured reflections represented in FIG. 4B;
FIGS. 5A to 5G show points calculated on the surface of the gem shown in FIGS. 3A to 3C, on a cross section thereof; FIG. 6 represents the points of FIGS. 5A to 5G superimposed; Figure 7 shows a cross section of the convex hull of the gem; Figure 8A shows the calculated general view of the gem; Fig. 8B shows the cross-section of Fig. 7 superimposed on the calculated overall view of Fig. 8A; Figure 9 is a schematic representation of another example of apparatus according to the present invention; Figure 10A is a side view of a gem; Figs. 10B-10J (Fig. 101 has been intentionally omitted) are top views of the gem shown in Fig. 10A in different angular positions;
Figures 11A and 11B show a gem, in different angular positions, with a single laser beam falling on it; Figs. 11C and 11D show the gem shown in Figs. 11A and 11B in other angular positions, with an additional single laser beam from a second source overlapping it; and Figs. 11E-11J (Fig. 111 is intentionally omitted) represent the gem shown in Figs. 11A-11D, with several laser beams from a single source falling on the gem.
DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS As schematically shown in FIG. 1A, there is provided an apparatus, generally indicated by numeral 10, comprising a gem support platform 14 (also referred to as a "dop" in the art). , a processor 26 and a mapping device (not designated) including a scanning system (scanner system) 15 and a laser lighting system 24. The apparatus further comprises means (not shown) for providing relative rotation between the platform 14 and the mapping device about an axis of rotation X.
This can be obtained either by rotation of the platform 14 or by rotation of the mapping device.
The apparatus 10 is adapted to determine the shape of gems comprising irregularities on their surface, by mounting each gem of this type on the platform 14 and by mapping with the aid of the mapping device, the transverse dimension of the gems. at a predetermined height along the axis of rotation X, not less than a minimum dimension Dminet not greater than a maximum dimension Dmax. FIG. 2A shows such a gem 12 having a concavity 28.
The scanning system 15 includes backlit illumination 16 and an imaging system 22 located on an optical axis O xcrossing the axis of rotation X.
It is designed to determine the silhouettes of the gem 12 in a plurality of angular positions thereof. The general view of such a silhouette is indicated by the line 32a in Figure 2B, and as we see it, it does not include the concavity 28, indicated by the dashed lines 32b.
The imaging system 22 usually includes a camera portion 18, which may be a CCD or other photosensitive device, and an optical portion 20, which may include lenses (not shown) designed to project light from the camera. backlighting 16 and the laser beams reflected from the gem towards the camera part. The optics 20 may be a telecentric lens arrangement as known in the art.
The use of such an arrangement has the advantage that when diffuse light is reflected by the gem, only the rays parallel to the optical axis of the imaging system 22 reach the camera portion 18.
The illumination system 24 has an optical axis O 2 intersecting the axis O x at the axis of rotation X and defining with the optical axis O an acute angle (not designated) so as to enable the imaging system to capture at at least a part of the lighting projected by the lighting system 24 when it is reflected by the gem.
The illumination system 24 is adapted to produce a plurality of laser beams 21 along their respective optical paths, all passing through a plane P which includes the axis of rotation X and which is oriented perpendicular to the optical axis 02.
The optical paths of the laser beams may be parallel to the optical axis 02 or may form angles with it. In the first case, the illumination system 24 may include an assembly of laser sources, as shown in FIG. 1B, and in the second case, it may include a single multibeam source, as shown in FIG. 1C.
As seen in FIG. 1D, the plurality of laser beams includes two extreme laser beams 21a whose optical paths intersect the plane P at locations spaced from each other by a distance greater than Dmax. This distance may, for example, be between 10 mm and 40 mm.
The plurality of laser beams is further characterized by a pitch between two adjacent laser beams such that optical paths of two adjacent laser beams intersect the imaginary plane P at locations spaced from each other by a distance less than Dmin. This distance may, for example, be between 0.5 mm and 3 mm.
By arranging the laser beams as described in connection with FIG. 1D, an optimal image representation of the entire surface of the gemstone can be realized. The resolution of the final image of the gem depends on the pitch between the adjacent laser beams, as it will appear lower.
By ensuring that the total laser beam distribution (defined as the spacing or not between the extreme laser beams 21a) intersects the plane P by a distance that is greater than the maximum dimension Dmax of the gem, the maximum of the area of the gem is represented as an image in each angular position of the gem.
The gem 12 shown in FIG. 1E is struck by laser beams 21 at the points 23 and is not struck by the laser beams 21a.
It will be appreciated that other gems may be provided which, in addition to not being struck by extreme laser beams 21a, are not struck by some of the laser beams 21.
The laser beams can take any suitable shape, for example, they can be so made that their intersection with the plane P forms a straight or curved line, or a point.
An example of a laser lighting system that can be used in the described apparatus is the SNF 733L laser marketed by Stocker Yale of Salem, Massachusetts, United States of America. The pitch p between the adjacent laser beams is 0.38 [deg. ], and 33 laser beams are projected. The wavelength of the laser beams can vary between 635 nm and 830 nm.
The processor 26 is designed to control the operation of the apparatus, calculate a composite of the silhouettes of the gem to provide a convex hull thereof, calculate predicted reflections of each laser beam based on the calculated convex hull, compare the reflected reflections of the laser beams with the predicted reflection of the latter, as explained below, and thus determine the shape of the gem, including the concavities.
In use, the gem 12 is placed on the platform 14. The gemstone may be a cut stone or a rough stone and may be covered with a removable diffuse substance as known in the art, for example in US Pat. No. 6,567,156, including column 3, line 47 to column 4 , line 2 are hereby incorporated by reference.
The platform 14 is rotated over two complete rotations.
During the first rotation, backlit lighting illuminates the stone. The imaging system 22 scans the stone by capturing its image in each of the positions of a first set of predetermined angular positions. Each of these images is a silhouette of the stone.
From the silhouettes, a three-dimensional representation of the gem 12 is calculated by the processor 26.
Since this representation is calculated using silhouette images, no concave features (eg, concavities) of gem 12 will be shown, as shown in FIGS. 2A and 2B.
It will be noticed that, in order to calculate the convex hull, the processor 26 must know the angular position of the gem 12 corresponding to each of the silhouettes, the rotation of the platform 14 can be controlled in this way.
Once the convex hull has been calculated, the processor 26 performs two processes: a preview process and a refinement process.
During the forecasting process, the processor 26 predicts, based on the assumption that the real geometry of the stone corresponds to that of the convex hull, where the path of the reflected reflection of each laser beam will be detected by the system. imaging. During the refinement process, the processor 26 compares the reflected reflections of each laser beam with the results of the prediction step to identify the locations and geometry of concavities on the surface of the gem. These two processes will be described below. The forecasting process takes advantage of the fact that the arrangement of the lighting system 24 with respect to the imaging system 22 is known.
Therefore, the processor predicts, for each of the positions of the second set of angular positions of the gem, the manner in which a laser beam from the illumination system will be reflected, assuming that the actual shape of the gem corresponds to the shape of the convex hull. Each predicted point (in the case where the lighting source 24 to be used projects a linear laser beam) or predicted line
(In the case where the source of illumination projects a plane laser beam) is called predi t reflection. The prediction can be performed by any known method, such as triangulation. This forecast can be done anytime after the first turn (the first rotation).
In order for the refinement process to continue, gem 12 is rotated a second time.
During the second rotation, the lighting system 24 projects laser beams onto the gem. The reflections of the laser beams are picked up by the imaging system 22 in each of the positions of a second set of predetermined angular positions of the gem during the second rotation. These positions may be the positions in which the silhouettes of the gem were captured during the first rotation.
It will be noticed that while the second rotation and laser beam projection from the lighting system 24 onto the gem 12 is a necessary step in the refinement process, it is not necessary to carry them out after the process. forecast. The second rotation and the associated lighting can be realized and only then can the prediction and finely be realized.
Alternatively, for each angular position of the gem, the three processes can be executed simultaneously.
The reflected reflections of each laser beam can be visually compared with its corresponding predicted reflections. It can be determined that there is no concavity in locations where the captured reflection substantially matches the predicted reflection. If the captured reflection falls on the side of the projected reflection, then it can be determined that there is a concavity at that location. The extent of the concavity is determined by the study of the deviation by triangulation.
For example, the laser beams are projected onto the gem 12, as shown in FIG. Lines 40 indicate where the laser beams fall (are incident) on the gem. Figure 4A shows a series of predicted reflections 34a to 34e.
Each of these lines corresponds to the predicted reflection of one of the laser beams of the lighting system 24 reflecting on a gem having a shape that corresponds to the shape of the convex envelope, where each laser beam is plane. It should be noted that the expected reflections shown are calculated for a single angular position of the gem. Figure 4B shows the captured reflections 36a-36e, respectively, of each of the laser beams when the gem is in the same angular position used to calculate the predicted reflections. The reflected reflections 36a to 36e are actually the point on the physical gem from which the laser beam was reflected. This is determined, for example, using triangulation known per se in the art.
FIG. 4C represents the reflected reflections 36a to 36e superimposed on their corresponding predicted reflections 34a to 34e.
During the processing process, the processor 26 determines which captured reflection 36a to 36e corresponds to which predicted reflection 34a to 34e by noting where it falls relative thereto; the reflections captured from concavities will always fall on the same side of the predicted reflection. If the laser beam is projected from the right side of the gem, the captured reflection will fall to the left of its corresponding predicted reflection.
Alternatively, the illumination system could be designed to project laser beams having different wavelengths (i.e., colors) or can project each of the laser beams at a different time to differentiate them from each other. other.
Once the correspondence between the captured reflections 36a to 36e and their predicted reflection corresponding 34a to 34e is determined, the location of the concavities is visible at the deviations between the predicted reflections and the reflections captured, for example, at the locations 38.
For each cross-section of the gem, such as that indicated by line II-II in Figure 3, the general view is calculated. For each laser beam, for each angular position on the gem, the points of incidence of the beam on the cross section are calculated, for example, by triangulation.
The points associated with a single laser beam and the cross-section for all angular positions are aggregated, as shown in Figs. 5A-5G for seven typical laser beams. The axis of rotation of the stone bears the reference 40.
It will be observed that not all sides of the gem have points associated with these at all angular positions. Nevertheless, as seen in Figure 6, when all the images are superimposed, a complete picture of the general view of the gem at the cross-section emerges.
In addition to the above, the cross-section of the convex hull, indicated generally 42 in FIG. 7, can be calculated.
This calculation is part of the forecasting process and can be done at any time.
A line, indicated generally at 44 and corresponding to the general view image shown in FIG. 6, is calculated by the processor as shown in FIG. 8A. By comparison, Figure 8B shows the line 44 superimposed on the cross section 42 of the convex hull. When calculating the line 44, several considerations can be taken into account. Due to normal operational errors, such as noise, vibrations, etc. , several reflected reflections can give inaccurate information about the location where his respective laser beam falls on the stone. Therefore, one can ignore the widely different points of points obtained by other laser beams in the same area.
Similarly, points outside the cross-section of the convex hull can be ignored. As seen above, by providing multiple laser beams for the image representation, more points on the surface of the gem are shown more than once, the line 44 thus being calculated more precisely. In addition, particularly in deep concavities, a single laser beam will be insufficient to map the entire surface thereof; further explanations are provided below.
In Figs. 11A and 11B, a laser beam 50 strikes a gem 12 having a concavity 28 and the laser beam is reflected along the path 50a. The gem rotates in the direction indicated by the arrow 51. When the gem 12 rotates, the laser beam 50 strikes different parts of the surface of the gem 12.
In the angular (i.e., rotational) range of the gem during which the laser beam 50 can both enter the concavity and be reflected in the direction of the imaging device 22 (the extreme positions of this range being shown in Figures 11A and 11B), only the area 55 is represented as an image by the single laser beam.
As FIGS. 11C and 11D show, the addition of a second laser beam 150, which is reflected along the path 150a, coming from a different direction, only helps in a limited way, since only the area 155 is thus represented in the form of an image.
Two factors contribute to the lack of image representation of the concavity when only a single laser beam is projected from each direction.
The first is that the laser beam can not reach all surfaces of the concavity. The second is that even among those points on which the laser beam falls, the line of sight between the point and the imaging system can be blocked by an opposite wall of the concavity.
As shown in FIGS. 11E to 11J, when a plurality of laser beams 50 are projected onto the gemstone from the same direction in various angular positions, portions of the concavity 28, which is not struck by a laser beam unique, are represented as an image. In addition, a greater number of reflections of the laser beams will be detected by the imaging device 22.
As a result, area 55 which is represented as an image is larger than that which can be obtained by means of a single laser beam from each source only.
In addition to the above, it will be noticed that by providing multiple laser beams, the surface represented as an image of the gem will be larger and represented more than once, which provides greater accuracy, less noise and therefore a more refined image. Although the lighting system 24, as shown in FIG. 1, comprises a single laser source designed to project a plurality of laser beams, the present invention is not limited to such an embodiment. As seen in FIG. 9, the lighting system can be divided into two or more laser sources 24a and 24b.
Each laser source can project one or more laser beams. In such an arrangement, at least one of the laser beams is spaced from the axis of rotation of the platform (i.e., it does not cut it). This is useful, for example when gem 12, like that of FIG. 10A, which includes an upwardly projecting portion 46 which is rotated about the axis of rotation X.
As shown in FIGS. 10B-10J, when the gem 12 is rotated in a direction indicated by the arrow 49, the portion 46 is struck by a laser beam 50 passing through the axis of rotation X (hereinafter , "central beam") only during certain parts of the rotation, and only a few areas of the part are struck, as seen in Figures 10D and 10H.
These same areas will be struck regardless of the direction from which the central beam 50 originates. By projecting another laser beam 52 which does not pass through the axis of rotation X, other areas of the portion 46 are struck, as in Figures 10B, 10C and 10D. On the other hand, portions of the areas on which the central beam 50 falls are struck more directly, giving more accurate results. When selecting a multi-beam laser source for use as a lighting system 24, several factors come into play. The first is the resolution of the imaging system 22. Laser beams too close together may not be distinguished by the imaging system. In addition, even if the imaging system can distinguish them, processing errors can result.
For example, the processor may correlate a captured reflection with an inaccurate predicted reflection and perform calculations based on the correlation of a reflection captured with an incorrect laser beam. On the other hand, laser beams too far apart may miss some characteristics of the gem, that is, the resolution of the three-dimensional composite shape of the gem will be lower. In addition, a lighting system with laser beams too far apart may not be able to project more than one incident laser beam
(falls) on a very small stone. It will be understood that when discussing the distance between laser beams, reference is made to the distance when the laser beams are incident on the gem. For parallel laser beams, this is the absolute distance between them.
For diverging laser beams, the distance between the lighting system and the platform can be varied to obtain different distances.
Those skilled in the art to which this invention relates will readily appreciate that many changes, variations and modifications can be made without departing from the scope of the invention mutatis mutandis. For example, the first rotation may be omitted if the convex hull of the gem can be provided by other means.