BE1017316A7 - Appareil pour determiner le forme d'une gemme. - Google Patents

Abstract

Il est proposÚ un appareil pour dÚterminer la forme d'une gemme incluant des irrÚgularitÚs Ó sa surface. L'appareil comprend une plate-forme conþue pour soutenir la gemme, un systÞme de numÚrisation par balayage conþu pour fournir des informations gÚomÚtriques concernant l'enveloppe convexe tridimensionnelle de la gemme, un systÞme d'Úclairage conþu pour projeter sur la gemme une pluralitÚ de faisceaux laser, un systÞme d'imagerie conþu pour capter des reflets d'au moins une partie desdits faisceaux laser se reflÚtant Ó la surface la gemme, et un processeur. Le processeur est conþu pour calculer, sur la base desdites informations gÚomÚtriques, un reflet prÚdit de chaque faisceau laser, afin de comparer les reflets captÚs avec lesdits reflets prÚdits et de relier chaque reflet captÚ Ó son reflet prÚdit correspondant, pour dÚterminer ladite forme de la gemme Ó partir de la comparaison et desdites informations gÚomÚtriques.

Description

  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.

Claims (33)

REVENDICATIONS

1 ' enveloppe convexe .

1. Appareil pour déterminer la forme d'une gemme incluant des concavités à sa surface, la gemme ayant une taille non inférieure à une taille minimale prédéterminée, l'appareil comprenant :

(a) une plate-forme conçue pour soutenir la gemme ;

(b) un système de numérisation par balayage conçu pour fournir des informations géométriques concernant l'enveloppe convexe tridimensionnelle de la gemme ;

(c) un système d'éclairage conçu pour projeter sur ladite gemme un éclairage sous la forme d'au moins deux faisceaux laser le long d'au moins deux chemins optiques distincts ;

(d) un système d'imagerie conçu pour capter au moins une partie dudit éclairage quand il est réfléchi par la gemme ; et (e) un processeur conçu pour déterminer ladite forme sur base de l'éclairage capté et desdites informations géométriques ; l'appareil étant conçu pour tourner ladite gemme par rapport au système d'éclairage autour d'un axe de rotation ; au moins un desdits chemins étant espacé dudit axe de rotation.

2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel la gemme a une taille non inférieure à une taille minimale prédéterminée, et ledit système d'éclairage a un axe optique et il est conçu pour produire lesdits faisceaux laser de telle manière qu'ils passent à travers un plan, qui inclut ledit axe de rotation et qui est orienté perpendiculairement audit axe optique, à des emplacements espacés les uns des autres à une distance inférieure à ladite taille minimale .

3. Appareil selon la revendication 1, dans lequel la gemme, a une taille non supérieure à une taille maximale prédéterminée, et ladite pluralité de faisceaux laser comprend un premier faisceau laser extrême et un second faisceau laser extrême, tous les autres faisceaux laser étant projetés entre eux, dans lequel lesdits faisceaux laser extrêmes sont 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 .

4. Appareil selon la revendication 1, dans lequel ledit processeur est 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 .

5. Appareil selon la revendication 1, dans lequel les faisceaux laser sont linéaires de sorte que la projection de chacun d'eux sur la gemme à la forme d'un point.

6. Appareil selon la revendication 1, dans lequel les faisceaux laser sont plans de sorte que la projection de chacun d'eux sur la gemme à la forme d'une ligne.

7. Appareil selon la revendication 1, dans lequel la plate- forme est conçue pour tourner, fournissant ainsi la rotation.

8. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le système d'éclairage et le système d'imagerie sont conçus pour tourner, fournissant ainsi la rotation.

9. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le système d'éclairage comprend une source laser à faisceaux multiples.

10. Appareil selon la revendication 6, dans lequel chacun desdits faisceaux laser provenant de la source laser à faisceaux multiples est disposé selon un angle dont la valeur se situe dans le plage de 0,05[deg.] à 10[deg.] par rapport à des faisceaux laser adjacents.

11. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le système d'éclairage comprend au moins deux sources laser, chacune d'elle projetant au moins un faisceau laser.

12. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le système d'imagerie comprend une caméra ayant un CCD.

13. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le système de numérisation par balayage comprend au moins ledit système d'imagerie et une source de lumière faisant face à ladite plate-forme et disposée sensiblement à l'opposé du système d'imagerie.

14. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le processeur est conçu pour calculer 1 ' enveloppe convexe .

15. Appareil selon la revendication 1, dans lequel ladite enveloppe convexe est un composite de silhouettes de la gemme fournies par le système de numérisation par balayage.

16. Appareil pour déterminer la forme d'une gemme ayant une taille non supérieure à une taille maximale prédéterminée, l'appareil comprenant :

(a) une plate- forme conçue pour soutenir la gemme ;

(b) un système de numérisation par balayage conçu pour fournir des informations géométriques concernant 1 ' enveloppe convexe tridimensionnelle de la gemme ;

(c) au moins une source laser étant conçue pour projeter une pluralité de faisceaux laser, ladite pluralité de faisceaux laser comprenant un premier faisceau laser extrême et un second faisceau laser extrême, tous les autres faisceaux laser étant projetés entre eux ;

(d) un système d'imagerie conçu pour capter au moins une partie dudit éclairage quand il est réfléchi par la gemme ; et

(e) un processeur conçu pour déterminer ladite forme sur base de l'éclairage capté et desdites informations géométriques ; dans lequel lesdits faisceaux laser extrêmes sont 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.

17. Appareil selon la revendication 16, dans lequel la gemme a une taille non inférieure à une taille minimale prédéterminée, et ledit système d'éclairage a un axe optique et est conçu pour produire lesdits faisceaux laser de telle façon qu'ils passent à travers un plan, qui inclut ledit axe de rotation et qui est orienté perpendiculairement audit axe optique, à des emplacements espacés les uns des autres à une distance inférieure à ladite taille minimale.

18. Appareil selon la revendication 16, dans lequel ledit processeur est 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 .

19. Appareil selon la revendication 16, dans lequel les faisceaux laser sont linéaires de sorte que la projection de chacun d'eux sur la gemme à la forme d ' un point .

20. Appareil selon la revendication 16, dans lequel les faisceaux laser sont plans de sorte que la projection de chacun d'eux sur la gemme à la forme d'une ligne.

21. Appareil selon la revendication 16, dans lequel chacun desdits faisceaux laser provenant de la source laser est disposé selon un angle de 0,38[deg.] par rapport aux faisceaux laser adjacents.

22. Appareil selon la revendication 16, dans lequel la plate-forme est conçue pour tourner, fournissant ainsi la rotation.

23. Appareil selon la revendication 16, dans lequel la au moins une source laser et le système d'imagerie sont conçus pour tourner, fournissant ainsi la rotation.

24. Appareil selon la revendication 16, dans lequel le système d'imagerie comprend une caméra ayant un CCD.

25. Appareil selon la revendication 16, dans lequel le système de numérisation par balayage comprend au moins ledit système d'imagerie et une source de lumière faisant face à ladite plate-forme et disposée sensiblement à l'opposé du système d'imagerie.

26. Appareil selon la revendication 16, dans lequel le processeur est conçu pour calculer

27. Appareil selon la revendication 16, dans lequel ladite enveloppe convexe est un composite des silhouettes de la gemme fournies par le système de numérisation par balayage.

28. Appareil pour déterminer la forme d'une gemme, l'appareil comprenant :

(a) une plate-forme conçue pour soutenir la gemme ; (b) un système de numérisation par balayage conçu pour fournir des informations géométriques concernant l'enveloppe convexe tridimensionnelle de la gemme ; (c) un système d'éclairage comprenant au moins une source laser, ledit système d'éclairage étant conçu pour projeter sur ladite gemme un éclairage sous la forme d'au moins deux faisceaux laser le long d'au moins deux chemins distincts ; (d) un système d'imagerie conçu pour capter au moins une partie dudit éclairage quand il est réfléchi par la gemme ; et

(e) 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 .

29. Appareil selon la revendication 28, dans lequel la gemme a une taille non inférieure à une taille minimale prédéterminée, et ledit système d'éclairage a un axe optique et est conçu pour produire lesdits faisceaux laser de telle façon qu'ils passent à travers un plan, qui inclut ledit axe de rotation et qui est orienté perpendiculairement audit axe optique, à des emplacements espacés les uns des autres à une distance inférieure à ladite taille minimale.

30. Appareil selon la revendication 28, dans lequel la mise en relation est accomplie en déterminant la proximité de chacun des reflets captés par rapport à un reflet prédit.

31. Appareil selon la revendication 28, dans lequel la mise en relation est accomplie en déterminant de quel côté de chacun des reflets prédits chaque reflet capté tombe.

32. Appareil selon la revendication 28, dans lequel chaque faisceau laser à une longueur d'onde différente, la mise en relation étant réalisée en déterminant le faisceau laser qui correspond à chacun des reflets captés sur la base de sa longueur d'onde.

33. Appareil selon la revendication 28, dans lequel chaque faisceau laser est projeté à un moment différent, la mise en relation étant réalisée en déterminant le faisceau laser qui correspond au moment auquel chacun des reflets captés est capté.