CN104169011B - 宝石检查 - Google Patents

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Abstract

描述了用于检测和任选分选宝石的设备和方法。该设备包括喷嘴或喷嘴阵列，其操作时连接到真空泵，当真空施加到喷嘴之一的上方时使得大致位于该喷嘴下方的宝石将由空气压力支撑抵靠该喷嘴。驱动系统使得喷嘴沿着一定的路径移动通过宝石拾取位置，这样当每个喷嘴通过拾取位置时，宝石可由每个喷嘴拾取。一个或多个测量装置位于预定路径上或其附近，并配置成测量宝石的至少一种属性。一个或多个弹射位置设置在路径上，在所述位置处施加到每个喷嘴的真空可以反向以便将宝石从该喷嘴弹射出。该设备还可包括宝石被分配到其内的多个分配桶。每块宝石分配到其内的桶根据经测量的属性来选择。

Description

宝石检查
技术领域
本发明涉及一种用于检查宝石的系统。具体地但非排他地，本发明涉及一种用于检查和分选宝石诸如钻石的系统。
背景技术
如本文所使用的那样，术语“宝石”意旨涵盖切割石头、或可在将来被切割的未经加工的石头(或原石)。
钻石可以根据诸如色泽和净度的特性来分级。钻石的分级可用于确定其应用价值，诸如制备珠宝饰物。通常而言，经抛光钻石的市场价值取决于其色泽、切工比例、内部净度和重量，公知为“4C”。
分级通常是由经过培训的专业人员来进行的，在10倍的放大倍率下查看钻石。这样的专业人员通过观察其色泽、并通过查找钻石表面上的瑕疵和钻石内的夹杂物以便确定其净度来对钻石分级。当通过人进行分级时一些主观性是不可避免的，但是希望能够客观地分选未经加工或经抛光的钻石。此外，希望快速地处理大量的石头，而如果每块石头都必须由人来检查的话则不可能做到这点。对于其它的宝石而言，存在类似的问题。
因此，希望提供一种以可靠和可重复的方式来检查宝石诸如未经加工的钻石的系统。这种检查系统随后可在分选机中应用，其中检查结果确定宝石将被分选到哪一类别，并且提供允许将其放置到桶、容器等内的手段。但同样检查系统也可用于检查成组或成包的钻石，并作出所述钻石包的特征描述或估值而无需将它们分开。本发明也可用于检查工业或合成钻石的材料。
在基础层面上而言，该检查可以确定物体是否真的是一颗钻石，或许是藉由使用拉曼散射，但例如亦可根据色泽、净度、形状或其它物理属性来进行更复杂的区分。
不管其应用，现有技术包括设计成检查钻石的许多实例，通常以大量、例如以高达每秒15块的速率来检查。其它实例具有低得多的处理量，在一种极端的情况下花费长达5分钟的时间来检查一块宝石。在处理量低的情况下，实际可通过手工来装载机器，这样将石头呈现给一台或多台测量装置的技术任务通过手工(通常使用镊子)来进行，但对于较大的量而言如果要进行有效的生产，则递送给检查装置以及从检查装置移除的任务需要是自动化的。
许多现有技术的系统采用诸如带辊料斗的容器，在最简单的情况下其直接将石头落下进入到测量装置内，或者备选地落下进入到诸如振动轨道或送料器的第二输送器内，其将钻石或其它宝石流从单点(即送料器的末端)落下。后一方案的优点是对于钻石的弹道有更好的控制，因为其释放点是已知的，但在稍后的时间下在弹道中仍存在不确定性，因为其投掷(launch)速度不完全可控，并且不能进行控制石头什么时候被释放。
这些问题对于测量装置的设计者而言呈现出重大的挑战，因为装置必须处理在随机时间下到达的石头，且位置范围大于绝对必要者。这在测量装置中导致缺乏精确性的结果，所述测量装置通过增加复杂性或通过折衷性能来应付变化情况。
例如，众所周知的是，如果光学系统提供大的焦深，则衍射损害光学系统的分辨率。可能需要潜在的最小焦深，以便使得整个物体处于焦点内，但如果在位置上存在由递送系统导致的额外不确定性，则光学系统的设计者必须牺牲分辨率来适应它。
当对于测量而言需要从相对于物体的多个视点来观察时，问题进一步复杂化。多个测量装置需要围绕标称点集中在将要进行测量的空间中，且它们很可能彼此干扰。从原则上而言，这些装置可沿着标称弹道大致垂直地分开，但是当物体下落时，时间和位置上的不确定性增加导致进一步的技术问题。
发明内容
本发明意旨减轻或减少至少一些这些限制，从而提高准确度和/或可靠性或降低自动检查的成本。
根据本发明的一方面，提供用于检查宝石的一种设备。该设备包括用于从宝石供给部拾取宝石的真空喷嘴以及用于将喷嘴和相关的宝石输送到一个或多个测量位置的输送机构。包括配置成测量宝石的一种或多种属性的一个或多个测量装置的测量系统邻近于所述一个或多个测量位置定位。控制系统可操作地偶合到所述真空喷嘴和测量系统，并配置成使得宝石在由所述测量系统已知的时间下到达所述或者每个测量位置处。设置正压施加系统以便在弹射位置处从喷嘴释放宝石。
因此，可跟踪任何独立的石头，并在受控环境中在可预见的时间下进行测量，降低由测量装置所需要的开销。该设备可用于检查未经加工的宝石或切割宝石。
所述一个或多个测量装置的至少一个可以如此的方式位于邻近所述一个或多个测量位置的至少一个来定位，以至于在宝石被保持在喷嘴上的同时测量宝石的一种或多种属性的至少一种。宝石可顺次地以在喷嘴上的方式输送到多个测量装置，每个测量装置在受控的时间和位置下接收该物体。
该设备可进一步包括喷嘴操纵手段，用于当宝石在测量装置之间行进时任选地通过使得喷嘴绕其自身轴线旋转，来改变宝石的取向。至少一些测量装置可以是基本上相同的，以便测量宝石在不同取向下的同一属性。
备选地，每个测量装置可进行不同的测量，但是这些测量的一些或全部可彼此互补。
为了代替喷嘴上的测量，或除此之外，该设备可配置成在从喷嘴释放之后进行测量。在这种情况下，弹射位置可与所述一个或多个测量位置中的一个重合，这样在从喷嘴释放之后，宝石在特定的时间窗内沿着预定的路径下落通过一个或多个测量装置。
所述一个或多个属性可以包括光学属性。
该设备还可包括宝石可分配到其内的多个分配桶，每块宝石被分配到其内的桶可根据所述一个或多个经测量的属性来选择。可设置多个弹射(eject)位置，每个弹射位置可与递送到分配桶之一的一个递送机构相关联，在此处针对任何给定喷嘴施加正压力的弹射位置根据由该喷嘴所保持的石头的所述一种或多种经测量的属性来选择。
备选地或另外地，可设置可旋转的转盘。转盘可包括多个袜套(sock)，并具有位于一个或多个弹射位置之一下方的至少一部分，使得在弹射位置处弹射出的宝石落入袜套之一内。转盘还可包括用于将宝石从袜套释放的多个可选择性致动的释放点，每个释放点与输送到分配桶之一的递送机构相关联。随后该设备可配置成根据由通过释放点的袜套所承载的石头的经测量的属性来选择激活所述释放点。
转盘可配置成旋转以使得在弹射位置下方通过的袜套以与移动通过弹射位置的喷嘴大致相同的速度和相同的方向移动。可设置双馈型探测器，以便识别是否有两个或两个以上的石头在弹射位置处被弹射到单个袜套内。
测量装置之一可包括准直光源和观察手段，其布置成使得在喷嘴上的宝石在光源和观察手段之间通过，从而获得每块宝石的一系列轮廓图像。该设备然后还可包括用于从所述一系列图像构建每块宝石形状的三维模型的处理手段。
测量装置之一可包括分光计，用于确定通过该测量装置的宝石的吸收和/或光致发光光谱。
一个或多个测量装置可包括漫射光源及在不同位置处的摄像机阵列，以及用于使得喷嘴在不同位置之间旋转的手段，观察手段偶合到处理手段以便识别宝石通过光源照亮时的色泽。
测量装置之一可包括漫射光源和位于所述预定路径的下方以便从下方获得每块宝石图像的摄像机。所述喷嘴或每个喷嘴可包括环绕孔的透明壁，以便将真空供应到喷嘴的开口部；阻碍视线从开口部进入到孔内的孔中阻塞物，该局部阻塞物包括在面对开口部一侧上的漫反射表面；以及支撑结构，所述支撑结构以允许阻塞物周围的空气流动的方式而将阻塞物保持在位。
所述至少一个喷嘴可包括环绕孔的壁以便将真空供应到喷嘴的开口部，以及所述至少一个测量装置可布置成测量通过该孔的宝石的至少一种光学属性。
所述至少一个喷嘴可进一步包括在所述孔内的至少一根光纤，且可配置成允许光纤周围的空气流动。
所述至少一个测量装置可与所述至少一个喷嘴同步地移动且布置成允许在输送所述喷嘴和宝石过程中的任何时刻下测量通过孔的宝石的至少一种光学属性。
所述至少一个测量装置可相对于所述输送机构固定，并且可布置成在宝石经过相应测量位置时测量通过孔的宝石的至少一种光学属性。
输送机构可以是可旋转的轮毂，喷嘴阵列围绕其设置。轮毂可包括一系列的孔，每个孔与喷嘴之一连通，流体喷流可导入到所述孔内，以便提供在该喷嘴处在弹射位置处施加正压力。轮毂还可具有在喷嘴轴线方向上移动以便适于不同石头大小的能力。
可设置碗状物以便用于将宝石呈现给喷嘴阵列，碗状物可以一定的选定速率旋转，这样在喷嘴通过拾取位置时使得石头将在同一方向上通过拾取位置。碗状物可从喷嘴阵列横向偏移，且配置成在与轮毂相反的方向上旋转。
凸轮表面可位于拾取位置的上方，并且每个喷嘴可定位到一个安装座上，所述安装座配置成随动于凸轮表面并且当喷嘴通过拾取位置时使得该喷嘴更靠近碗状物移动。备选地，所述喷嘴阵列可配置成围绕以与碗状物旋转轴线成一定角度的轴线旋转，以便使得当喷嘴接近所述拾取位置时喷嘴接近碗状物。
受控的供给机构可以预定的速度将石头供给到碗状物内。
根据本发明的另一方面，提供一种用于分选宝石的方法。该方法包括利用在真空条件下的移动喷嘴或喷嘴阵列单独地从宝石供应部拾取宝石。在每块宝石安装到其相关联的喷嘴上的同时，对每块宝石进行一个或多个测量以便确定该宝石的至少一种属性。每块宝石被释放到根据该宝石的经测量属性而选定的多个桶之一内。
根据本发明的另一方面，提供一种用于检查宝石的方法。该方法包括利用在真空条件下的移动喷嘴或喷嘴阵列单独地从宝石供应部拾取宝石。宝石在弹射位置处被释放，以便其以自由下落的方式通过测量单元。在自由下落通过测量单元的过程中测量宝石的至少一种属性。每块宝石被引导到根据该宝石的经测量属性而选定的多个桶之一内。
将宝石释放到所选定桶内的步骤可包括将宝石下落进入到在袜套旋转转盘的袜套之一内，以及在由宝石的经测量属性所决定的位置处从袜套释放宝石。
根据本发明的另一方面，提供用于支撑宝石的一种喷嘴。该喷嘴包括环绕孔的壁，以便将真空供应到喷嘴的开口部，壁由透明材料形成。阻塞物定位在孔内，阻碍视线从开口部进入到孔内，当中阻塞物包括在面对开口部一侧上的漫反射表面。支撑结构以允许阻塞物周围的空气流动的方式而将阻塞物保持在位。根据本发明的另一方面，提供用于支撑宝石的一种喷嘴。所述喷嘴包括中心孔，用于将真空提供给通过在喷嘴末端处的大致平坦支撑面而形成的多个开孔，宝石的平坦面可保持抵靠所述大致平坦支撑面。喷嘴可具有不同的长度以便允许分析一定范围的石头尺寸。
在一个实施例中，宝石自动地通过真空喷嘴从宝石供应部拾取，并通过在对于紧密接近一个或多个测量装置的测量系统而言已知的预定位置和时间下施加正压力而从喷嘴的末端释放，这样其在特定的时间窗内沿着良好受控的路径下落通过测量装置。
在另一个实施例中，宝石通过真空喷嘴拾取并仍在位于喷嘴上的同时被输送到至少一个第一测量位置，从而到达位置和时间在控制之下。宝石可顺次地以在喷嘴上的方式输送到多个测量装置，每个测量装置在受控的时间和位置下接收该物体，每个装置执行不同的但有可能互补的测量。
在进一步的实施例中，宝石在位于真空喷嘴上的同时被输送到第一测量位置，并进行一系列的不同观察，其中所述宝石的取向通过操纵喷嘴来改变，例如通过使得喷嘴绕其自身的轴线旋转。
在另一个实施例中，宝石顺次地被输送到多个测量装置，每个装置测量基本上相同的属性，其中所述宝石的取向通过操纵喷嘴来改变，例如通过使得喷嘴绕其自身的轴线旋转，以便产生一系列的不同观察。
应当意识到的是任何上述方案可以组合。
此外，任何上述方案可以真空喷嘴来进行，其物理属性被设计成对测量结果具有可以忽略不计的影响。具体地，对于光学测量而言，采用基本上透明的喷嘴，其包括漫反射挡板，以便阻挡来自光学检查手段的视线直接沿着真空喷嘴的孔通过宝石。
附图说明
现在将仅仅通过实例的方式并参照附图对一些优选的实施例进行说明，其中：
图1是用于将单独物体输送到测量位置的设备的示意图；
图2是图1所示设备的示意性顶视图；
图3是图1所示设备的另一种布置的示意性顶视图；
图4是类似于图1所示设备的具有不同弹射点的设备的示意性顶视图；
图5是喷嘴阵列的替代性布置的示意图；
图6是测量单元的示意图；
图7是通过喷嘴所取的横截面示意图；以及
图8是替代性喷嘴的视图。
具体实施方式
图1是用于将单独物体输送到测量位置的设备100的图示。在下面的论述中，将在输送宝石诸如钻石的语境中对设备进行描述，但是应当意识到的是该设备可被用来输送其它小物体。图2是设备100的选定部分的示意性顶视图。
该设备100包括大致为圆形的进料器碗状物102，其具有围绕其周缘的槽104。位于进料器碗状物下方的马达106使得碗状物旋转。
石头流被供给到正在旋转的槽104。石头可被装载到料斗208(在图1中未示出)内，并供给通过一对弹性配合的辊以确保均匀的流动。这种类型的进料器例如在GB2162828、GB2194518或GB2194779中有所描述，但应当意识到可采用任何合适的进料器。
圆形阵列的喷嘴110a、110b...由在碗状物102的上方且在横向上从碗状物102偏移的进料器轮毂112支撑，以使阵列和槽104彼此重叠，如从图2中显而易见的那样。进料器轮毂112获得动力以便在与碗状物102相反的方向上旋转，从而当喷嘴在槽的上方通过时，它们在与槽相同的方向上移动，当中不需要完美的速度匹配。在图2中，进料器轮毂112和碗状物102被示出为具有相同的大小，并且因此将以相同的速率旋转，但应当意识到的是，进料器轮毂112和碗状物可具有不同的尺寸，只要相应地调节相对的旋转速率即可。
每个喷嘴110a、110b...经由大致垂直延伸的纵向安装座114安装到进料器轮毂上。每个安装座114可相对于进料器轮毂112垂直移动，并且受到弹簧116的约束，以便在正常使用中保持于受到约束的最高点处。每个安装座114还在其顶端处设有凸轮从动件118。
凸轮表面120在阵列和槽104重叠的点处位于喷嘴阵列的上方。当每个喷嘴在凸轮表面120的下方通过时，凸轮从动件118接触所述表面而所述安装座114被向下朝向槽104推动，这样当喷嘴110a、110b......和槽104两者沿着大致平行的路线以相同的速度移动时，喷嘴110a，110b......紧密邻近槽104。
当碗状物102旋转时，石头被输送到对应于槽之间重叠部的拾取点122。真空经由抽气系统(未示出)施加到喷嘴。当每个喷嘴在拾取点122的上方通过时，每个喷嘴被凸轮表面120向下压迫至其安装座114上，这样每个喷嘴在槽104中的石头层上方不远处且以与该石头层大致相同的方向上移动。一块石头因此由喷嘴110a、110b、110c...拾取。
当进料器轮毂旋转时，固定在喷嘴上的石头通过在图2中示意性地示出但在图1中未示出的一个或多个测量单元224、230、232、234、236。测量单元可配置成测量石头的多个不同属性，例如包括石头的色泽、形状或净度。
第一测量单元224使得能够对石头的光学属性进行评估。漫射光从该单元的壁226发射以便从各个方向照射石头。摄像机228定位在单元的底部处，这样当其通过单元224时位于石头的下方。摄像机记录石头的图像。可对所述图像进行分析以便提供对光学属性的测量，诸如色泽、石头中存在的缺陷或夹杂物。
为了获得额外的色泽信息，测量单元230之一可设有照明手段238，其配置成将光线朝向位于喷嘴上的石头漫射。摄像机240位于单元内以便记录透射通过石头的光的图像。可由处理器(未示出)对图像进行分析以便识别出石头的色泽。备选地，分光计可设置于测量单元内以便直接确定所发射的波长。类似的布置可用于获得对于石头而言的全红外线、紫外线和/或可见光吸收光谱。备选地，可使用经由X射线、红外线、紫外线、激光和/或可见光来激发石头的任何其它方法以及适当的检测方法来分析石头。
其它测量单元232、234、236可用于识别宝石的色泽。每个单元包括漫射照明手段242、244、246以便照亮正在通过单元的石头，并且包括用于记录在该单元中石头的彩色图像的摄像机248、250、252。凸轮或其它适当的装置(未示出)安装到进料器轮毂上或其附近并配置成使得安装座114旋转，从而使得喷嘴110连同所附的宝石围绕其自身的轴线在每个单元232、234、236之间旋转，如图2中所示。从而，在石头的各个取向下记录每块石头的一系列彩色图像，从所述彩色图像可计算出石头的色泽。应当意识到的是，单元242、244、246可有效地结合起来，这样可使用单个漫射光源来照亮处于多个不同位置内的石头，在这些位置的后面具有摄像机阵列。不要求在光源的数量和摄像机的数量之间有直接的关系，且为实现上述也不一定必须包括单独的“单元”。
也可在附加的测量单元(未示出)内进行进一步的测量。例如，测量单元可配置成测量宝石的其它属性，诸如净度、大小和吸收特性，诸如红外或紫外-可见光吸收光谱。还可包括拉曼分光计以便识别宝石的材料-例如识别其是否一颗钻石。如果对未经加工的石头收集足够的数据的话，还可测量可从给定未经加工的石头切割的切割宝石的百分产率，或甚至所得宝石的大小和价值。另一种可能性是不进行测量，而是使用该装置来对石头的一小部分采样。在另一个替代方案中，进行一些测量，并通过测量来指导试样以便提供“分层”试样。
随着进料器轮毂继续旋转，每块石头在位于滑槽260、262、264上方的一系列分配点的上方移动，每个滑槽提供进入到隔离桶内的路线。每块石头的属性由其通过测量单元330的通路来识别出，并且确定石头应当被分配哪个桶内。因此，滑槽260、262、264之一被选择成对于该石头而言的适当的分配点。
当石头在所选定的分配点上方通过时，供应到喷嘴的真空被反向，使得将石头吹离喷嘴并进入正确的滑槽260、262、264内。每一安装座包括定位于上述喷嘴内的“吹离孔”(在图1中未示出)，使得空气射流可注入到该喷嘴内。因此，抽气系统可给所有的喷嘴提供连续的“真空”，当需要时通过将空气注入到这些喷嘴内，而在选定的分配点处选择性地取代个别喷嘴的真空。
例如，如果按色泽分选宝石，则每个滑槽260、262、264可被指定给不同的色泽。当每块石头通过色泽测量单元230时识别其色泽，并且基于测量出的色泽来选择适当的桶。
应当注意的是，任何给定石头的位置可与将其从槽104拾取的真空喷嘴相关联。当石头在碗状物102内时进行混合且不可区分，但只要有一块石头一由喷嘴拾取，就可跟踪该石头通过测量单元的进程，且在单元中224、230、232、234、236中获得的各种测量值可与该石头相关联。从而当作出其应当被分配到哪一桶的决定之前，可获得该石头的光学属性(和/或形状或大小)的完整图像。
作为将石头直接分配到一系列的桶内的替代(或另外的)方案，该设备可设有转盘，以便将石头分配到数量更多的桶内。参照图3可理解到这点，图3是图1和图2所示设备的示意性顶视图，其中附加的转盘300位于分配滑槽264之一的下方。
转盘300在与进料器轮毂112相反的方向上旋转，并包括石头可落入到其内的分配器袜套阵列310a、310b、310c...。在喷嘴连同所附的石头每次在分配滑槽264上方通过时，该喷嘴内的真空反向，将石头吹离并进入到分配滑槽264内，落入到在该时间下恰好处于下方的分配器袜套内。系统保持跟踪哪些石头落入哪些袜套内，因为转盘的容器310a、310b和位于进料轮毂上的喷嘴110a、110b...的相对位置也是已知的。
通到离散桶的滑槽阵列320a、320b、320c...在转盘的下方。根据所选定的属性诸如色泽来对每块石头选择合适的桶，并且当石头位于其内的袜套在通到选定桶的滑槽上方通过时，一个螺线管被激活以便打开袜套的底部并将其内包含的石头分配到滑槽内。
该机构的一个优点是其将可用的桶数量和测量单元的数量最大化。因为只需要提供一个分配点264，有空间容纳大量位于进料器轮毂上的测量单元。转盘本身可以通往大量的桶。进料器轮毂112和转盘300的相对旋转速率是已知的，这确保当每块单独的石头被保持喷嘴110a、110b...之一上时且随后当其位于袜套310a、310b、310c...之一内时可获知每块单独的石头的位置。这可确保对于每块石头而言选择正确的滑槽。
应当意识到的是也可以采用上述两个实施例的组合：可在喷嘴阵列下方包括多于一个的分配滑槽260、262、264，其中一个通到转盘300以及其它直接通到桶。
在进一步的改进中，通到转盘的滑槽264可通过双馈型探测器，所述探测器配置成识别是否有两个石头下落通过滑槽。合适的多馈型探测器包括多轴光束探测器，其例如在GB2178547和GB2184832中有所描述。例如，如果两块石头由单个喷嘴拾取，则可能会发生上述情况。在这种情况下，从转盘选定的桶是“回收”桶，石头从其返回到碗状物102。如果一些测量单元232、234、236可从位于任何给定喷嘴上的物体的形状检测到存在两块石头，则上述改进可能就不是必要的。
备选地或另外地，该分配滑槽可包括另外的测量单元(未示出)，石头在从喷嘴吹离之后下落通过所述另外的测量单元。该测量单元可包括光源和一个或多个摄像机，以便在宝石下落到光源和摄像机之间时识别出宝石的其他属性。这种自由飞行测量的实例在GB2184832中有所描述。在决定石头最终被分配到哪个桶内时，可将这种附加的测量考虑在内。
可以设想到上述组件的各种配置。在一个实例中，设备可配置成丢弃具有低于预定阈值的光学属性(例如净度)的石头。接着可基于第二标准对高于该阈值的那些石头进行测量并进行分选。
参照图4可理解上述，图4是非常类似于图1-3中所示设备的设备400的部件的示意性顶视图。在该图中未明确地示出测量单元，但示出了该等事件发生时的点。在该实例中，在“喷嘴上”的两个点410、412处进行色泽和净度阈值的测量。如果石头低于色泽阈值(例如它在光谱中具有多于预定量的褐色)，则其在第一弹射点414处被吹离喷嘴并进入到第一“拒绝”桶内。如果其通过了第一次测试，但低于净度阈值，则其在第二弹射点416处被吹离喷嘴并进入到第二“拒绝”桶内。如果石头经过两个初始测试，则会在“测量和分配”点464处被吹离，并且下落通过在下面的转盘中的袜套内的测量单元(在图4中未示出)。
图5示出与图1中所示设备进行比较的设备的替代性布置。在图5所示的布置中，进料器轮毂512以相对于碗状物102成一定角度的方式布置，使得在所述碗状物102和进料器轮毂512重叠的点522处，喷嘴510a、510b、510c...接近槽104。这无需凸轮表面和可垂直移动的安装座。进入到滑槽和/或位于进料器轮毂下方的转盘内的测量单元和弹射点的布置未改变。
图6是测量单元224的示意图，其配置成获得通过其本身的附连到喷嘴110a的石头600的图像。该单元包括漫射光源226，其围绕单元224的边缘配置以便从各个方向照亮石头。漫射光源可以包括位于独立光源前方的漫射器，或可包括围绕单元壁布置的反射材料和将光引导到单元内的另一个光源(未示出)。但应当意识到的是为了简便该单元被示出为矩形的，但是可以设想到任何合适的形状。具体地，可能的情况是这种类型的单元可以是圆柱形的。摄像机228位于单元的底部上，并向上指向，这样摄像机228可在石头在摄像机228顶部上通过时，获得受到各个方向照射的石头的图像。
图7是通过图6中所示喷嘴110a的详细横截面示意图。喷嘴设计成防止摄像机观察到在喷嘴孔内的石头中的反射，该反射自然会显现出暗淡，如果不采取解决这个问题的步骤，则在经检查的钻石上会显现出伪暗淡特征。
该喷嘴110a包括环绕孔704的壁702，将真空施加到孔704以便将石头吸附到喷嘴上。壁702由透明材料制成以便允许光通过。从喷嘴开口部708进入到孔内的视线，由具有白色漫反射底面的不透明的局部阻塞物706阻断。阻塞物自然地由从周围环境通过喷嘴透明壁702的光照亮，从而显现出具有与其它环境大致相同的照明水平。由摄像机228所获得的沿着喷嘴110a孔704通过的路径或光线观察石头的图像，将不包括由喷嘴引入的任何伪暗淡特征。
阻塞物706必须是局部的，以便允许所述喷嘴开口部708和孔704中的减压区域之间连通。因此阻塞物有从所述喷嘴的壁702延伸的离散臂710支撑，所述臂在沿着喷嘴的直接视线上不可见。在图7中，这些臂被示出为从阻塞物710横向延伸，但应当意识到的是它们也可从阻塞物向上延伸，这样当观察喷嘴内部时它们有效地隐藏于所述阻塞物之后。允许围绕阻塞物的空气流动通过曲折路径的任何布置都可能是合适的。
图8是替代性喷嘴810的视图。已经发现一些石头的不同安装取向导致在测量结果上大于可取程度的变化。测量由喷嘴拾取并使得尖端或角部插入到喷嘴口部内的石头，在测量结果上将导致与由平坦面保持抵靠喷嘴开孔的安装取向相比大得多的变化。为了确保石头以平坦面抵靠喷嘴的方式被拾取，可以使用如图8中所示的多孔喷嘴810。为了代替图7中所示的喷嘴110a的单一开孔708，喷嘴810具有大致平坦的底面870，具有贯穿其本身形成的多个开孔871。在该实例中存在有七个开孔，六个围绕单个中央开孔布置成的六边形，但是应当意识到的是可以使用其它的数量和布置。其效果是迫使由喷嘴所拾取的石头的取向为使得平坦面与所述喷嘴的开孔的对齐。
应当意识到的是，喷嘴可设有通到所有开孔的单个中心孔，或设有多个孔，每个孔与其自身的开孔相关联。
其它示例性的喷嘴可配置成允许通过喷嘴进行测量。即，诸如激光器、发光二极管、分光计和摄像机的测量装置可配置成通过喷嘴发射和接收光，而不是从邻近喷嘴的位置发射和接收光。一个这样的示例性喷嘴配置成适于与下述测量装置一起使用，所述测量装置用于利用拉曼分光计检测包含钻石的材料并包括布置成将光发射到石头上的光源，且有一分光计布置成接收从石头所发出的光。该喷嘴包括纵向孔和位于所述孔内的光纤束。该孔配置成使得沿着并通过孔运行的空气真空从喷嘴下部中的喷嘴区域偏转，以便使得所述孔可用于将光纤束定位在其中。光纤束之一布置成接收由光源所发射的光并使得所发射的光传播通过喷嘴的开口端。如上所解释说明的那样，石头由通过开口端施加的真空吸力而保持在喷嘴的末端上，并由此暴露于所发射的光。另一光纤束布置成接收从石头所发出的光并将所发出的光传播到分光计。使用这种喷嘴设计，包含钻石的材料可通过喷嘴检测出，同时该石头在喷嘴上被输送到用于获得其它测量的测量位置。
在包括这种喷嘴设计的示例性设备中，当进料器轮毂旋转时，所述光源和分光计与喷嘴同步旋转，从而能够在石头在喷嘴上输送的同时确定石是否包括钻石材料。这可提供下述优势，即与其中石头通过在进料器轮毂的那侧处定位的测量装置的设备相比，拉曼光谱仪的测量可进行更长的时间。
在包括上述喷嘴的另一示例性设备中，开口形成于进料器轮毂内，以及光源和分光计位于进料器轮毂上方的固定位置。即，进料器轮毂可相对于所述光源和分光计旋转，这样当进料器轮毂旋转时开孔在所述光源和分光计的下方通过。在这种设备中，当石头在喷嘴上输送通过开孔时，从光源所发出的光传播通过开孔，通过喷嘴内的光纤之一，通过所述喷嘴的开口端并到达位于所述喷嘴末端处的石头上。由另一光纤束接收从石头所发出的光并传播到分光计。
上述的喷嘴也可与其它测量装置一起使用。
通过喷嘴进行测量，能允许测量装置更靠近喷嘴头和石头布置。此外，如果调节进料器轮毂的高度，测量装置的高度将无需以相应的方式来进行调节。
在一个实例中，机器能够以每秒8块石头的总体处理量将石头分选成不同色泽的类别，其中石头具有从约1毫米至7.5毫米范围内的直径。
不同色泽的类别由预先编程的分选路线图来限定。分选路线图限定石头将最终结束的位置。例如，可预先编程为将三个色调的黄色分选到一个位置为或将相同的三个色调的黄色分选到三个单独的位置内。
举例说，如果在石料中检测到两个或更多的石头，或色泽分选路线图无法确定该次石头应在哪个类别，它们将被循环回到料斗内重新开始行程。
应当意识到的是，从上述实施例进行的变型仍会落入本发明的范围之内。例如，喷嘴阵列已被描述成附接到圆形的进料器轮毂。然而，可设想到其中喷嘴由皮带驱动器而不是由实心轮毂驱动。也可以设想到在进行复杂测量的机器中，可以使用单个的机器人臂而不是喷嘴阵列。还应当意识到的是该设备无需专门用于分选。例如，对于给定包内的所有石头而言可获得一系列的测量，但是所有的石头可分配到同一桶内，然后所获得的测量可用于给该包赋值。
此外，应当意识到的是该设备可用于检查和/或分选未经加工的宝石和切割宝石两者。

Claims (35)

1.用于检查宝石的设备，所述设备包括：
真空喷嘴阵列，每个真空喷嘴从宝石供给部拾取宝石；
用于将每个真空喷嘴和相关的宝石输送到一个或多个测量位置的输送机构；
测量系统，其包括邻近所述一个或多个测量位置的多个测量装置，所述多个测量装置配置成测量宝石的一种或多种属性；
其中，所述多个测量装置的至少一个以如下方式邻近所述一个或多个测量位置的至少一个定位：在宝石被保持在一个真空喷嘴上时，测量宝石的一种或多种属性的至少一种，
其中，所述输送机构配置成使得宝石被顺次地输送到所述多个测量装置，每个测量装置在受控的时间和位置下接收该宝石；
控制系统，其操作时耦合到所述真空喷嘴和测量系统，并配置成使得宝石在由所述测量系统已知的时间下到达所述一个或多个测量位置处；以及
正压施加系统，其用于在弹射位置处从真空喷嘴释放宝石；和
喷嘴操纵手段，用于当宝石在所述多个测量装置之间行进时通过使得每个真空喷嘴绕其自身轴线旋转，来改变宝石的取向。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述多个测量装置的至少一些是基本上相同的，以便测量宝石在不同取向下的同一属性。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述多个测量装置的每个都配置成进行不同的测量，这些测量的至少一些彼此互补。
4.根据权利要求1至3任何一项所述的设备，其特征在于弹射位置与所述一个或多个测量位置中的一个重合，这样在从相应的一个真空喷嘴释放之后，宝石在特定的时间窗内沿着预定的路径下落通过一个或多个测量装置。
5.根据权利要求1至3任何一项所述的设备，其特征在于所述一个或多个属性包括光学属性。
6.根据权利要求1至3任何一项所述的设备，其特征在于还包括宝石可分配到其内的多个分配桶，每块宝石被分配到其内的分配桶可根据所述一个或多个经测量的属性来选择。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于包括多个弹射位置，每个弹射位置可与递送到所述多个分配桶之一的一个递送机构相关联，在此处针对真空喷嘴施加正压力的弹射位置根据由该真空喷嘴所保持的宝石的所述一种或多种经测量的属性来选择。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于还包括：
可旋转的转盘，其包括多个袜套，并具有位于一个或多个弹射位置之一下方的至少一部分，使得在弹射位置处弹射出的宝石落入袜套之一内；
用于将宝石从袜套释放的多个可选择性致动的释放点，每个释放点与输送到分配桶之一的递送机构相关联，所述设备配置成根据由通过释放点的袜套所承载的宝石的所述一个或多个经测量的属性来选择激活所述释放点。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于可旋转的转盘配置成旋转以使得在弹射位置下方通过的袜套以与移动通过弹射位置的相应的一个真空喷嘴大致相同的速度和相同的方向移动。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于还包括双馈型探测器，以便识别是否有两个或多于两个的宝石在弹射位置处被弹射到单个袜套内。
11.根据权利要求1至3任何一项所述的设备，其特征在于所述多个测量装置之一包括漫射光源及在不同位置处的摄像机阵列，以及用于使得真空喷嘴在不同位置之间旋转的手段，观察手段耦合到处理手段以便识别宝石通过光源照亮时的色泽。
12.根据权利要求1至3任何一项所述的设备，其特征在于所述多个测量装置之一包括分光计，用于确定通过该测量单元的宝石的吸收光谱。
13.根据权利要求1至3任何一项所述的设备，其特征在于所述多个测量装置的一个或多个包括准直光源以便获得每块宝石的一系列轮廓图像。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于还包括用于从所述一系列轮廓图像构建每块宝石形状的三维模型的处理手段。
15.根据权利要求1至3任何一项所述的设备，其特征在于所述多个测量装置之一包括漫射光源和位于预定路径的下方以便从下方获得每块宝石图像的摄像机。
16.根据权利要求1至3任何一项所述的设备，其特征在于每个真空喷嘴包括；
环绕孔的壁，以便将真空供应到真空喷嘴的开口部，所述壁由透明材料形成；
孔中的阻塞物，其阻碍视线从开口部进入到孔内，该阻塞物包括在面对开口部一侧上的漫反射表面；以及
支撑结构，所述支撑结构以允许阻塞物周围的空气流动的方式而将阻塞物保持在位。
17.根据权利要求1至3任何一项所述的设备，其特征在于每个真空喷嘴包括环绕孔的壁以便将真空供应到真空喷嘴的开口部，以及其中所述至少一个测量装置布置成测量通过该孔的宝石的至少一种光学属性。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于每个真空喷嘴进一步包括在所述孔内的至少一根光纤，且可配置成允许光纤周围的空气流动。
19.根据权利要求17所述的设备，其特征在于所述多个测量装置的所述至少一个与相应的一个真空喷嘴同步地移动且布置成允许在输送所述真空喷嘴和宝石过程中的任何时刻下测量通过孔的宝石的至少一种光学属性。
20.根据权利要求17所述的设备，其特征在于所述多个测量装置的所述至少一个相对于所述输送机构固定，并且布置成在宝石经过相应测量位置时测量通过孔的宝石的至少一种光学属性。
21.根据权利要求1至3任一项所述的设备，其特征在于真空喷嘴阵列围绕配置成用作输送机构的可旋转轮毂而设置。
22.根据任权利要求21所述的设备，其特征在于可旋转的轮毂包括一系列的开孔，每个开孔与真空喷嘴之一连通，流体喷流导入到所述开孔内，以便提供在该真空喷嘴处在弹射位置处施加正压力。
23.根据权利要求21所述的设备，其特征在于还包括碗状物以便用于将宝石呈现给真空喷嘴阵列，碗状物可以与通过拾取位置的一个真空喷嘴相同的方向上旋转。
24.根据权利要求23所述的设备，其特征在于碗状物从真空喷嘴阵列横向偏移，以及其中所述碗状物和真空喷嘴阵列配置成在相反的方向上旋转。
25.根据权利要求23所述的设备，其特征在于还包括位于拾取位置上方的凸轮表面，其中每个真空喷嘴定位到一个安装座上，所述安装座配置成随动于凸轮表面并且当真空喷嘴通过拾取位置时使得一个真空喷嘴更靠近碗状物移动。
26.根据权利要求23所述的设备，其特征在于所述真空喷嘴阵列配置成围绕以与碗状物旋转轴线成一定角度的轴线旋转，以便使得当真空喷嘴接近所述拾取位置时真空喷嘴接近碗状物。
27.根据权利要求23所述的设备，其特征在于还包括受控的供给机构，以便以预定的速度将宝石供给到碗状物内。
28.根据权利要求1至3任一项所述的设备，其特征在于每个真空喷嘴设多个开孔，所述开孔贯穿大致平坦面形成，从而增加宝石的平坦面保持抵靠真空喷嘴的可能性。
29.用于分选宝石的方法，所述方法包括：
利用在真空条件下的移动真空喷嘴阵列单独地从宝石供应部拾取宝石，其中当宝石安装在其相关联的喷嘴上时，通过使得相关联的喷嘴绕其自身轴线旋转，能够改变宝石的取向；
在每块宝石安装到其相关联的真空喷嘴上的同时，对每块宝石进行一个或多个测量以便确定该宝石的至少一种属性；
每块宝石被释放到根据该宝石的所述至少一种经测量属性而选定的多个桶之一内。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于将宝石释放到所选定桶内的步骤包括将宝石下落进入到在袜套旋转转盘的袜套之一内，以及在由宝石的经测量属性所决定的位置处从袜套释放宝石。
31.用于分选宝石的方法，所述方法包括：
利用在真空条件下的移动喷嘴阵列单独地从宝石供应部拾取宝石，其中当宝石安装在其相关联的喷嘴上时，通过使得相关联的喷嘴绕其自身轴线旋转，能够改变宝石的取向；
在每块宝石安装到其相关联的喷嘴上的同时，对每块宝石进行一个或多个测量以便确定该宝石的至少一种属性；
在弹射位置处释放宝石，以便其以自由下落的方式通过测量单元；以及
在自由下落通过测量单元的过程中测量宝石的至少一种属性。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于还包括将每块宝石引导到根据该宝石的经测量属性而选定的多个桶之一内。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于将宝石释放到所选定桶内的步骤包括将宝石下落进入到在袜套旋转转盘的袜套之一内，以及在由宝石的经测量属性所决定的位置处从袜套释放宝石。
34.用于支撑宝石的一种喷嘴，所述喷嘴包括：
环绕孔的壁，以便将真空供应到喷嘴的开口部，壁由透明材料形成；
孔中的阻塞物，其阻碍视线从开口部进入到孔内，该阻塞物包括在面对开口部一侧上的漫反射表面；以及
支撑结构，所述支撑结构以允许阻塞物周围的空气流动的方式而将阻塞物保持在位。
35.用于支撑宝石的一种喷嘴，所述喷嘴包括中心孔，用于将真空提供给通过在喷嘴末端处的大致平坦支撑面形成的多个开孔，宝石的平坦面可保持抵靠所述大致平坦支撑面。
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