BE1018554A3 - Inrichting en werkwijze voor het afvlakken van een edelsteen. - Google Patents

Abstract

Inrichting (1) voor het afvlakken van een edelsteen (2) volgens een vooraf gemerkt snijvlak, waarbij de inrichting (1) een laserbron (3) en een optisch systeem (4) bevat voor het focusseren van de door de laserbron (3) gegenereerde laserbundel tot een convergerende bundel, daardoor gekenmerkt dat tussen het focusserend systeem (4) en de laserbron (3) middelen (5) zijn voorzien die de positie van de laserbundel ten opzichte van het focusserend systeem (4) beïnvloeden zodat de optische as van de convergerende bundel met het gemerkt gewenst snijvlak een hoek insluit die gelijk of nagenoeg gelijk is aan de halve openingshoek van de gefocusseerde bundel.

Description

Inrichting en werkwijze voor het afvlakken van een edelsteen.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een inrichting en een werkwijze voor het afvlakken van een edelsteen.

Meer specifiek is de uitvinding bedoeld voor het afvlakken van een edelsteen volgens een gemerkt snijvlak.

Het is bekend dat bij de bewerking van edelstenen laserbundels worden aangewend om de edelsteen volgens een gewenst vlak te snijden.

In de bestaande inrichtingen en werkwijzen wordt de edelsteen volgens een vooraf gemerkt vlak afgevlakt. Voor de bepaling van de positie en richting van dit vlak zijn in de literatuur verscheidene methoden bekend.

Men kent reeds inrichtingen voor het afvlakken van edelstenen waarin een door een laserbron gegenereerde laserbundel, door middel van een lens, tot een brandpunt wordt gefocusseerd en waarbij de te bewerken edelsteen ten opzichte van de lens wordt verplaatst.

In deze inrichtingen heeft de focusserende bundel achter de lens een conische vorm die uiteraard afhankelijk is van de divergentie van de bundel.

In de bekende inrichtingen wordt deze focusserende bundel op het snijvlak gericht dat door een snijlijn vooraf wordt gemerkt.

Een nadeel is dat bij het snijden een V-vormige snede in de edelsteen wordt gerealiseerd, en dat het gerealiseerd snijvlak afwijkt van het gewenst snijvlak, zoals dit vooraf werd gemerkt.

Door het snijden zal de oorspronkelijke ruwe edelsteen in twee delen worden verdeeld, een zogenaamde hoofdedelsteen en een secundaire edelsteen.

Aangezien de hoofdedelsteen de grootste waarde vertegenwoordigt is het hierbij de bedoeling dat de hoofdedelsteen zo exact mogelijk volgens het vooraf gemerkt snijvlak wordt afgevlakt om de gewenste geometrie van de hoofdedelsteen zo goed mogelijk te benaderen.

Echter, de V-vormige snede brengt met zich mee dat er te veel materiaal van de hoofdedelsteen wordt weggesneden ten opzichte van het geplande snijvlak.

Een hieraan verbonden nadeel is dan ook dat de hoofdedelsteen minder gewicht en dus minder waarde bezit dan in het geval een perfecte snede volgens het gemerkt vlak zou worden gerealiseerd.

Een hiermee verbonden nadeel is dat het bekomen snijvlak van de hoofdedelsteen verder gepolijst moet worden om het effect van de V-vormige snede te verwijderen, waardoor deze werkwijze arbeidsintensief is en bovendien een verlies van materiaal van de hoofdedelsteen met zich meebrengt, waardoor deze aan waarde verliest.

Men weet verder dat het verlies aan materiaal in de hoofdedelsteen kan worden verminderd door de convergerende laserbundel en de lens te verschuiven, zodat het convergentiepunt van de bundel naast de te realiseren snijlijn is gelegen .

De afstand tussen deze snijlijn en het convergentiepunt van de bundel wordt daarbij in functie van de divergentiehoek van de bundel berekend.

Op deze manier wordt de eigenlijke snijlijn parallel ten opzichte van het gemerkt te realiseren snijvlak verplaatst.

Een nadeel is dat het resulterende snijvlak van de hoofdedelsteen gekanteld is ten opzichte van het gewenste snijvlak en de hoofdedelsteen nog steeds gepolijst moet worden en/of andere bewerkingsstappen noodzakelijk zijn, waarbij er vaak teveel materiaal wordt verwijderd en bijgevolg gaat ook deze werkwijze met een onnodig materiaal- en waardeverlies gepaard.

Om te voorkomen dat er te veel materiaal wordt verwijderd, zijn er alternatieve inrichtingen en werkwijzen bekend waarbij de as van de convergerende bundel zich onder een zekere hoek ten opzichte van de as van de houder van de te bewerken edelsteen bevindt.

Een nadeel is dat deze inrichting vrij complex is en een zeer nauwkeurige positionering van de lens en de edelsteen vereist.

Bovendien is de daarin toegepaste werkwijze veel ingewikkelder, aangezien bijkomende berekeningen en testproeven noodzakelijk zijn om tot goede resultaten te komen.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan één of meerdere van de voornoemde en/of andere nadelen een oplossing te bieden, doordat zij voorziet in een inrichting voor het afvlakken van een edelsteen volgens een vooraf gemerkt snijvlak, waarbij de inrichting een laserbron en een optisch systeem bevat voor het focusseren van de door de laserbron gegenereerde laserbundel tot een convergerende bundel, waarbij, tussen het focusserend systeem en de laserbron, middelen zijn voorzien die de positie van de laserbundel beïnvloeden ten opzichte van het focusserend systeem, zodat de optische as van de convergerende bundel met het gewenste gemarkeerde snijvlak een hoek insluit die gelijk of nagenoeg gelijk is aan de halve openingshoek van de gefocuste bundel.

Een voordeel is dat deze inrichting toelaat een edelsteen af te vlakken met geen of een zeer gering materiaalverlies.

Een ander voordeel is dat, na het afvlakken, het resulterende snijvlak praktisch identiek is aan het geplande gewenste snijvlak op de hoofdedelsteen, en het dus niet vereist is om nog extra te polijsten om deze twee vlakken in overstemming te brengen, waardoor de waarde van de hoofdedelsteen wordt gepreserveerd.

Nog een voordeel is dat de inrichting zeer eenvoudig is, geen complexe uitlijning vereist en dus relatief goedkoop is.

De huidige uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het afvlakken van een edelsteen volgens een vooraf gemerkt snijvlak, waarbij de werkwijze gebruik maakt van een laserbron en een focusserend systeem om de door de laserbron gegenereerde bundel te convergeren voor het afvlakken van de edelsteen, waarbij de positie van de laserbundel ten opzichte van het focusserend systeem op zodanige manier wordt beïnvloed dat de optische as van de convergerende bundel een hoek insluit met het gemarkeerde snijvlak, die gelijk of nagenoeg gelijk is aan de halve openingshoek van de convergerende bundel, en dan de edelsteen relatief ten opzichte van de convergerende bundel te verplaatsen, waarbij het te snijden vlak steeds rakend aan de convergerende bundel wordt gehouden.

Het toepassen van deze werkwijze leidt tot de hierboven vermelde voordelen.

Bij voorkeur omvatten deze middelen een verplaatsbare spiegel of een golfgeleider om de positie te beïnvloeden van de convergerende bundel ten opzichte van het focusserend systeem.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven van de inrichting volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin:

Figuur 1 schematisch en in perspectief een eerste uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding weergeeft; figuur 2 een alternatieve uitvoeringsvorm van de inrichting uit figuur 1 weergeeft.

In figuur 1 is schematisch een eerste uitvoeringsvorm van de inrichting 1 voor het afvlakken van een edelsteen 2 weergegeven die een laserbron 3 en een focusserend systeem 4 bevat.

Voor het snijden van een edelsteen 2 wordt bij voorkeur laserbron 3 aangewend zoals bijvoorbeeld een Nd-YAG-laser.

Bij voorkeur wordt de positie van de laserbron 3 en het focusserend systeem 4 zodanig gekozen dat de laserbundel die op het focusserend systeem 4 invalt, parallel aan de optische as van het focusserend systeem 4 is.

In een praktische uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt het focusserend systeem 4 gevormd door één of meerdere lenzen die de door de laserbron 3 gegenereerde bundel tot een kleine spot focusseren, waarbij de focusserende bundel een openingshoek vertoont die in figuur 1 met B is aangeduid.

Volgens de uitvinding zijn tussen de laserbron 3 en dit focusserend systeem 4 middelen 5 voorzien die de positie van de laserbundel beïnvloeden ten opzichte van het focusserend systeem 4.

Volgens de uitvinding wordt de positie van de laserbundel zodanig beïnvloedt, dat de optische as A-A' van de convergerende bundel een hoek insluit met het gemerkt snijvlak die gelijk is aan of nagenoeg gelijk is aan de halve openingshoek B van de convergerende bundel.

Zoals duidelijk in figuur 1 is weergegeven, zorgen de voornoemde middelen ervoor dat de convergerende bundel rakend is aan het gemerkt snijvlak.

In een praktische uitvoeringsvorm laten de voornoemde middelen 5 toe de invallende laserbundel op het focusserend systeem 4 evenwijdig te verplaatsen ten opzichte van de optische as van het focusserend systeem 4.

Bij voorkeur wordt de verplaatsing van de laserbundel in functie van de halve diameter van de op het focusserend systeem invallende laserbundel gekozen.

In de uitvoeringsvorm van de figuren is de verplaatsing zodanig gekozen dat de afstand tussen de as van de invallende laserbundel en de optische as van het focusserend systeem 4, gelijk is aan de halve diameter van de invallende laserbundel.

Hoewel het focusserend systeem 4 in figuur 1 in de vorm een enkelvoudige lens is weergegeven, is het voor een vakman duidelijk dat de uitvinding hiertoe niet beperkt is en dat het focusserend systeem eveneens een doublet, een triplet of een ander meervoudig lenzensysteem kan omvatten dat specifiek werd ontworpen om bijvoorbeeld optische aberraties te reduceren.

In een praktische uitvoeringsvorm van de uitvinding kunnen de voornoemde middelen 5 een verplaatsbare spiegel 6 omvatten.

In de uitvoeringsvorm van figuur 1 valt de laserbundel met een invalshoek van 45° in op de spiegel 6, één en ander zodanig dat de invallende en gereflecteerde bundel loodrecht op elkaar staan, doch de uitvinding is hiertoe niet beperkt.

Bij voorkeur is de voornoemde spiegel 6 verplaatsbaar in een richting loodrecht op de as van de invallende laserbundel op het focusserend systeem 4, welke richting in figuur 1 met de dubbele pijl P is aangeduid.

De beweging van de spiegel is niet beperkt tot een beweging in een richting loodrecht op de as van de invallende laserbundel, maar om het even welke andere beweging die de gewenste verplaatsing van de bundel zou opleveren behoort ook tot de mogelijkheden.

De werkwijze voor het afvlakken van een edelsteen 2, door middel van een inrichting 1 volgens de uitvinding, is zeer eenvoudig en als volgt.

Na het selecteren en markeren van een gewenst snijvlak wordt de edelsteen 2 in de inrichting 1 gepositioneerd.

Door het verplaatsen van de spiegel 6 in de longitudinale richting volgens pijl P wordt de convergerende laserbundel op de edelsteen 2 gericht op zodanige manier dat de optische as van de convergerende bundel A-A' een hoek insluit met het gemerkt snijvlak.

Volgens de uitvinding is deze hoek gelijk of nagenoeg gelijk aan de halve openingshoek B van de convergerende bundel.

Hiertoe wordt de spiegel 6, uitgaande van een vertrekpositie waarbij de optische as van de invallende bundel op het focusserend systeem 4 samenvalt met de optische as van dit focusserend systeem 4, verplaatst in voornoemde richting over een afstand die gelijk is aan de halve breedte van de invallende bundel.

In een volgende stap wordt de edelsteen 2 relatief, ten opzichte van de convergerende laserbundel, verplaatst, één en ander zodanig dat het te snijden vlak steeds rakend aan de as van de convergerende bundel wordt gehouden.

In een praktische uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt het te verwezenlijken snijvlak zo gekozen dat het de optische as van het focusserend systeem 4 overlapt.

In figuur 2 is een variante van de inrichting van figuur 1 weergegeven waarbij de middelen 5 die de convergerende bundel beïnvloeden in de vorm van een golf geleider 7 zijn uitgevoerd.

Bij voorkeur is één uiteinde 8 van de voornoemde golfgeleider 7 evenwijdig aan de optische as van het focusserend systeem 4 geplaatst en is dit uiteinde 8 evenwijdig aan zichzelf verplaatsbaar in een richting loodrecht op de optische as van het focusserend systeem 4.

De werkwijze voor het afvlakken van de edelsteen door middel van een inrichting zoals weergegeven in figuur 2 is analoog aan de hierboven beschreven werkwijze.

In de meest voorkeurdragende uitvoeringsvorm van de uitvinding, bestaat de inrichting 1 voor het afvlakken van de edelsteen 2 uitsluitend uit een laserbron 3, een focusserend systeem 4 , een golfgeleider 7 of om het even welke enkelvoudige component die in een richting loodrecht op de optische as van het focusserend systeem 4 kan worden verplaatst.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een inrichting en werkwijze voor het afvlakken van een edelsteen kunnen, volgens de uitvinding, in allerlei varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (11)

1. Inrichting (1) voor het afvlakken van een edelsteen (2) volgens een vooraf gemerkt snijvlak, waarbij de inrichting (1) een laserbron (3) en een optisch systeem (4) bevat voor het focusseren van de door de laserbron (3) gegenereerde laserbundel tot een convergerende bundel, daardoor gekenmerkt dat tussen het focusserend systeem (4) en de laserbron (3) middelen (5) zijn voorzien die de positie van de laserbundel ten opzichte van het focusserend systeem beïnvloeden zodat de optische as van de convergerende bundel met het gewenste gemerkt snijvlak een hoek insluit die gelijk of nagenoeg gelijk is aan de halve openingshoek van de gefocusseerde bundel.

2. Inrichting (1) volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de laserbundel invalt op het focusserend systeem (4) volgens een richting parallel aan de optische as van het focusserend systeem (4) en dat de voornoemde middelen (5) de invallende laserbundel op het focusserend systeem (4) evenwijdig ten opzichte van de optische as van het focusserend systeem (4) verplaatsen.

3. Inrichting (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de afstand tussen de as van de laserbundel en de optische as van het focusserend systeem (4) gelijk is aan de halve diameter van de invallende bundel.

4. Inrichting (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de middelen (5) een verplaatsbare spiegel (6) omvatten.

5. Inrichting (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de spiegel (6) volgens een richting loodrecht op de optische as van de invallende laserbundel kan worden verplaatst.

6·- Inrichting (1) volgens één van de conclusies 1 tot 4, daardoor gekenmerkt dat de middelen (5) een golfgeleider (7) bevatten waarvan de as evenwijdig is aan de optische as van het focusserend systeem (4) en dat dit uiteinde (8) verplaatsbaar is evenwijdig aan zichzelf in een richting loodrecht op de optische as van het focusserend systeem (4) .

7.- Inrichting (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat ze uitsluitend bestaat uit een laserbron (3), een focusserend systeem (4) en tussen beide een spiegel (6) of golfgeleider (7) die verplaatsbaar zijn in een richting loodrecht op de optische as van het focusserend systeem (4).

8·- Inrichting (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de middelen (5) zodanig zijn dat deze middelen (5) verplaatsbaar zijn in de voornoemde richting over een afstand die gelijk is aan de halve breedte van het op het focusserend systeem (4) invallende laserbundel en dit uitgaande van een vertrekpositie waarbij de optische as van de invallende bundel op het focusserend systeem (4) samenvalt met de optische as van dit focusserend systeem (4).

9.- Werkwijze voor het afvlakken van een edelsteen (2) volgens een vooraf gemerkt gewenst snijvlak, waarbij de werkwijze gebruik maakt van een laserbron (3) en een focusserend systeem (4) om de door de laserbron (3) gegenereerde laserbundel te convergeren voor het afvlakken van de edelsteen (2), daardoor gekenmerkt dat de positie van de laserbundel ten opzichte van het focusserend systeem (4) wordt beïnvloed op zodanige manier zodat de optische as van de convergerende bundel een hoek insluit met het gemerkt gewenst snijvlak die gelijk of nagenoeg gelijk is aan de halve openingshoek van de convergerende bundel en dan de edelsteen (2) relatief ten opzichte van de convergerende laserbundel te verplaatsen, waarbij het te snijden vlak steeds rakend aan de as van de convergerende bundel wordt gehouden.

10.- Werkwijze volgens conclusie 9, daardoor gekenmerkt dat het te verwezenlijken vlak evenwijdig is met de optische as van het focusserend systeem (4).

11.- Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, daardoor gekenmerkt dat de middelen (5) zodanig zijn dat deze middelen (5) verplaatsbaar zijn in de voornoemde richting over een afstand die gelijk is aan de halve breedte van het op het focusserend systeem (4) invallende laserbundel en dit uitgaande van een vertrekpositie waarbij de optische as van de invallende bundel op het focusserend systeem (4) samenvalt met de optische as van dit focusserend systeem (4) .