CN110022997A - 用于分拣宝石的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于从一批宝石中分选宝石的设备，包括：一个或多个测量位置；传送机，所述传送机包括用于容纳宝石的多个离散隔室；输送装置，所述输送装置被配置成将来自所述一批宝石的单个宝石输送到传送机的各个隔室；以及控制器，所述控制器被配置成使传送机的速度与一个或多个测量位置的操作同步，以使得宝石的测量值能够与宝石在所述宝石的相关联的隔室中的位置相关。还公开了一种从一批宝石中分选宝石的方法。

Description

用于分拣宝石的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于分拣宝石的设备和方法。具体地但不排他地，本发明涉及一种用于分拣粗糙宝石(尤其是钻石)的设备和方法。

背景技术

可以获得诸如钻石的一块未加工宝石作为采矿过程的输出，其中这被称为一轮采矿(RoM)。另外，宝石块可以从商业上获得。通常，将对未加工钻石块进行筛分，以使得所述钻石块中所含的颗粒基本上在特定的尺寸范围内。例如，一块-7+5RoM的未加工钻石将主要包括将通过7号筛板而不是5号筛板的未加工钻石。这种筛板尺寸在钻石行业中是事实上的标准。

尽管这种宝石块通常在尺寸方面被标准化，但是所述宝石块中所包含的物料在透明度、颜色、尺寸和形状方面可以具有很大变化。因此，打算购买或销售宝石块的人可能对于应该同意的公平价格没有什么了解。价格将由可以从该宝石块制造的抛光宝石的价值来驱动。

为了评价一块未加工钻石，甚至是一块抛光的宝石，购买者必须以某种方式检查该宝石块并基于对商品的评价来形成意见。为了做到这一点，必须以某种方式分别测量每一个宝石的各种特性。优选的是，能够将该块宝石分成单个钻石，并且然后使用单个设备测量钻石的各种性质。

在一些情况下，基于诸如透明度、颜色、尺寸和形状的参数将一块或一批未加工钻石分选成单独的块也是有用的。希望以自动方式进行这种分选。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于从一批宝石中分选宝石的设备。该设备包括一个或多个测量位置，所述一个或多个测量位置每一个都包括至少一个传感器，所述传感器被配置成测量宝石的一个或多个特性。该设备还包括传送机，所述传送机包括用于容纳宝石的多个离散隔室，所述传送机由电机驱动以将所述隔室中的宝石运输到所述一个或多个测量位置。输送装置被配置成将来自所述一批宝石的各个宝石输送到所述传送机的各个隔室，并且控制器被配置成使所述传送机的速度与所述一个或多个测量位置的操作同步，以使得宝石的测量值可以与所述宝石在所述宝石的相关联的隔室中的位置相关。

输送机可以包括环形回路。

该设备还可以包括多个分配箱和分配装置，所述多个分配箱被配置成接纳被运输到所述一个或多个测量位置的宝石，所述分配装置位于多个分配箱中的每一个附近，每一个分配装置都被配置成根据在所述一个或多个测量位置处获得的测量值将多个离散隔室中的一个内的宝石分配到相邻的所述分配箱中。

控制器可以被配置成使分配装置的操作与传送机的速度同步，以使得与特定测量值相关的隔室中的宝石被分配到适当的分配箱中。

控制器被配置成向所述电机发送脉冲，每一个所述脉冲都使所述电机将所述传送机移动已知的量。一个或多个测量位置中的每一个和所述多个分配箱中的每一个都定位在距离基准位置已知数量的脉冲的位置处。

所述一个或多个测量位置中的至少一个可以包括平面成像传感器和平面照明系统，所述成像传感器被配置成从上方提供在宝石的相关联的隔间内的宝石的图像。

所述一个或多个测量位置中的至少一个包括侧部成像传感器和侧部照明系统，并且其中所述侧部成像传感器被配置成从侧部提供所述宝石的图像。

该设备可以包括处理器，所述处理器被配置成分析在所述一个或多个测量位置处获取的所述宝石的所述一个或多个特性的测量值。宝石的所述一个或多个特性中的一个可以是形状，并且处理器可以被配置为执行宝石的形状分析。形状分析可以包括将由侧部成像系统测量的宝石的高度与从由平面成像系统获得的图像的分析而计算的宝石的预测高度进行比较。

所述输送装置可以包括被提供有振动能并具有凹槽的圆碗，所述凹槽被配置成允许宝石沿所述凹槽行进。

传送机可以由具有多个大致相同的链节的链条形成。每一个链节都可以被配置成夹持到另一个链节，以使得当被平放时所述传送机的上表面是大致连续的。每一个所述链节都设有至少一个横向延伸的脊部，所述脊部被配置成将所述多个离散隔室中的两个隔室分开。

离散的所述多个隔室中的每一个都是侧面开放的。

该设备可以包括从动滑轮，其中所述传送机环绕在所述从动滑轮上，所述从动滑轮包括平边多边形。

根据本发明的另一方面，提供了一种从一批宝石中分选宝石的方法，该方法包括：将来自所述一批宝石中的单个宝石输送到传送机的单个离散隔室；将在所述隔室中的所述宝石运输到一个或多个测量位置；在所述一个或多个测量位置处测量宝石的一个或多个特性；以及使所述传送机的速度与所述一个或多个测量位置的操作同步，以使得所述宝石的测量值能够与所述宝石在所述宝石的相关联的隔室中的位置相关。

该方法可以进一步包括将传送机配置成环形回路。

该方法还可以包括根据在一个或多个测量位置处获得的测量值将输送到所述一个或多个测量位置的宝石分配到多个分配箱中的一个。

该方法还可以包括使所述分配装置的操作与所述传送机的速度同步，以使得与特定测量值相关的隔室中的宝石被分配到适当的所述分配箱中。

该方法还可以将脉冲发送给驱动所述传送机的电机，以使得每一个脉冲都使所述电机将所述传送机移动已知的量。

该方法还可以包括将所述一个或多个测量位置中的每一个和所述多个分配箱中的每一个定位在距基准位置已知数量的脉冲的位置处。

该方法还可以包括在所述一个或多个测量位置中的至少一个测量位置处，使用平面成像传感器和平面照明系统从上方提供位于宝石的相关联的隔室内的宝石的图像。

该方法还可以包括在所述一个或多个测量位置中的至少一个处，使用侧部成像传感器和侧部照明系统，从侧部提供宝石的图像。

该方法还可以包括使用处理器分析在所述一个或多个测量位置处获取的所述宝石的所述一个或多个特性的测量值。所述分析步骤可以包括宝石的形状分析。

该方法还可以包括将由所述侧部成像系统测量的宝石高度与从由平面成像系统获得的图像的分析而计算的宝石预测高度进行比较。

所述输送步骤可以包括：向具有凹槽的圆碗供应振动能量，以使得宝石沿着所述凹槽行进。

该方法还可以还包括通过具有多个大致相同的链节的链条形成所述传送机。该方法还可以包括将每一个链节配置成夹持到另一链节，以使得当平放时，所述传送机的上表面是大致连续的。该方法还可以包括为每一个链节设置至少一个横向延伸的脊部，所述脊部被配置成将所述离散隔室中的两个隔室分开。

该方法还可以包括将所述离散隔室被配置成为侧面敞开的。

该方法还可以包括使所述传送机环绕一滑轮并驱动所述滑轮，其中所述滑轮包括平边多边形。

附图说明

图1是用于分选宝石的设备的透视图；

图2是图1的设备的局部视图，其中示出了振动碗；

图3是图1的设备的局部平面图；

图4是图1的设备的局部后视图，其中示出了传送机；

图5是图4的包括切掉部的部分的放大图；

图6是图1的设备的局部放大图，其中包括切掉部的平面图；

图7a是图1的设备的局部后透视图；

图7b是图1的设备的局部前视图；

图7c是图1的从动滑轮的放大前视图；

图8是图1的设备的局部正视图，包括切点部，其中示出了一系列测量位置；

图9是图1的设备的局部后视图，其中示出了一系列测量位置；

图10是图1的设备的局部侧视图，其中示出了测量位置；

图11是图1的设备的局部透视图，其中示出了一系列分配箱的一部分；

图12是图1的设备的局部正视图，其中示出了一系列分配箱；以及

图13是图1的设备的局部侧视图，其中示出了分配箱。

具体实施方式

以下将参照图1至图13描述用于分选诸如钻石的宝石的设备10。如图1所示，设备10包括一个或多个测量位置14和传送机13，其中每一个测量位置都包括至少一个传感器，所述传送机13包括用于将单个宝石传送到一个或多个测量位置14的多个离散隔室。所述设备还包括输送装置12和多个分配箱15，所述输送装置12用于将来自一批的各个宝石输送到传送机，其中被分选的宝石被分配到所述多个分配箱15中。所述设备10还包括控制器(这里未示出)。一个或多个测量位置14、传送机13、输送装置12和至少一个分配箱15由框架11支撑。

在所示的示例中的框架11包括大致平坦的下表面11a和大致竖直的表面11b，所述竖直表面11b沿着下表面11a的纵向轴线安装并大致垂直于所述纵向轴线。

如图2和图3所示，在该示例中，输送装置包括振动碗状进给装置12，所述振动碗状进给装置具有圆形振动基部12a(例如，SI-200欧罗系列驱动单元)、和圆形上碗部12b(例如，SIS-200-10铸造碗)，所述基部和所述上碗部两者都由Aylesbury Automation Limited(艾尔斯伯里自动化有限公司)提供。碗状进给装置12在适当的振幅和谐振频率下被驱动。任选地，可以使用加速计来监测和控制碗状进给装置12的振幅，该加速计例如是由AnalogDevices(模拟设备公司)制造的ADXL337(未示出)。

这种类型的碗状进给装置根据电磁原理操作，由此在进给装置12的基部12a中的线圈在被通电时磁化顺磁部件并使所述顺磁部件被吸引，并且在被周期性地驱动时在碗12b中激发共振响应。如果线圈被给定频率下的交流电压或电流激励，则这种相互作用导致激励频率两倍的驱动力。

可以采用其它激励方法，例如压电机构，或者例如在扬声器中可以找到的音圈机构。无论使用何种激励方法，基部12a都使用成角度的结扎线等被配置而成，以使得上碗12b的振动具有旋转和垂直元素。这种振动运动使得碗12b中的物体根据结扎线的方向例如在顺时针方向上移动。碗12b的内部在其周边处设有螺旋轨道25或凹槽，所述螺旋轨道或凹槽以与图2和图3所示相同的顺时针方向向外且向上螺旋，并且可以使诸如宝石的离散物体沿所述螺旋轨道25或凹槽流动。在该示例中，凹槽是V形。

如本领域所公知的，谐振碗状进给装置12可以接纳一块或一批宝石，并沿着碗12b中的V形凹槽25将所述宝石分离成单股流。V形凹槽25沿螺旋行进，并且宝石沿V形凹槽25行进至碗12b的边缘12c，其中单个宝石从所述边缘12c基本上一次一个地落到下方的传送机13上，如图3所示。

在这里未示出的可选实施例中，碗的外部形状可以是倒置的截头圆锥，所述倒置的截头圆锥在底部处具有与驱动单元匹配的较小半径，并且在顶部处具有较大半径。在这种情况下，当从碗的边缘释放离散的宝石流时，所述宝石落入自由空间中，并因此落到线性传送机上，其中所述线性传送机在大致水平或稍微倾斜的平面中与碗相切地行进。还应该理解，也可以设想用于输送来自一批的单个宝石的其它输送装置。

如图3中最佳示出的，传送机13沿着振动碗12b延伸，并在碗边缘12c下方经过。传送机13采用具有多个大致相同的链节20的链条21的形式。链节20的精确数量可以根据测量位置的数量和所需的分配箱的数量而变化，但通常可以包括大约在80至100个链节20的范围内。链条21的两端被连接以形成绕位于框架11的每一个端部处的两个滑轮19、19i的环形回路。滑轮每一个的直径可以是大约100mm。回路的总长度(即，滑轮19、19i的外边缘之间的距离)可以是大约900mm。在具有这些尺寸的示例中，当从框架11移除并被分离成单个长度时，传送机13因此大约两米长。

应当理解，在此描述的示例中提供的尺寸可以根据应用进行修改。例如，如果需要额外的分配箱，则可以将额外的链节添加到链上，以便增加传送机的长度。

在这里未示出的可选实施例中，传送机可以包括盒系统而不是环形回路。一个或多个盒可以被配置成沿着轨道移动，从而将宝石输送到一个或多个测量位置和多个分配箱。然后，一个或多个空盒可以沿轨道在相反的方向上返回。盒的运动可以与振动碗的速度同步，以使得当盒通过进给装置时，各个宝石被供给到盒中。

在图4所示的实施例中，链条21的链节20沿着支撑表面或引导支撑件28移动，在该示例中，所述支撑表面或引导支撑件28包括诸如硬质阳极氧化铝表面的平坦金属表面。因此，在链节20的下表面与引导支撑件28之间将存在一些摩擦阻力，但该摩擦阻力通常是可忽略的，并且传送机13因此在引导支撑件28上相对平滑地移动。在其它实施例中，链条中的张力可以使得引导支撑件不是必需的。

当平放时，组装好的链条21的上表面是大致连续的，并且没有物体可能会落入或卡入其中的间隙。当传送链21绕过滑轮19、19i并弯曲成凸起形状时，间隙将打开，并且存在的任何物体可以向前掉落并穿过间隙。通常，链条21上的枢转点将低于链条21的上表面，因此链条21不能弯曲成凹入形状。

链节20可以夹在一起，以使得例如在链节20一端处的面向外的销夹到在下一个链节20的相对端部处的适当孔中。有利地，可以设置合适的支承插入件以减少在该界面处的磨损。链节20可以使用注射成型被配置而成。每一个链节20都可以是大约25mm长和50mm宽，并且可以由任何便利的材料配置而成，优选地由大致透明材料配置而成，其中所述透明材料可以是诸如聚碳酸酯的塑料。可以理解，多个相同的链节20可以通过注射成型以低成本被制造而成。

如图5所示，每一个链节20在其上表面上都设有至少一个横向延伸的脊部或竖直直立件17a、17b。每一个直立件17a、17b都垂直于传送机13的运动方向延伸。在该实例中，设置两个直立件17a、17b，第一直立件17a位于在链节20的前边缘处，而第二直立件17b位于在链节20的中心的正前方。直立件17a、17b的高度可以是大约5mm到10mm，并且可以具有圆形顶部。链节20的前边缘或引导边缘参照传送器13的行进方向被限定，其中所述行进方向在图4和图5中由箭头A表示

每一对直立件17a、17b都在链节20上限定第一(向前)分立隔室或隔间16a。链节20的后边缘保持平坦，但是应当理解，一旦链条21的上表面变得平坦，链条21中的下一个链节20的向前直立件17a就完成第二(向后)隔室16b。形成在每一个链节20上的隔室16a、16b具有彼此大致相同的尺寸。有利地，在链节20的前边缘上设置直立件17a有助于防止宝石落入链节20之间的间隙中。可以理解，在每一个链节设置有仅一个竖直直立件的情况下，每一个链节都仅包括一个隔室或隔间。甚至可以是以下所述的这种情况，不是所有的链节都设置有直立件，以使得可以形成横跨两个或更多个链节的隔室。

尽管每一个隔室16a、16b的前部和后部都由直立件17a、17b限定，但在该示例中，隔室16a、16b的侧部在垂直于传送机13运动的方向上敞开，以便于所述隔室中的宝石的查看或成像。

如参照图3所述，单个宝石每次基本上从进给装置12的边缘12c落下一个到下方的传送机13上，停留在隔室16a、16b内。理想的是进给装置12被通电，以使得宝石的输送速度基本上与隔室16a、16b在进给装置的端部下方经过的速度相同，从而每一个隔室16a、16b都容纳单个宝石。然而，在实践中，最好是一些隔室16a、16b根本没有宝石，而一些隔室16a、16b具有两个或更多个宝石，因此宝石的输送速率可以被选择为比隔室16a、16b经过进给装置12的速率慢。应当理解，在这些情况下，并不是每一个隔室16a、16b都被填充，而是一些隔室是空的。对于从进给装置12到传送机13的大约5mm到10mm的下落高度来说，宝石停留在隔室16a、16b内的过程可能花费大约0.5秒。传送机13可以以大约每秒八个隔间的速度移动。在该实施例中，隔室16a、16b从直立件17a到直立件17b大约为12.5mm。这导致传送机13的向前速度为大约每秒100mm。从进给装置12的边缘12c掉落的宝石的安置发生在大约50mm的距离上。

如图5所示，每一个直立件17a、17b都被分成三个独立的部分，每一个部分之间具有大约1mm到2mm的间隙26。间隙26位于基准线的任一侧约6mm处，其中所述基准线在传送机13的行进方向上延伸。基准线可以是传送机13的中心线，或另一方便的基准点。基准线在该示例中由图5中的线D示出。在其它实施例中，每一个直立件17a、17b可以被分成两个单独的部分，在每一个部分之间具有更大的间隙，或者根本不被分开。

如图6中最佳示出的，为了便于将宝石安置在其隔室16a、16b内，并且为了避免宝石从隔室16a、16b的开口侧滚出的任何问题，两个平行的细长导向件18被定位成当链节20沿导向件18经过时位于三个直立件17a、17b之间的间隙26中。这些导向件18在平行于传送机13的运动方向上延伸，并且从上方被支撑。两个导向件18在邻近进给装置12的边缘12c并在传送机13的行进方向上超过该边缘50mm的区域中延伸穿过多个隔室16a、16b。

导向件18可以由柔软但相当刚性的塑料(例如，ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯))的薄条带配置而成。当被插入到直立件间隙26中时，导向件18可以位于链节20的上表面的正上方，或者可以搁置或漂浮在该上表面上。当传送机13向前移动时，导向件18与连续链节20的直立件间隙26接合并插入到该直立件间隙26中。换句话说，当传送机13向前移动时，导向件18保持固定。

在将宝石从碗12转移到传送机13的特定隔室16a、16b期间，导向件18形成隔室16a、16b内的区域的侧部，该隔室16a、16b以基准线D为中心。这使得已经从进给装置12的边缘12c落入到传送机13的隔室16a、16b中的宝石能够安置在由前、后直立件17a、17b和导向件18限定的特定区域中，如图6切出图所示。一旦宝石已经被安置，即使在隔室16a、16b已经移动超过导向件18之后，宝石也很可能保留在隔室16a、16b的该区域中。即使在导向件18不再界限隔室16a、16b之后宝石被稍微重新定位或移动，宝石在前直立件17a与后直立件17b之间的位置仍然是已知的。然而，一旦已经将宝石安置在隔室16a、16b内，最可能是在其最稳定的配置中。在宝石具有小平面的情况下，这可能是停止在最大的小平面上，尽管情况并不总是这样。

对于每一个隔室16a、16b都使用永久导向件或侧部是不希望的，因为所述导向件或侧部会干扰在垂直于传送机13运动的方向上在传送机13的平面中观察宝石。永久的隔室侧部也会妨碍随后使用例如空气喷射器或机械致动器(例如，推杆)将宝石移除到分配箱中。因此，在宝石安置时，在不干扰后续操作的情况下，本文所述的导向件18允许在隔室16a、16b内存在完全封闭的区域。

然后可以假定，一旦宝石已经安置在特定的隔室或隔间16a、16b中，宝石将在整个剩余的分拣过程中保持在该位置，直到或者除非采取行动来移除所述宝石。因此，隔室16a、16b的目的是将传送机13分成分离的物理元件或离散的托盘，以便跟踪特定宝石的位置。

在不需要分离装置或方法的情况下，振动供给碗12和移动分隔连续传送机13的组合因此将一批宝石转变成单个宝石的连续流，其中在随后的时间中已知每一个宝石的位置。

连续传送机13的运动由被驱动的滑轮19控制，从而使链条21移动。如图7a、7b和7c所示，在该实施例中，在设备10的远离碗12的端部处的滑轮19被驱动，尽管可以理解，可以驱动任一滑轮。通过来自2相步进电机27的无齿轮啮合直接驱动，经由适当的轴承和柔性联接器(未示出)，将驱动提供给滑轮19。为了提供平稳运动，可以采用公知的微步进技术，即，当一个脉冲被正交地提供给电机控制器时，提供给驱动线圈的驱动前进一个小角度而不是一个完整的步长。

在所示的示例中，从动滑轮19采用简单的多边形形式，在该示例中为十二边形，且没有齿，如图7c中最佳所示。这种布置有助于避免滑轮和链条的磨损。链条21环绕或盘绕在滑轮19上，并且链条21的每一个链节20都搁置在形成滑轮19的多边形的平坦侧面或“小平面”19a、19b、19c……上。链节20和多边形小平面19a、19b、19c……被设计成使得在链节20的下侧与相应的小平面19a、19b、19c……之间大致完全接触。这确保了在滑轮19与链条21之间存在可忽略的滑动运动或不存在滑动运动。可以理解，包括带齿的轮的替代滑轮和链条布置是可能的。然而，为了同步的目的，理想的是滑轮19以某种方式与链条21啮合或对准，以使得可以从电机轴的位置推断出传送机隔室16a、16b的位置。

从动滑轮19位于传送机13的远端处，并因此沿方向A拉动所述传送机，如图7a和图7b所示。第二惰轮19i邻近振动碗12设置在设备10的近端处。该惰轮19i可以是大致圆形的(如图8所示)或者也可以是多边形或带齿的。

可以理解，传送机13沿着支撑导向件28并绕滑轮19、19i的运动越平稳，安置在离散的隔室16a、16b中的一个内的宝石在安置之后越不可能被移除或被干扰。因此，如本文所公开的，平坦侧面的多边形滑轮19、平坦金属引导支撑件28和经由微步进提供驱动的步进电机27的组合是特别有利的。

在该所示的示例中，两个滑轮19、19i被安装成以使得所述滑轮的轴线垂直于框架11的竖直表面11b的向外的表面，该向外的表面限定设备10的前部。这种布置允许从设备10的前部接近传送机13，而从设备10的后部接近所有的驱动机构等。竖直表面11b用作隔板，从而防止宝石或其它外来物体掉落到设备10的后部。也便于移除传送机13。在滑轮19、19i和框架11的平坦表面11a或基部之间提供足够的间隙，以允许发现已经从传送机13掉落的宝石。

电机轴上或在滑轮轮19上设置起始标记和传感器(未示出)，以使设备10可以被初始化到已知的起始位置。该标记可与向设备控制器输出数据的光学传感器接合，以使得该标记可以确认在初始化之后滑轮19处于其起始位置，并且该标记保持同步而不会因滑轮19的后续旋转而停转。

如图8、图9和图10中最佳所示，在经过振动碗的边缘12c的下方并通过导向件18之后，传送机轨道13经过多个测量位置14a、14b、14c。在该图示的示例中，存在三个这样的测量位置14a、14b、14c，但是应当理解，根据需要可以存在更少或更多的测量位置。在容纳宝石的隔室16a、16b到达第一测量位置14a时，隔室16a、16b内的宝石应当已经被安置并且应当不再相对于隔室16a、16b移动。通常，已安置的宝石将处于其最稳定的方位，但是为了某些测量的目的，例如确定宝石的形状、颜色、透明度等，宝石的方位不是关键的。

第一测量位置14a可以包括照明系统，该照明系统可以包括从下方照亮每一个隔室16a、16b的光源23a。在该示例中，第一测量位置14a包括传送机13穿过的壳体。光源23a凹入到上面搁置有传送机13的引导支撑件28。光源23a通过印刷电路板上大致均匀间隔开的发光二极管(LED)阵列提供漫射可见光光源。为了防止任何磨损，所述印刷电路板被安装在距离乳白玻璃盘23b一定距离(大约等于或大于LED之间的间隔)处，刚好在引导支撑28的表面下方。通常，玻璃盘的直径为约40mm。

第一测量位置14a还包括平面成像系统，所述平面成像系统可以包括电子成像传感器或照相机24a。传感器24a可以位于传送机13上方，从而可以从上方获得隔室16a、16b及其内容物的视图或图像。然而，在该示例中，如图9和图10所示，棱镜或反射镜29被结合，以使得传感器24a可以安装到传送装置13轨道的后部，而不是直接安装在顶部处。传感器24a在该示例中是CMOS(互补金属氧化物半导体)或CCD(电荷耦合器件)检测器，其包括相同光敏元件的二维(优选地，正方形)阵列。该阵列可以设有被称为Bayer(拜尔)矩阵的掩模，使得不同的光敏元件对不同颜色的光敏感，以便提供隔室16a、16b及其内容物的彩色图像。在其它实施例中，隔室16a、16b可以从上方被照亮，并且传感器24a可以位于任何合适的位置中，以便从上方或从下方提供隔室16a、16b的容纳物的图像。

传感器或照相机24a包括适当的驱动器和通信电路，以使得所述传感器或照相机24a可以经由适当的接口(例如，吉比特以太网)连接到计算机的处理器(这里未示出)。合适的数字照相机是来自Imaging Development Systems GmbH(成像发展系统公司)的UI-5260 CP-C-HQ。可以直接指定一个合适的透镜，该透镜可以附接到照相机24a上以将传送机13的中心部分的图像形成到传感器24a上。透镜可以使用合适的延伸管直接附接到照相机以使用标准设备在图像传感器24a上提供隔室16a、16b的对焦图像。可以根据需要使用远心透镜以减少透视效应。

如上所述的第一测量位置14a提供了来自传送机隔室中的一个传送机隔室内宝石上方的图像。由于传送机13的链节20由透明材料配置而成，所以宝石由位于正下方的光源23a被适当地照亮。由传感器24a拍摄的图像，无论是否直接位于上方，都可以由处理器处理以提供关于宝石的特性的信息，例如尺寸、形状、颜色等。

由于在对宝石进行成像的同时传送机13移动，所以LED可以是脉冲式的，以使得LED仅在传送机链节20直接位于LED上方时才被激活。这使宝石相对于传感器24a的移动的影响最小化。已经发现，大约100-500μs的脉冲持续时间适合于LED，例如PhillipsZ，其足够强以输送足够的光来形成合适的图像。较长的脉冲时间(例如1ms或更长)导致图像的一些模糊。

虽然白色LED可以用于光源23a中，但是使用单独的LED来提供红色、绿色和蓝色照明可能是有利的。通常，如上所述的单独的驱动脉冲被提供给每种颜色的LED，每一个脉冲在大约相同的时间开始，但是在不同的延迟之后终止，以使得每种颜色的照明强度可以被调节以提供色彩平衡。如果LED被小心地布置在印刷电路板上，并且乳白漫射器足够远，则可获得均匀的照明。

使用控制器(例如，8位微控制器(例如，Atmega2560))，来执行对LED的控制和该示例的设备10的定时的所有其他方面。设备10还包括本领域已知的适当的驱动电路和软件。

在该示例中，第一测量位置14a还包括第二(侧部)成像系统24b和第二(侧部)照明系统23b，如图9所示。侧部成像系统24b包括侧部成像传感器或照相机，所述侧部成像传感器或照相机聚焦在与平面成像系统24a相同的位置上，但取向不同，即，侧部传感器24b的视线平行于隔室的直立件17a、17b，以使得侧部传感器24b可以在所述直立件之间查看。因此，虽然第一(平面)成像提供24a提供隔室16a、16b内的宝石的平面视图，但是第二(侧部)成像系统24b提供侧视图。

第二照明系统23b或第二光源可以是与第一照明系统类似的单元，或者可以是不同类型的单元。实际上，第二照明系统必须放置在离传送机轨道13的基准线D更远的位置，并且因此第二照明系统23b需要更具方向性。由于宝石在隔室16a、16b内的位置变化比由第一成像系统24a提供的来自上方的图像的位置变化大得多，因此第二成像系统24b需要更小的光圈，以便允许合适的聚焦深度和因此更长的曝光时间。假定使用与第一传感器或照相机24a相同的放大率，则在第二传感器或照相机24b中可能需要更高的增益设置。

还应当理解，尽管平面和侧部成像系统被描述为位于相同的测量位置处，但是所述平面和侧部形成系统可以位于不同的测量位置处。

由第一成像系统24a和第二成像系统24b在第一测量位置14a处提供的两个图像可以用于提供关于宝石的尺寸和形状的大量信息。例如，处理器可以基于所提供的图像执行宝石的形状分析。为此，有利的是，正在被检查的宝石以至少局部地使其重力势能最小化的配置而放置在名义上平坦的表面上。例如，规则八面体形式的宝石晶体(其是相对常见的天然钻石形态)将以其八个面中的一个搁置在隔室16a、16b的底部上的方式存在。因此，在平面图中，宝石将具有特征性的六边形轮廓，其可以用于将宝石与其他形状区分开。

由第二成像系统24b提供的宝石的侧视图(正视图)通常将根据宝石的取向显示某种梯形。如果宝石是完全规则的八面体晶体，则可以从平面图或俯视图的分析预测宝石在侧视图或正视图中的高度。如果确定例如宝石的实际高度(如在侧视图中测量的)小于从平面图的分析预测的高度，则宝石可以是“平坦”晶体而不是完全规则的晶体。“长”晶体是另一种常见的形态，其中宝石是细长的。这种形态通常在平面图或俯视图中是可见的。

因此，在第一测量位置14a处产生的宝石的平面图像和高度图像可以被组合，或者被单独分析，以便提供关于宝石的尺寸和形状的信息。虽然两个图像的有限数据集将不允许宝石形状的配置的完全详细的表示或三维模型，但是当这些图像与搁置在一表面上的物体的“场景约束”以及可能存在的形状的一些先验知识结合时，允许进行有用的推断。因此，提供两个形状测量通常足以使得能够确定宝石的形状，并在此基础上对宝石进行分类。由于平面图像和高度图像都是在同一位置并且基本上同时拍摄的，因此宝石在隔室内的随后移动不会影响对一个或多个图像的分析。

除了在第一测量位置14a处进行测量之外，可以理解，宝石的进一步测量可以在进一步的测量位置处进行，例如第二测量位置14b和第三测量位置14c。这些测量可以包括但不限于荧光测量、磷光测量、光谱测量等。可以在每一个测量位置处进行多次测量，并且可以根据需要添加另外的测量位置。

每一个宝石一旦已经经过测量位置14a、14b、14c，则每一个宝石在其隔室16a、16b中在传送机13上继续到达多个分配箱15a、15b、15c……。在该图示的示例中，有十二个分配箱15a、15b、15c……，其中六个在图11中被示出。分配箱可以包括盖或覆盖件30。盖30可以被铰接，或者可以滑动或提升离开分配箱15a、15b、15c。盖30还可以包括观察面板或观察窗，以使得可从外部看到分配箱箱15a、15b、15c中的每一个的内部。

每一个分配箱15a、15b、15c都被指定成接纳已经经过一个或多个测量位置14a、14b、14c的一个或多个宝石。根据如通过在一个或多个测量位置14a、14b、14c处进行的测量被确定的宝石的特性，宝石被分配到具体的分配箱15a、15b、15c中。例如，分配箱15a、15b、15c可以根据形状、颜色、尺寸、透明度、成分等被指定以接纳宝石。因此，每一个箱15a、15b、15c都可以被标记或以其他方式标记以指示其内容物。分配箱15a、15b、15c中的一个也可以具体地指定为接纳“双供给”，即来自容纳多于一个宝石的隔室的那些宝石。这种“双供给”可以被分配到适当的箱中，然后随后被再次引入到碗状进给装置12。

与每一个分配箱相邻的是分配装置31。在该示例中，分配装置31包括被定位到传送机13的侧部的空气喷射器(这里未示出)。当宝石经过适当的分配箱15a、15b、15c时，空气射流装置由设备控制器启动，并且宝石被吹离邻近箱15a、15b、15c的隔室16a、16b的开口侧，并且进入到分配箱15a、15b、15c中。可以理解，可以使用诸如推杆等的可选分配装置将宝石从其隔室16a、16b移出到适当的分配箱15a、15b、15c中。

一旦传送机13已经经过分配箱15a、15b、15c，则每一个隔室16a、16b都应当是空的。由于任何原因没有分配到箱15a、15b、15c中的任何宝石将随着其被围绕从动滑轮19拉动而从传送机13掉落到设备10的基部11a上。空的传送机13继续朝向惰轮19i，并返回朝向碗进给装置12，从所述碗进给装置12可以分配更多的宝石。

理想的是提供一种用于使照明系统23的操作与隔室16a、16b到达测量位置14a同步并且触发成像系统24的系统。同样重要的是，控制器能够将图像或其它测量值、或者图像或其它测量值的任何分析或处理结果与特定的隔室16a、16b相关联，并因此与特定的宝石相关联。这种关联还应该连接到与用于分配装置31的触发器，以便将宝石分配到适当的分配箱15a、15b、15c中。

在当前的示例中，这是如下实现的。控制器将脉冲发送给电机27。每一个脉冲都使电机27以已知的小角度转动滑轮19，从而移动传送机13。电机27被配置成使得已知数量的脉冲(例如，256个)的运动对应于一个隔室长度的传送机的线性运动。为了校准设备10，控制器将脉冲发送给电机27，直到通过传感器检测到电机轴或滑轮19上的起始标记，如上所述。另一预定数量的脉冲被传送给电机27，以使得传送机13上的隔室16a、16b处于相对于设备10上的基准标记的已知相对位置。该隔室16a、16b变成隔室0。系统中所有其它注释位置(例如，第一测量位置14a、第一分配箱15a)由必须被输送到电机27以将隔室0从基准标记移动到注释位置的脉冲的数量来限定。

例如，第一成像系统24a可以位于位置2000处。换句话说，需要从控制器向电机27发送2000个脉冲，以便将隔室0从基准标记移动到第一成像系统24a。第一分配箱15a可以位于位置5000处，而第二分配箱可以位于位置6000处，等等。

从现在开始，控制器以由微控制器中的内部计数器确定的速率自动地将接通脉冲发送到电机27，其中所述内部计数器链接到系统时钟。这设定了传送机13的运动的线速度，从而自动地产生用于电机27的驱动脉冲。可以理解，在该示例中，传送机13以恒定速度移动，而不需要在进行测量时进行任何停止。然而，在其它实例中，如果需要，可以在进行宝石测量时停止传送机。

当产生每一个脉冲边沿时，需要在微控制器中进行中断，以使得控制器可以检查以查看是否需要动作。例如，在脉冲2000处，当隔间零点经过时，将触发照相机24a和光源23a。然后，用于照相机24a和光源23a的触发点前进256个脉冲，其中所述256个脉冲对应于随后隔室(隔室1)的到达。当隔间零点经过其位置时，由照相机24a拍摄的图像被传送到处理器，在处理器中，该图像可以被识别为属于隔室0(因为它是第一图像)。第二图像以相同的方式被传送，并且可以被识别为属于隔室1，等等。

在分析或处理图像或与隔室0有关的多个图像或测量值之后，处理器可以确定隔室0内的宝石应该被分配到第二分配箱(“箱2”)15b中。因此，处理器向控制器发送消息，以将隔室0的内容物分配到箱2中(例如，该消息可以采取DISP 0.2的形式)。控制器可以识别箱2处于位置6000处，即当从基准标记开始数的脉冲为6000时，隔室0将处于将宝石吹入箱2中的空气射流的前面。控制器以触发顺序保持一列任务，并增加任务，以使得用于箱2的空气射流将在脉冲6000处被触发(当隔室0已经从基准标记移动6000个脉冲时)。

如前所述，在脉冲2256处，在经过隔室0之后，控制器256脉冲将再次触发照相机24。这将导致获得隔室1的内容物的图像。在分析或处理该图像之后，处理器可以确定隔室1内的宝石应当被分配到第一分配箱(“箱1”)15a中。因此，处理器向控制器发送消息(例如，DISP 1，1)。箱1的位置是脉冲5000。然而，因为是隔室1的内容物而不是隔室0的内容物被分配，所以控制器将256个脉冲添加到计数，使得用于箱1的空气射流在5256的脉冲计数下被触发。在该实施例中，从隔室1分配第二宝石(5256)的触发点发生在从隔室2触发第一宝石(6000)之前。通过维护有序的任务列表，微控制器可以确保将正确的宝石分配到正确的分配箱中。

上述系统可以被扩展以覆盖多个测量位置和多个分配箱，以使得多个照相机或传感器同步，只要处理器为每一个传感器维持单独的数据流即可。因此，多个照相机或传感器的分析结果可以被组合，并且得到的分配位置从处理器被发送回到控制器。

尽管对于设备10的操作不是必需的，但是处理器可以被配置为即使在隔室16a、16b被确定为空的情况下，即由照相机提供的图像显示不存在宝石的情况下，也向控制器发送消息。因此，可以从处理器向控制器返回诸如DISP 2，0的消息以指示隔室2是空的。这种布置的好处是，通过对所接收到的消息进行计数，微控制器可以验证计算机的处理器是否仍然在工作。如果处理器由于任何原因停止工作，则处理器将不向控制器返回消息。如果发生这种情况，则微控制器(其不具有操作系统)可以简单地停止轨道13的运动，直到处理器“醒来”并再次开始返回消息。这允许用低成本的通用计算机而不是专用的确定性实时系统被用于图像分析。

配置处理器以便即使在隔室16a、16b为空的情况下也向控制器发送消息的另一个优点是，微控制器可以确定当前的供给利用率，换句话说，控制器可以确定隔室16a、16b的被宝石占据的部分。然后，控制器例如可以调节振动碗12的振幅，以便保持目标供给速率。当设备10可以用于检查尺寸在批次之间变化的物体时，这是特别有利的。如果发现大量隔室16a、16b保持多于一个宝石，则这种反馈机构例如可以降低输送装置12的速度和/或传送机13的线速度；相反，如果发现大量隔室16a、16b是空的，则可以增加输送装置12和/或传送机13的速度。

如本文所述，一种从一批宝石中分选宝石的方法，包括以下步骤：

步骤1：将来自所述一批宝石中的单个宝石输送到传送机的单个离散隔室；

步骤2：将所述隔室中的宝石运输到一个或多个测量位置；

步骤3：在所述一个或多个测量位置处测量宝石的一个或多个特性；以及

步骤4：使所述传送机的速度与所述一个或多个测量位置的操作同步，以使得所述宝石的测量值可以与所述宝石在该宝石的相关联的隔室中的位置相关联。

在离散的隔室内将宝石传输到一个或多个测量位置具有优于传统传输系统的如下多个优点。宝石的所有部分都是潜在可见的，尤其是如果隔室由透明材料制成，并且可以消除潜在的盲点(例如，在通过真空喷嘴处理宝石的情况下可能会出现所述盲点)。此外，当运输宝石时，宝石在离散的隔室内的运动不会影响宝石的测量或分配，这是因为宝石在特定隔室内的位置仍然是已知的。

本领域技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

如这里所述，“前”视图示出了从邻近进给装置碗的长边观察的设备。“后”视图示出了从相反侧观察的设备。“端”视图示出了从其任一短边观察的设备。

Claims (34)

1.一种用于从一批宝石中分选宝石的设备，包括：

一个或多个测量位置，所述一个或多个测量位置每一个都包括至少一个传感器，所述传感器被配置成测量宝石的一个或多个特性；

传送机，所述传送机包括用于容纳所述宝石的多个离散隔室，所述传送机由电机驱动以将所述隔室中的宝石运输到所述一个或多个测量位置；

输送装置，所述输送装置被配置成将来自所述一批宝石的各个宝石输送到所述传送机的各个隔室；以及

控制器，所述控制器被配置成使所述传送机的速度与所述一个或多个测量位置的操作同步，以使得所述宝石的测量值能够与所述宝石在所述宝石的相关联的隔室中的位置相关。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述传送机包括环形回路。

3.根据权利要求1或2所述的设备，包括：

多个分配箱，所述多个分配箱被配置成接纳被运输到所述一个或多个测量位置的宝石，以及

分配装置，所述分配装置位于所述多个分配箱中的每一个附近，每一个分配装置都被配置成根据在所述一个或多个测量位置处获得的测量值将所述多个离散隔室中的一个内的宝石分配到相邻的所述分配箱中。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述控制器被配置成使所述分配装置的操作与所述传送机的速度同步，以使得与特定测量值相关的隔室中的宝石被分配到适当的所述分配箱中。

5.如前述任一权利要求所述的设备，其中，所述控制器被配置成向所述电机发送脉冲，每一个所述脉冲都使所述电机将所述传送机移动已知的量。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述一个或多个测量位置中的每一个和所述多个分配箱中的每一个都定位在距离基准位置已知数量的脉冲的位置处。

7.根据前述任一权利要求所述的设备，其中，所述一个或多个测量位置中的至少一个包括平面成像传感器和平面照明系统，所述成像传感器被配置成从上方提供在宝石的相关联的隔间内的宝石的图像。

8.根据前述任一权利要求所述的设备，其中，所述一个或多个测量位置中的至少一个包括侧部成像传感器和侧部照明系统，并且其中，所述侧部成像传感器被配置成从侧部提供所述宝石的图像。

9.根据前述任一权利要求所述的设备，包括处理器，所述处理器被配置成分析在所述一个或多个测量位置处获取的所述宝石的所述一个或多个特性的测量值。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述宝石的一个或多个特性中的一个是形状，并且所述处理器被配置为执行所述宝石的形状分析。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述形状分析包括将由所述侧部成像系统测量的所述宝石的高度与从由所述平面成像系统获得的图像的分析而计算出的所述宝石预测高度的比较。

12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述输送装置包括被提供有振动能并具有凹槽的圆碗，所述凹槽被配置成允许宝石沿所述凹槽行进。

13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述传送机由具有多个大致相同链节的链条形成。

14.根据权利要求13所述的设备，其中，每一个链节都被配置成夹持到另一个链节，以使得当被平放时所述传送机的上表面是大致连续的。

15.根据权利要求13或14所述的设备，其中，每一个所述链节都设有至少一个横向延伸的脊部，所述脊部被配置成将所述多个离散隔室中的两个隔室分开。

16.根据前述任一权利要求所述的设备，其中，所述多个离散隔室中的每一个都是侧面开放的。

17.根据前述任一权利要求所述的设备，包括从动滑轮，其中所述传送机环绕在所述从动滑轮上，所述从动滑轮包括平边多边形。

18.一种从一批宝石中分选宝石的方法，所述方法包括：

将来自所述一批宝石中的单个宝石输送到传送机的单个离散隔室；

将在所述隔室中的所述宝石运输到一个或多个测量位置；

在所述一个或多个测量位置处测量宝石的一个或多个特性；以及

使所述传送机的速度与所述一个或多个测量位置的操作同步，以使得所述宝石的测量值能够与所述宝石在所述宝石的相关联的隔室中的位置相关。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述传送机包括环形回路。

20.根据权利要求18或19所述的方法，还包括：

根据在所述一个或多个测量位置处获得的测量值，将输送到所述一个或多个测量位置的宝石分配到多个分配箱中的一个。

21.根据权利要求20所述的方法，还包括：

使所述分配装置的操作与所述传送机的速度同步，以使得与特定测量值相关的隔室中的宝石被分配到适当的所述分配箱中。

22.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，还包括：

将脉冲发送给驱动所述传送机的电机，以使得每一个脉冲都使所述电机将所述传送机移动已知的量。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括：

将所述一个或多个测量位置中的每一个和所述多个分配箱中的每一个定位在距离基准位置已知数量的脉冲的位置处。

24.根据权利要求18至23中任一项所述的方法，还包括：

在所述一个或多个测量位置中的至少一个测量位置处，使用平面成像传感器和平面照明系统从上方提供位于宝石的相关联的隔室内的宝石的图像。

25.根据权利要求18至24中任一项所述的方法，还包括：

在所述一个或多个测量位置中的至少一个处，使用侧部成像传感器和侧部照明系统，从侧部提供宝石的图像。

26.根据权利要求18至25中任一项所述的方法，还包括：

使用处理器分析在所述一个或多个测量位置处获取的所述宝石的所述一个或多个特性的测量值。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，分析步骤包括对所述宝石的形状分析。

28.根据权利要求27所述的方法，还包括：

将由所述侧部成像系统测量的宝石高度与从由平面成像系统获得的图像的分析而计算出的宝石预测高度进行比较。

29.根据权利要求18至28中任一项所述的方法，其中，输送步骤包括：

向具有凹槽的圆碗供应振动能量，以使得宝石沿着所述凹槽行进。

30.根据权利要求18至29中任一项所述的方法，还包括：

通过具有多个大致相同链节的链条形成所述传送机。

31.根据权利要求30所述的方法，还包括：

将每一个链节配置成夹持到另一链节，以使得当平放时，所述传送机的上表面是大致连续的。

32.根据权利要求30或31所述的方法，还包括：

为每一个链节设置至少一个横向延伸的脊部，所述脊部被配置成将所述离散的隔室中的两个隔室分开。

33.根据权利要求32所述的方法，还包括：

将所述离散隔室被配置成为侧面敞开的。

34.根据权利要求18至33中任一项所述的方法，还包括：

使所述传送机环绕一滑轮并驱动所述滑轮，其中，所述滑轮包括平边多边形。