CN110325294A - 宝石分选 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于从一批宝石中分选宝石的设备和方法。所述设备包括：一个或多个测量位置，每个测量位置包括至少一个测量装置，所述测量装置被配置成测量宝石的一种或多种特性。连续可移动的表面将宝石支撑在其上，并将宝石运送到一个或多个测量位置。分离装置在宝石在可移动表面上被运送到一个或多个测量位置时，将宝石彼此分离。位置触发器在传感器位置包括传感器，其用于识别宝石何时通过传感器位置。控制器接收来自位置触发器的信号，在接收到信号时记录可移动表面的位置，并通过监视可移动表面的移动来跟踪宝石的后续位置，以使得每个宝石的一种或多种特性的测量值能够与可移动表面上的相应宝石的位置相关联。宝石的发光特性中的特定标记可用于识别石头的特性。

Description

宝石分选
技术领域
本发明涉及一种分选宝石的方法和设备。特别地，但非排他地，本发明涉及一种用于分选钻石的方法和设备。
背景技术
天然钻石是来自大自然的石头，其仅由在一段长时间的地质过程形成的钻石组成。合成钻石是通过工业过程例如HPHT(高压高温)和CVD(化学气相沉积)制造的人造石头。
合成钻石具有广泛的工业应用，但目前仅占宝石行业的一小部分，并且不会具有与相似颜色和质量的天然钻石相关的高价值。当处于未抛光状态时，合成钻石可以相对容易地与天然钻石区分，然而，一旦抛光并切成宝石，可能更难识别石头是否是合成的。
先进的筛选仪器(如DiamondSureTM和DiamondViewTM)可用于检测石头是天然的还是合成的。通常，这种筛选涉及测量光被钻石吸收或光从钻石发射的方式。在筛选开始之前，通常需要将要被检测的石头以“桌面向下”的方式放置在测量表面或支架上的精确位置。在这种场景下，“桌面”是冠部(在安装时的石头的上半部分)的最大中心面。
除了筛选更大的单个石头外，还需要筛选大量较小的钻石，包括有时被称为小钻的石头。小钻是一个交易术语，其没有明确定义的尺寸范围但在实践中可以认为是指小于约0.2克拉(20点)的石头，并且通常(但不一定)大于约0.01或0.02克拉。由于它们的体积小，因此小钻石头通常以包或批量出售。由于一包可能包含数百颗石头，因此合成钻石和非钻石材料可能与天然石头混合在一起。
筛选小钻钻石可能非常耗时，因为每块石头必须单独检测及因此单独放置在正确的定向。WO2012/146913公开了一种用于为宝石定向的设备，其中离散的宝石被提供到具有一对相对的振荡壁的行进路径上。当宝石沿着路径前进时，这些壁促使宝石进入其最稳定的定向(即，桌面向下)。一旦处于该定向，则可以通过真空棒将各个石头从行进路径上拾起并运送到检测站。
图1是WO2012/146913中描述的用于为宝石定向的设备1的视图。小钻石头被倒入料斗2中并通过一对辊子6。辊子6的速度被配置成将石头分离，使得它们一次只通过一个。然后将石头引导到旋转盘10上，如图2所示。盘10顺时针旋转，并提供圆形行进路径，使石头通过搅拌器13。搅拌器13包括一对相对的平行垂直壁11，平行垂直壁11形成半圆形通道12。壁11连接到振荡器15，振荡器15以足够的幅度和频率振动这些壁，使得它们与行进路径上的石头碰撞。一对壁14的中心沿着旋转盘10的半径振荡。
壁11的冲击水平被选择为使得其足以将石头从其亭面(pavilion facet)上敲倒，但不会将石头从其最稳定的桌面(table facet)上敲倒。最终，石头以桌面向下的方式落下，并且在它们到达处理区域7时对齐。定向检查装置9通过使用相机16记录石头的侧视轮廓图像，来检查每块石头是否桌面向下。如果发现石头正确地定向，则它由处理器收集(处理器包括摆臂3和真空棒4)，并被运送到合成检测装置17。如果发现石头不正确地定向，则其将被运送回振荡通道12以被重新定向。该过程持续进行，直到小钻中的所有石头都被定向、检测并经由斜槽8分配到合适的收集箱5中。
虽然图1的设备加速了定向和检测的过程，但是每当被定向的石头准备好被真空棒4拾取时，仍然需要使盘10停止旋转。此外，传统的检测装置和方法通常无法最终识别石头是天然的还是合成的。如果无法获得最终识别，则必须“送交”宝石以进行进一步检测。进一步检测通常需要使用更复杂的方法，例如光致发光或拉曼光谱和/或一种或多种不同的装置。对于非常小的宝石，进一步的检测可能在经济上不可行。WO2015/024979描述了一种系统，其试图通过以下方式来解决该问题：使用拉曼光谱法区分旋转玻璃盘上的钻石和非钻石材料，并随后在通过为含有钻石材料的石头上进行紫外线透射强度的测量。
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。所述设备包括：一个或多个测量位置，每个测量位置包括至少一个测量装置，所述测量装置被配置成测量宝石的一种或多种特性。连续可移动的表面将宝石支撑在其上，并将宝石运送到一个或多个测量位置。分离装置在宝石在可移动表面上被运送到一个或多个测量位置时，将宝石彼此分离。位置触发器在传感器位置包括传感器，其用于识别宝石何时通过传感器位置。控制器接收来自位置触发器的信号，在接收到信号时记录可移动表面的位置，并通过监视可移动表面的移动来跟踪宝石的后续位置，以使得每个宝石的一种或多种特性的测量值能够与可移动表面上的相应宝石的位置相关联。宝石的发光特性中的特定标记可用于识别石头的特性。
根据本发明的另一个方面，提供了一种从一批宝石中分选宝石的方法。所述方法包括以下步骤：将宝石运送到可连续移动表面上的一个或多个测量位置；当宝石在可移动表面上被运送到一个或多个测量位置时，将宝石彼此分离；在宝石分离后，识别宝石通过传感器位置的每个时刻，将宝石与此时可移动表面的位置相关联，并通过监控可移动表面的移动来跟踪宝石的后续位置；在一个或多个测量位置处测量宝石的一种或多种特性；以及将每个宝石的一种或多种特性的每个测量值与可移动表面上的相应宝石的位置相关联。
该一种或多种特性可包括宝石的发光特性中的一种或多种特定标记。这些标记可包括发光的波长和衰减时间。标记的特定组合可以提供关于石头是否包含钻石材料的指示，并且如果是，则其是否天然的或合成的或需要进一步检测。
在权利要求2等等中列出其他方面和优选特征。
附图说明
图1是已知的用于为宝石定向的设备的透视图；
图2是图1设备的平面图，其中为清楚起见移除了一些部件；
图3是根据本发明的用于为宝石定向的设备的透视图；
图4是图3的设备的前视图；
图5是图3的设备的俯视图；
图6是图3的设备的另一俯视图，其示出了定向装置；
图7是图3的设备的俯视图，其示出了一批宝石的行进方向；以及
图8是示出从一批宝石中分选宝石的方法的流程图。
具体实施例
现在将参考图3至图7描述一种用于从一批宝石中分选宝石(例如钻石)的设备101。待分选的宝石通常包括被抛光的石头(无论是明亮式切割还是花式切割)。将参考图8描述一种从一批中分选宝石的方法。
设备101包括一个或多个测量位置110a、110b，每个测量位置110a、110b包括被配置成测量宝石的一种或多种特性的至少一个测量装置，以及可移动表面103，可移动表面103用于在支撑其上的宝石并用于将宝石运送到一个或多个测量位置110a、110b。设备101还包括分离装置107、108，其用于在宝石在可移动表面103上被运送到一个或多个测量位置110a、110b时，将宝石彼此分离。一旦宝石被分离，每个宝石都通过诸如激光幕109的位置触发器。然后，该石头在可移动表面103上的位置变成已知，并且可以通过监视石头的移动可跟踪石头的后续位置。这使得在一个或多个测量位置110a、110b处的测量值能够与移动表面103上的宝石的已知位置相关联。
在图3至图7的实施例中，可移动表面包括可旋转盘103，盘103具有大体上平坦的上表面，宝石可以在该上表面上被运送。盘103由马达(这里未示出)以大约9度/秒至13.5度/秒之间的旋转速度旋转，该旋转速度取决于待运送的宝石的尺寸。可以经由控制器(可选地包括屏幕117)控制盘103的旋转速度。
在图3至图7所示的示例中，可旋转盘103的表面被制造为平坦的，在50微米的公差范围内。盘103也被硬黑阳极氧化处理，以使其耐磨并且允许在基大体上黑暗的环境中在一个或多个测量位置处进行测量，如下面将进一步讨论的。为此，盘103还设置有盖104，盖104限定了观察口，通过该观察口可以观察在盘103上被运送中的宝石。
如图3中最佳所示，设备101包括料斗102，其用于接收一批宝石并将其输送到可旋转盘103的表面上，靠近盘103的中心。料斗102可以是参考图1和图2所描述的类型的料斗。料斗102包括两个反向转动的泡沫辊(这里未示出)，泡沫辊用于控制宝石在可旋转盘103上的流动。辊的速度可以经由控制器117控制，并且可以根据被分选的宝石的大小和形状而变化。在该示例中，料斗102具有约500克拉的最小容量，并且通常适用于介于约0.3点至30点之间的宝石。
在图3至图7的实施例中并且如图5中最佳示出的，设备101还包括定向装置，其用于在宝石在可旋转盘103的中心部分上被运送时定向宝石，使得宝石在彼此分离之前被定向在其最稳定配置。在该示例中，定向装置包括上面参考图1和图2描述的类型的搅拌器113(尽管搅拌器113没有真空棒)。搅拌器113包括一对相对的平行垂直壁111，其形成大体上半圆形的通道112。宝石由可旋转盘103引导到半圆形的通道112。
壁111由振荡器115振荡，以使得一对壁111的中心部分114沿着可旋转盘103的半径振荡(即，大体横向于宝石的行进方向)。应当理解，在半圆形通道112的入口和出口部分处，一对壁111的相对横向移动可能是最小的。
壁111以足够的幅度和频率振荡，以使得它们与存在于可旋转盘103的表面上的宝石碰撞，将宝石敲入其最稳定的配置中(即，他们的最低势能的位置)。对于绝大多数被切割的宝石而言，最稳定的配置将是桌面向下。壁111的撞击水平被选择成使得一旦宝石落在其最稳定的平面上后，它将不再被敲倒，并将保持在其最稳定的配置。换句话说，搅拌器113的冲击水平被仔细选择以使得足以将宝石从其亭面上敲倒，例如，但不足以将宝石从其桌面上敲倒。
振荡壁111的长度被选择成使得所有宝石在其离开搅拌器113时将被定向到其最稳定的配置中。已定向到其最稳定的配置中的宝石更容易分离、测量和分配，因为他们更可预测的处理。
该实施例的设备101包括分离装置107、108，其用于在宝石在可旋转盘103上被运送到一个或多个测量位置110a、110b时将宝石彼此分离。在图3至图7所示的实施例中，分离装置包括一系列固定凸轮107和可移动凸轮108。当盘103旋转时，宝石与凸轮107接触。固定凸轮107相对于水平表面的行进方向倾斜，使得宝石被推向盘103的外部区域，该外部区域比盘103的中心区域移动得更快。这因此增加了石头之间的间隔。连续的凸轮107表面可以通过依次变小的角度倾斜于可旋转盘103的水平表面的行进方向，和/或凸轮107可以包括弯曲表面，以便优化石头在移动表面上横向移动的速率。在该示例中，存在三个固定凸轮107，但是应当理解，可以根据需要采用更少或更多的凸轮107。
由于每个凸轮107依次地推动宝石，使其进一步远离可旋转盘103的中心区域，这自然导致宝石彼此分离，因为它们相对于盘103的平均角度位置被保持，而它们与可旋转的盘103的中心的距离增加。
图3至图7的实施例包括可移动凸轮108，在宝石已经通过固定凸轮107之后，宝石与可移动凸轮108接触。可根据待分选的宝石的大小和形状来调整可移动凸轮108的角度。可移动凸轮108用于提供宝石之间的最终分离。这样，一旦宝石通过可移动凸轮108，就在可旋转盘103的表面上提供分离的宝石流。虽然在该示例中仅提供一个可移动凸轮108，但是应当理解的是，可根据需要提供进一步的可移动凸轮。另外，固定凸轮和可移动凸轮的顺序可以变化。
如图5所示，设备101还包括位置触发器109。它位于盘103上的传感器位置处，在石头被分离之后它们通过该位置，使得当它们继续在盘103上行进时，它们不需要与任何其他物品接触。在该实施例中，位置触发器包括在传感器位置处的传感器109，例如激光幕。控制器117被配置为每当宝石通过传感器时，从传感器接收信号。该宝石通过传感器与此时盘103的角位置相关，并且随后可以通过知道盘103的角位置来跟踪每个宝石的位置。
设备101还包括一个或多个测量位置110a、110b，每个测量位置包括至少一个测量装置，该测量装置被配置成测量宝石的一种或多种特性。在图3至图7所示的实施例中，存在两个测量位置110a、110b，如下面将更详细描述的。每个测量位置110a、110b包括测量装置或单元(这里未示出)。当盘103旋转时，分离的宝石一次一个地通过测量位置110a、110b。每个测量装置在当宝石移动经过时测量单个宝石的特性，即，当宝石到达测量位置110a、110b时，可旋转盘103不停止，并且所有测量都在移动宝石时进行。这意味着盘103可以连续旋转，并且可以依赖于石头位置与盘103的角位置的相关性。宝石特性的测量值从测量装置传输到控制器117。在下面详述测量的进一步细节。
设备101还包括多个分配位置，在图3、图4和图5所示的示例中，分配位置包括收集箱105。在该示例中有五个收集箱105，但是应当理解，箱105的数量可以根据需要减少或增加。与每个收集箱105相关联的是分配机构106，例如推杆或尖刺泡沫轮，其经由螺线管116操作并且被配置为将宝石推离可旋转盘103的外表面，并使得宝石被分配到相关的收集箱105。可以如下指定图3、图4和图5中所示的五个收集箱105。
1.非钻石(用于由模拟物(例如立方氧化锆)组成的宝石)
2.合成(用于合成钻石，例如通过CVD或HPHT生长的钻石)
3.通过(用于天然钻石)
4.送交(用于对于其特性尚未最终确定的宝石)
5.清除(用于当需要快速清空宝石设备时使用)。
应当理解，上述收集箱105的顺序仅作为示例提供，并且可以想到其他名称和顺序。
由于特定宝石通过传感器位置的时间和盘103的旋转速度是已知的，因此控制器117可以准确地预测特定宝石何时将通过一个或多个测量位置110a、110b。因此，控制器117接收的特定宝石的一种或多种特性的测量值可以通过控制器117与特定宝石在可旋转盘103上的位置相关联。根据收到的测量值，控制器117可以确定例如特定宝石是天然钻石、人造钻石还是非钻石。当特定宝石到达邻近适当收集箱105的位置时，控制器117启动适当的分配机构106以将宝石分配到正确的箱105中。
现在将描述在使用中的图3至图7的设备101。将一批宝石沉积到料斗102中，并且经由料斗102的泡沫辊将宝石单独地输送到旋转盘103的内部区域的表面上。当盘103旋转时，宝石被引入到搅拌器113的半圆形通道112，在那里它们被定向成桌面向下。在离开搅拌器113时，宝石被旋转盘103带到与一系列固定凸轮表面107和可移动凸轮表面108接触，并且朝向可旋转盘103的外部区域偏转，在该过程中彼此分离。因此，分离的宝石流由可旋转盘103输送到传感器位置，其中各个宝石一次一个地通过传感器(激光幕)109。
然后，被分离的宝石由可旋转盘103运送通过两个连续的测量位置110a、110b，使得在每个位置110a、110b处，获得每个宝石的单独和不同的测量值。这些测量值被传输到控制器117，并与它们所涉及的宝石相关联。控制器117跟踪每个测量到的宝石的准确位置，并激活适当的分配机构106，以将被测量的宝石分配到适当的收集箱105中。根据宝石的测量特性，由控制器117确定适当的箱105。
因此，如图7所示，由料斗102沉积到旋转盘103的内部区域上的宝石大体上遵循如箭头A所示的行进路径，并且最终到达盘103的最外部区域，在该最外部区域将其分配到收集箱105。应当理解，由于该批宝石逐渐沉积在可旋转盘103上，因此可以同时进行来自该批次的宝石的定向、分离、测量和分配。换句话说，可以分配来自待沉积到盘103上的该批次的第一个宝石，同时来自相同批次的后续宝石被定向、分离或测量。以这种方式，可以对整批宝石进行分选，而不需要停止盘103的旋转，因此，图3至图7的设备101能够以大约每小时至少3,600颗宝石的速度，将一批宝石分选到适当的收集箱105中。
应注意的是，在控制器117确定宝石未正确测量或根本未测量的情况下，该宝石可能不会被分配到箱105中，而是可以保留在旋转盘103的表面上。然后，宝石可以通过偏转回到盘103的适当内部区域而“再循环”，从而它可以再次通过传感器和测量位置110a、110b。
如上所述，图3至图7的设备101包括两个测量位置110a、110b，每个测量位置包括至少一个测量装置，该测量装置被配置为测量宝石的一种或多种特性。被分离的宝石一次一个地被运送通过可旋转盘103的移动表面上的测量位置110a、110b。如上所述，测量位置110a、110b处的测量在大体上黑暗的环境中进行。
由于在通过传感器位置之后，盘103上的宝石不与设备的任何其他部分接触，因此控制器117准确地知道每个宝石的位置，并且因此控制器117可以准确地确定特定宝石何时到达两个测量位置110a、110b中的每一个。因此，可以由控制器117将在每个测量位置110a、110b处进行的测量与它们所涉及的特定宝石相关联。此外，由于所进行的测量不需要与宝石物理接触，因此控制器117还可以准确地确定特定宝石何时到达每个收集箱105。
在该实施例中，第一测量位置110a包括发光测量单元。发光测量单元包括用于激发宝石的、大体上为225纳米(nm)或更小(即，紫外线或紫外灯)的波长的电磁辐射源，以及用于在由电磁辐射激发时捕获由宝石发射的任何可见光的光检测装置或相机。
考虑适用于相机的任何偏移值，控制器117将紫外灯和相机的操作同步。在该实施例中使用的灯是微秒氙火花灯，例如珀金埃尔默FX-4402，其被过滤以提供波长小于225nm的上述钻石带隙激发。该示例中的相机使用互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器，例如Sony IMX174。由于控制器117已知特定宝石在可旋转盘103上的位置，因此可以触发激发脉冲和相机操作，以与特定宝石到达发光测量单元110a的激发和检测区域一致。
可以通过控制器系统117对相机进行延迟配置，使得相机能够仅在灯产生的激发脉冲结束之后开始的时间窗期间捕获可见光。因此，相机可以捕获磷光以及荧光。由于在绝大多数情况下，荧光衰减的时间尺度比这里使用的激发源的时间尺度短，因此应该理解，荧光是发光的一种，其特征在于，仅在宝石的紫外激发期间产生。因此，一旦激发终止，激发期间产生的任何荧光将非常快速地衰减。另一方面，磷光是发光的一种，其在激发去除时会保持，但随后在更长的时间尺度上衰减。磷光可以在激发终止后持续一段时间，或者可以在激发脉冲结束的毫秒内衰减。延迟捕获可见光直到激发脉冲结束并且任何荧光已经衰减的过程确保：荧光被“滤掉”，并且不会模糊在激发脉冲结束之后发射的任何磷光。还可仔细选择用于捕获由宝石发射的可见光的时间窗的结束，以选择所捕获的荧光和/或磷光的衰减时间。以这种方式，该设备可以捕获可能通过其他方式而漏掉的可见光发射。
现在将描述一种通过观察宝石的发光特性中的某些特定标记来确定宝石是天然还是合成的方法。该方法可以包括用多个电磁辐射的激发脉冲照射宝石，并且在每个激发脉冲期间和/或之后，检测在至少一个时间窗中由钻石发射的光，该时间窗具有相对于激发脉冲的预定时间关系，以便获得发光数据。选择该时间窗或每个时间窗，以包括具有一个或多个标记的衰减时间特征的发光。可以组合与所有脉冲相关联的发光数据，然后进行分析，以确定一个或多个标记的存在或不存在。这些脉冲和检测都在石头通过测量位置110a时发生。
标记中的一者可以是蓝色快速磷光标记，其包括以峰值在约450nm的波长带和小于约80毫秒(ms)的衰减时间的发光。对此进行的检测可涉及针对峰值约450nm处的发光带，其在激发脉冲结束时或之后开始以及在相关激发脉冲结束后约80毫秒结束的时间窗中检测。蓝色快速磷光标记的存在可以是钻石是天然IIa型或Ia型钻石的标记。
标记中的一者可以是绿松石色缓慢磷光标记，其包括具有峰值在约480nm的波长和衰减时间大于80毫秒的发光。对此进行的检测可以包括针对以大约480nm为中心的发光带，其在相关激发脉冲结束后约80毫秒开始的时间窗中检测。时间窗可以在相关的激发脉冲结束之后约500ms时结束(尤其是在使用多个激发脉冲的情况下。绿松石色缓慢磷光标记的存在可以是钻石是IIb型钻石的标记。
标记中的一者可以是绿色缓慢磷光标记，其包括具有波长在约530m和约550nm之间以及衰减时间大于80毫秒的发光。对此标记进行的检测可以涉及针对约530m和约550nm之间的发光带，其在相关激发脉冲结束后约80毫秒开始的时间窗中检测。同样，时间窗可以在相关的激发脉冲结束之后可选地约500ms时结束。绿色缓慢磷光标记的存在可以是应送交该钻石以进行进一步检测的标记。
标记中的一者可以是“缺失”标记，其中在激发脉冲结束后检测到微不足道的发光。存在的这种标记指示了钻石应该被送交以进行进一步的检测。
标记中的一者可以是橙色长寿命荧光标记，其包括波长在约535nm和约600nm之间并且衰减时间小于1毫秒的发光。橙色长寿命荧光标记的存在可以指示应该送交钻石以进行进一步的检测。
标记中的一者可以是红色磷光标记，其包括波长在约575nm和约690nm之间并且衰减时间大于1毫秒的发光。红色磷光标记的存在可以指示应该送交钻石以进行进一步的检测。
标记中的一者可以是具有约510nm波长的弱绿色荧光标记。对弱绿色荧光标记的检测可以包括在与激发脉冲同步的时间窗中进行检测，因为荧光仅在激发宝石期间产生，并且一旦激发终止就非常快速地衰减。如前所述，将仔细选择时间窗的端部，以与脉冲的端部一致，以便在宝石激发已终止之后发射的任何磷光(其否则可能会模糊弱荧光的检测)将被“滤掉”。弱绿色荧光标记的存在可以指示应该送交钻石以进行进一步的检测。
从上文可以理解，荧光和/或磷光的测量以及某些标记的存在可以使控制器将特定的宝石识别为天然类型的IIa、Ia或IIb钻石。然而，例如，绿色缓慢磷光标记或“缺失”标记的存在不允许宝石被识别，并且在没有进一步信息的情况下，任何在紫外激发时产生绿色缓慢磷光标记或“缺失”标记的宝石可能需要“送交”以便使用替代的设备进行进一步检测。
有利地，图3至图7的设备包括第二测量位置110b，其被配置成测量宝石的一种或多种特性。在该实施例中，第二测量位置110b包括光致发光(PL)测量单元。
通过可旋转盘103表面上的PL测量单元的宝石经受约450nm的激光激发，其中激光具有3mm直径的光束并且与垂直方向成41°角。使用微型光谱仪在3mm直径测量区域上、使用与垂直方向成0°的单透镜系统，进行PL的检测。控制器117精确地知道宝石在可旋转盘103上的位置，并且因此用于在宝石进入PL测量单元时触发PL测量。激发激光器、光谱仪和收集光学器件被优化，以在大约150毫秒的时间范围内从移动的宝石中获取高质量(高信噪比)PL光谱(宝石需要大约150毫秒才能通过3毫米直径的PL测量区域)。
一旦获得PL光谱，就将其运送到控制器117并进行分析。基于拉曼线的存在和/或镍(Ni)相关的PL特征的检测，产生关于被检测的宝石的确定并且识别宝石。可以基于从第一测量位置和第二测量位置110a、110b接收的待检测宝石的结果做出确定，并且因此不可以在宝石已经通过两个测量位置110a、110b之前进行确定。
在光谱中存在以约1332cm-1为中心的尖锐单一拉曼线，将指示被检测的宝石含有钻石材料并且因此不是模拟物(即，宝石不是由除钻石之外的物质组成)。在不存在更强的793nm特征的情况下，在光谱中存在约787nm的与Ni相关的PL特征，将指示被检测的宝石是天然钻石(即，不是人造钻石)。因此，在约1332cm-1处存在尖锐的单个拉曼线以及在787nm(而不是793nm)处存在与Ni相关的PL特征，将指示被检测的宝石是天然钻石。相比之下在，约1332cm-1处不存在拉曼线将指示被检测宝石是非钻石。控制器117使用的检测算法在分离的宝石流中的下一个宝石进入PL测量区域之前完成确定。
因此，在第一测量位置110a(即发光测量单元)检测期间显示绿色缓慢磷光的宝石可以在第二测量位置110b(即PL测量单元)处的随后检测中被识别为天然钻石或合成钻石。如上所述，在没有这种能力的情况下，绿色磷光天然钻石可能被错误地分类为人造钻石，或者可能被“送交”以通过另一设备进行进一步的检测，这将导致更高的“送交”率。
因此，图3至图7的设备101可以利用在两个测量位置110a、110b处检测到的不同标记的组合来识别宝石，从而显著减少批次中需要通过替代设备进行进一步检测以便被识别出的宝石的数量。在通过两个测量位置110a、110b之后仍未被可靠地识别的任何宝石通常将被分配到指定为“送交”的收集箱105中。然后，可以对这些宝石进行进一步的检测。
表1示出了在图3至图7中所示的设备101的两个测量位置110a、110b处检测到的不同标记的组合可如何用于识别个别的宝石。然后，可将石头分配到合适的收集箱105中。
从左边开始，表1的第一栏(拉曼)的内容指示在PL光谱中是否存在(“1332”)或不存在(“非1332”)以约1332cm-1为中心的尖锐的、单个拉曼线。如上所述，在该示例中，在第二测量位置110b处获取PL光谱。
表1的第二栏和第三栏的内容(磷光1、磷光2)指示存在还是不存在上面讨论的某些磷光标记。如上所述，在该示例中，在第一测量位置110a处测量磷光。第二栏中的“蓝色”和“非蓝色”(“磷光1”)分别指示存在和不存在蓝色快速磷光标记，其包括在约450nm处达到峰值并且衰减时间在相关的激发脉冲结束后小于约80ms的波长带中的发光。第三栏(“磷光2”)指示具有的衰减时间大于约80ms的缓慢磷光的存在和颜色。第三栏中的“绿松石色”指示该缓慢磷光标记包括在约450nm处达到峰值并且衰减时间在相关的激发脉冲结束后大于约80ms的波长带中的发光，如上所述。第三栏中的“非绿松石色”指示不存在绿松石色缓慢磷光标记。应当理解，检测这两个标记包括在两个分离的时间窗中检测磷光(即，在激发脉冲结束后＜80ms并且在激发脉冲结束后＞80ms)。
表1的第四栏(荧光)的内容指示上面讨论的具有约510nm波长的弱绿色荧光标记是否存在(弱绿色)或不存在(非弱绿色)。对弱绿色荧光标记的检测可以包括在与激发脉冲同步的时间窗中进行检测(即，在激发宝石期间检测标记)。如上所述，在该示例中，在第一测量位置110a处测量荧光。
表1(PL)的第五栏的内容指示是否存在特定的与Ni相关的PL特征(在没有更强的793nm特征的情况下，具有787nm特征)是否存在于PL光谱中。如上所述，在该示例中，在第二测量位置110b处获取PL光谱。
任何栏中的破折号意味着任何结果都是可能的，并且应忽略此测量。例如，如表1第1行所示，在PL光谱中不存在以约1332cm-1为中心的尖锐单一拉曼线(非1332)时，可以将待检测宝石识别为模拟物(即，非钻石，诸如立方氧化锆之类)，无论是否存在或不存在其他标记。
表1
拉曼 磷光1 磷光2 荧光 PL 识别
1 非1332 - - - - 模拟物
2 1332 蓝色 - - - 天然
3 1332 非蓝色 蓝色 - - 天然
4 1332 非蓝色 绿松石色 弱绿色 - HPHT合成物
5 1332 非蓝色 绿松石色 非弱绿色 787nm 天然
6 1332 非蓝色 绿松石色 非弱绿色 非787nm 送交
7 1332 非蓝色 非绿松石色 - 787nm 天然
8 1332 非蓝色 非绿松石色 - 非787nm 送交
从表1中可以看出，大多数宝石将被鉴定为天然钻石、模拟物(即非钻石)或HPHT合成物。只有少数情况下宝石会被送交进行进一步的检测。例如，如表1的第6行所示，在PL光谱中的在约1332cm-1的拉曼线和绿松石色缓慢磷光标记均存在，但是蓝色快速磷光标记不存在，弱绿色荧光标记和PL光谱中787nm处的Ni相关的PL特征都不存在的情况下，被检测的宝石将被分配到“送交”收集箱。
参考图8，从一批宝石中分选宝石的方法包括以下步骤：
步骤1：将宝石运送到可连续移动表面上的一个或多个测量位置；
步骤2：当宝石在可移动表面上被运送到一个或多个测量位置时，将宝石彼此分离；
步骤3：在宝石分离后，识别宝石通过传感器位置的每个时刻，将宝石与此时可移动表面的位置相关联，并通过监控可移动表面的移动来跟踪宝石的后续位置；
步骤4：在一个或多个测量位置处测量宝石的一种或多种特性；以及
步骤5：将每个宝石的一种或多种特性的每个测量值与可移动表面上的相应宝石的位置相关联。
本领域技术人员将理解，在不脱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。例如，尽管上述实施例包括两个测量位置110a、110b，但是其他实施例可以包括两个以上的测量位置，其每个测量宝石的一种或多种特性。可替代地，可以在单个测量位置处进行宝石的多于一种特性的测量。
此外，尽管上面的表1示出了在两个分离的时间窗中检测磷光标记，但是可以利用另外的时间窗来检测一种或多种另外的磷光标记，如上所述。
此外，应当理解，即使使用不同的仪器获取测量值，上面识别的标记也可以用作宝石类型的指示。

Claims (27)

1.一种用于从一批宝石中分选宝石的设备，所述设备包括：
一个或多个测量位置，每个所述测量位置包括至少一个测量装置，所述测量装置被配置成测量宝石的一种或多种特性；
连续可移动的表面，其用于将宝石支撑在其上以及将宝石运送到所述一个或多个测量位置；
分离装置，其用于在宝石在可移动表面上被运送到所述一个或多个测量位置时，将宝石彼此分离；
位置触发器，其包括位于传感器位置的传感器，其用于识别宝石何时通过所述传感器位置；以及
控制器，其用于接收来自所述位置触发器的信号，在接收到所述信号时记录所述可移动表面的位置，以及通过监视所述可移动表面的移动来跟踪宝石的后续位置，从而使得每个宝石的一种或多种特性的测量值能够与所述可移动表面上的相应宝石的位置相关联。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括定向装置，其用于在宝石被输送到所述分离装置时为宝石定向，使得宝石在彼此被分离之前被定向成它们最稳定的配置。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，每个测量装置被配置成在宝石移动通过所述可移动表面上的测量位置时，测量宝石的所述一种或多种特性。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述分离装置包括位于所述可移动表面上方并且紧邻所述可移动表面的一系列凸轮表面，每个所述凸轮表面相对于所述可移动表面的行进方向倾斜，以使得宝石通过所述一系列中的连续的凸轮被陆续推离其初始行进路线。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述可移动表面包括可旋转盘。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，可移动表面具有黑暗表面。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括多个分配位置，每个位置包括收集箱和相关的分配机构。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述相关的分配机构包括推杆和尖刺泡沫轮中的一个。
9.根据权利要求2至8所述的设备，其中，所述定向装置包括一对相对的平行垂直壁，所述垂直壁形成大体上半圆形的通道，所述一对壁由振荡器振荡，以使得所述一对壁的中心部分沿大体横向于宝石的行进方向的方向振荡。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，包括两个测量位置。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，第一测量位置包括第一测量装置，所述第一测量装置被配置成测量在由紫外源激发之后由所述宝石发射的发光。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述第一测量装置被配置为在来自所述紫外源的激发脉冲之后，在多个不同的时间窗中测量发光。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述不同的时间窗包括以下中的一个或多个：
与脉冲开始和结束同步以测量荧光的窗；
在脉冲结束时开始并且在约80ms后结束以测量快速磷光的窗；以及
在脉冲结束后约80ms时开始并且在随后的脉冲之前结束以测量缓慢磷光的窗。
14.根据权利要求11、12或13所述的设备，其中，所述第一测量装置被配置成测量所述发光的波长。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的设备，其中，第二测量位置包括测量装置，所述测量装置被配置为测量在激光激发之后由所述宝石发射的光致发光。
16.根据权利要求5至15所述的设备，还包括料斗，所述料斗被配置成接收一批宝石并将一批宝石送到所述可旋转盘的表面上。
17.根据权利要求5至16所述的设备，其中，宝石被输送到所述可旋转盘的内部区域上，并且随后根据它们被测量的特性而被分配到位于所述可旋转盘的最外区域附近的收集箱中。
18.一种从一批宝石中分选宝石的方法，所述方法包括以下步骤：
将宝石运送到可连续移动表面上的一个或多个测量位置；
当宝石在可移动表面上被运送到一个或多个测量位置时，将宝石彼此分离；
在宝石分离后，识别宝石通过传感器位置的每个时刻，将宝石与此时可移动表面的位置相关联，以及通过监控所述可移动表面的移动来跟踪宝石的后续位置；
在所述一个或多个测量位置处测量宝石的一种或多种特性；以及
将每个宝石的所述一种或多种特性的每个测量值与在所述可移动表面上的相应宝石的位置相关联。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述一种或多种特性包括所述宝石的发光和/或光致发光特性中的一种或多种特定标记。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述一种或多种特定标记中的一者是蓝色快速磷光标记，其包括峰值在约450nm的波长带和小于约80ms的衰减时间的发光，并且其中，对蓝色快速磷光标记进行的检测包括：在激发脉冲结束时或之后开始以及在相关激发脉冲结束后约80毫秒结束的时间窗中，对峰值在约450nm的发光带进行检测。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中，所述一种或多种标记中的一者是绿松石色缓慢磷光标记，其包括峰值在约480nm的波长和衰减时间大于80毫秒的发光，并且其中，对绿松石色缓慢磷光标记进行的检测包括：在相关激发脉冲结束后约80毫秒开始的时间窗中，对大约以480nm为中心的发光带进行检测，其中所述时间窗可选择地在相关的激发脉冲结束之后的约500ms时结束。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其中，所述一种或多种标记中的一者是具有约510nm波长的弱绿色荧光标记，并且其中，对弱绿色荧光标记的检测可包括：在与激发脉冲同步的时间窗中进行检测。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的方法，其中，所述一种或多种标记中的一者是在所述宝石的光致发光光谱中以约1332cm-1为中心的单个拉曼线。
24.根据权利要求23所述的方法，包括：如果不存在1332cm-1拉曼线，则将石头识别为模拟物。
25.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，包括如果出现以下情况则将石头识别为天然钻石：
存在1332cm-1拉曼线，以及
存在蓝色快速磷光标记；或
不存在蓝色快速磷光标记，并且存在绿松石色缓慢磷光标记，并且不存在弱绿色荧光，并且在793nm处没有更强的线时存在约787nm的光致发光标记；或
不存在蓝色快速磷光标记，并且不存在绿松石色缓慢磷光标记，并且存在约787nm的光致发光标记。
26.根据权利要求19至25中任一项所述的方法，包括：如果存在1332cm-1拉曼线，不存在蓝色快速磷光标记，存在绿松石色缓慢磷光标记，以及存在弱绿色荧光，则将石头识别为HPHT合成物。
27.根据权利要求19至26中任一项所述的方法，包括如果出现以下情况则将石头送交以进行进一步的检测：
存在1332cm-1拉曼线，以及
不存在蓝色快速磷光标记，并且存在绿松石色缓慢磷光标记，并且不存在弱绿色荧光标记，并且不存在约787nm的光致发光标记；或
不存在蓝色快速磷光标记，并且不存在绿松石色缓慢磷光标记，并且不存在约787nm的光致发光标记。
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