CN110333218A - 一种和田玉Mg2+/（Mg2++Fe2+）比值测试系统及测试方法 - Google Patents

一种和田玉Mg2+/（Mg2++Fe2+）比值测试系统及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种和田玉Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值测试系统及测试方法，属于玉石测试鉴定技术领域，解决现有测试过程操作繁琐、智能化低的问题。测试系统包括：传送链、第一机械手、玉石切割机、第二机械手、拉曼光谱仪和主机；第一机械手固定安装在传送链上，第一机械手能够随传送链移动，并依次经过玉石切割机和拉曼光谱仪；第一机械手的端部能够固定玉石样本；第二机械手设置在玉石切割机和拉曼光谱仪之间；第二机械手的端部设有抛光组件；拉曼光谱仪能够将测试结果传递给主机。本发明的测试系统结构简单，测试方法全程自动化，将大大简化了玉石样本的Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值测试过程，测试结果准确。

Description

一种和田玉Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值测试系统及测试方法
技术领域
本发明涉及玉石测试鉴定技术领域，尤其涉及一种和田玉Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值测试系统及测试方法。
背景技术
和田玉被誉为中国的国石，据考古发现拥有八千多年的使用历史。对于和田玉的品质评价，人们历来使用肉眼感官的方法进行，无标准化的测试方法。
和田玉中的白玉、青白玉和青玉之间的颜色连续过渡，目前不易对处于过渡区间的玉石颜色进行定义，而且肉眼感官的颜色会随着玉石样本厚度的变化而发生变化。为了客观的评价玉石的颜色，据现有的研究成果，和田玉中的白玉、青白玉和青玉颜色主要受Fe2+含量的影响，Fe2+含量越低，和田玉的颜色越白；Fe2+含量越高，和田玉的颜色越趋向于灰绿。
虽然可以使用电子探针解决Fe2+含量测试的问题，但是电子探针测试速度慢，且需要对样品进行特殊制样，为此使用拉曼光谱的方法计算测定和田玉中Mg2+/(Mg2++Fe2+)的比值，用以反映和田玉的主要组成矿物是透闪石(Fe2+含量非常低或者不含Fe2+)还是阳起石(Fe2+含量较高)，进而通过比值对和田玉的颜色进行客观描述。
当Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值大于等于0.9时，和田玉的主要组成矿物为透闪石；当Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值小于0.9时，和田玉的主要组成矿物为阳起石。
当Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值大于等于0.9时，其比值约靠近1，和田玉的颜色越白；其比值越靠近0.9，和田玉的颜色越绿。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种和田玉Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值测试系统及测试方法，用以解决现有测试过程操作繁琐、智能化低的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明的一套技术方案中，一种和田玉Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值测试系统，测试系统包括：传送链、第一机械手、玉石切割机、第二机械手、拉曼光谱仪和主机；
第一机械手固定安装在传送链上，第一机械手能够随传送链移动，并依次经过玉石切割机和拉曼光谱仪；第一机械手的端部能够固定玉石样本；
第二机械手设置在玉石切割机和拉曼光谱仪之间；第二机械手的端部设有抛光组件；
拉曼光谱仪能够将测试结果传递给主机。
本发明的一套技术方案中，第一机械手的端部设有玉石固定工装；玉石固定工装主体为棱柱或圆柱，且侧面设有与第一机械手端部配合的定位连接孔。
本发明的一套技术方案中，玉石固定工装的顶部设有玉石夹具；玉石夹具设有至少三个夹爪，且每个夹爪均能够独立地沿玉石固定工装的径向移动，并通过锁紧螺钉固定。
本发明的一套技术方案中，第二机械手、玉石切割机和拉曼光谱仪的相对位置固定不变。
本发明的一套技术方案中，抛光组件包括回转部和抛光部；回转部与第二机械手的端部固定连接，并能够随第二机械手的端部旋转；抛光部为柔性多孔材料，且固定在回转部的端面上。
本发明的一套技术方案中，抛光部吸附抛光剂。
本发明的一套技术方案中，第一机械手和第二机械手均为六轴机械手。
本发明的一套技术方案中，一种和田玉Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值测试方法，测试方法使用上述技术方案中的测试系统，步骤包括：
S1、将玉石样本固定在第一机械手的端部；
S2、启动传送链，带动第一机械手移动至玉石切割机处，停止传送链；
S3、通过第一机械手将玉石样本固定放置在玉石切割机的切割台上；
S4、启动玉石切割机，对玉石样本进行切割，形成平整的切割面；
S5、通过第一机械手取出玉石样本，启动传送链，带动第一机械手移动至第二机械手处，停止传送链；
S6、通过第一机械手保持玉石样本位置和姿态不变，并通过第二机械手的抛光组件对玉石样本的切割面进行抛光；
S7、启动传送链，带动第一机械手至拉曼光谱仪处，停止传送链；
S8、通过第一机械手将玉石样本固定放置在拉曼光谱仪内，使用拉曼光谱仪对玉石样本抛光过的切割面进行3700cm-1～3600cm-1波段的光谱测试，并将测试数据传输给主机；
S9、通过主机计算得到玉石样本Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值，并结束测试。
本发明的一套技术方案中，步骤S9中，在主机获取3700cm-1～3600cm-1波段的光谱测试数据后，绘制拉曼位移与强度峰值的曲线；根据曲线随着波段增加得出依次降低的第一极值点、第二极值点和第三极值点拉曼特征峰所对应的强度峰值，通过三个极值点特征峰对应的强度峰值计算玉石样本Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值。
本发明的一套技术方案中，玉石样本Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值Q满足：
Q＝(I1+2I2/3+I3/3)/(I1+I2+I3)；
其中，I1为第一极值点(3675±5cm-1)对应的强度峰值，I2为第二极值点(3661±5cm-1)对应的强度峰值，I3为第三极值点(3645±5cm-1)对应的强度峰值。
本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：
1、本发明的测试系统采用自动化设计，结合传送链和第一机械手，能够实现玉石样本的切割、抛光和检测，再根据测试结果计算出玉石样本的Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值，简单便捷，几乎不需要使用人员繁琐操作。
2、本发明的测试系统通过带有三个夹爪的玉石固定工装，能够稳定地将玉石样本进行固定，方便对玉石样本的切割，并且使得切割后的玉石样本能够具备平整的切割面。
3、本发明的测试方法，能够直接根据拉曼光谱仪对玉石样本抛光过的切割面进行光谱测试的测试结果，得出玉石样本的Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值并用作玉石样本的鉴定，整个测试过程简单便捷，只需要测试人员简单地进行玉石样本的固定，后续步骤均自动进行。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例1的和田玉Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值测试系统示意图；
图2为本发明实施例1的和田玉Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值测试系统的玉石固定工装结构示意图；
图3为本发明实施例2的和田玉Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值测试方法绘制的拉曼位移与强度峰值的曲线。
附图标记：
1-传送链；2-第一机械手；3-玉石切割机；4-第二机械手；5-拉曼光谱仪。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供了一种和田玉Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值测试系统，测试系统包括：传送链1、第一机械手2、玉石切割机3、第二机械手4、拉曼光谱仪5和主机；第一机械手2固定安装在传送链1上，第一机械手2能够随传送链1移动，并依次经过玉石切割机3和拉曼光谱仪5；第一机械手2的端部能够固定玉石样本；第二机械手4设置在玉石切割机3和拉曼光谱仪5之间；第二机械手4的端部设有抛光组件；拉曼光谱仪5能够将测试结果传递给主机。本发明实施例通过传送链1来将玉石样本运送到不同的设备处，第一机械手2能够将玉石样本放置在对应的设备处或将玉石样本取回，玉石切割机3将玉石样本切割出平整的切割面，第二机械手4的抛光组件能够将切割面进行抛光以方便拉曼光谱仪5的使用。本发明实施例采用自动化设计，结合传送链1和第一机械手2，能够实现玉石样本的切割、抛光和检测，再根据测试结果计算出玉石样本的Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值，简单便捷，几乎不需要使用人员繁琐操作。
考虑到第一机械手2用来移动玉石样本，因此本发明实施例中专门设置了玉石固定工装来方便第一机械手2移动玉石样本。具体的，第一机械手2的端部设有玉石固定工装；玉石固定工装主体为棱柱或圆柱，且侧面设有与第一机械手2端部配合的定位连接孔，第一机械手2端部与玉石固定工装为可拆卸连接，第一机械手2可以通过端部的插入或收回，实现与玉石固定工装的连接或断开连接。
由于玉石样本经常为不规则形状，通常难以固定。本发明实施例中，玉石固定工装的顶部设有玉石夹具；玉石夹具设有至少三个夹爪，且每个夹爪均能够独立地沿玉石固定工装的径向移动，并通过锁紧螺钉固定。通过三个夹爪的玉石夹具，玉石固定工装能够将玉石样本稳定地固定，尤其是在对玉石样本的切割面进行抛光时，玉石夹具能够固定玉石样本，防止玉石样本因第二机械手4的抛光组件的运动而发生窜动，保证抛光的效果。
如图2所示，本发明实施例中，玉石固定工装的主体为方形板，定位连接孔设置在侧壁上，主体顶部为圆形固定盘，固定盘面上沿径向设有3个滑槽，夹爪设有3个，分别安装在对应的滑槽内，并能够在滑槽内滑动，夹爪的上部设有朝向玉石固定工装的弧形爪，弧形爪的内侧设有柔性材料的保护垫，示例性的可以采用海绵制成。
本发明实施例中，抛光组件采用回转摩擦的形式来进行玉石样本的切割面抛光，具体的，抛光组件包括回转部和抛光部；回转部与第二机械手4的端部固定连接，并能够随第二机械手4的端部旋转；抛光部为柔性多孔材料，且固定在回转部的端面上。示例性的，回转部采用海绵或塑料纤维块，回转部为与第二机械手4端部固定连接的电机输出轴。为了能够进一步提高抛光的效果，本发明实施例中抛光部的多空材料中吸附抛光剂，示例性的，抛光剂采用常见的抛光液或抛光膏。
为了方便传送链1的设置，已经通过程序来控制传送链1的运动方式，本发明实施例中，第二机械手4、玉石切割机3和拉曼光谱仪5的相对位置固定不变，传送链1将第一机械手2传送固定距离就能够移动至玉石切割机3、第二机械手4和拉曼光谱仪5处，方便了本发明的自动化控制。
本发明实施例中，第一机械手2和第二机械手4均为六轴机械手，六轴机械手包括安装台、第一臂、第二臂和端部部件，安装台为固定安装台或可移动安装台，第一臂的一端与安装台铰接，且第一臂能够分别绕正交的两个轴摆动，第一臂的另一端与第二臂的一端铰接，第二臂能够分别绕正交的两个轴摆动，端部部件的一端与第二臂的另一端铰接，端部部件能够分别绕正交的两个轴摆动，即六轴机械手的六轴。
第一机械手2的端部部件为夹持部件，且设有定位销，能够插入玉石固定工装的定位连接孔中，第二机械手4的端部为旋转件，并与回转部固定连接，通过电机带动转动。
需要说明的是，六轴机械手可为成型的工业化产品，直接使用现有的六轴机械手即可。
实施例2
本发明实施例提供了一种和田玉Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值测试方法，该测试方法使用实施例1中的测试系统，使用本发明实施例对某玉石样本进行测试，具体步骤如下：
S1、将玉石样本固定在第一机械手2的端部的玉石固定工装上，并用夹爪固定好；
S2、启动传送链1，带动第一机械手2移动至玉石切割机3处，停止传送链1；
S3、通过第一机械手2将玉石样本固定放置在玉石切割机3的切割台上，第一机械手2断开与玉石固定工装的连接，玉石固定工装的定位连接孔与切割台上设置的定位销连接；
S4、启动玉石切割机3，对玉石样本进行切割，形成平整的切割面；
S5、通过第一机械手2取出玉石样本，启动传送链1，带动第一机械手2移动至第二机械手4处，停止传送链1，调整第一机械手2和第二机械手4的姿态，使得抛光部与玉石样本的切割面贴合；
S6、通过第一机械手2保持玉石样本位置和姿态不变，启动回转部，抛光部对玉石样本切割面进行抛光，直至抛光面的平整程度符合拉曼光谱仪5的测试要求，停止回转部，调整第一机械手2和第二机械手4的姿态，使得抛光部与玉石样本的切割面分开；
S7、启动传送链1，带动第一机械手2至拉曼光谱仪5处，停止传送链1；
S8、通过第一机械手2将玉石样本固定放置在拉曼光谱仪5内，拉曼光谱仪5使用532nm波长激光，对玉石样本抛光过的切割面在3600～3700cm-1波段光谱进行光谱测试，并将测试数据传输给主机；
S9、在主机获取3700cm-1～3600cm-1波段的光谱测试数据后，绘制拉曼位移与强度峰值的曲线，如图3所示；根据曲线随着波段增加得出依次降低的第一极值点(3675±5cm-1)、第二极值点(3661±5cm-1)和第三极值点(3645±5cm-1)拉曼特征峰所对应的强度峰值，通过三个极值点特征峰对应的强度峰值计算玉石样本Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值Q，满足：
Q＝(I1+2I2/3+I3/3)/(I1+I2+I3)；
其中，I1＝1400，对应3675cm-1，为第一极值点对应的强度峰值，I2＝700，对应3661cm-1，为第二极值点对应的强度峰值，I3＝100，对应3645cm-1，为第三极值点对应的强度峰值；
经过计算玉石样本Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值Q＝86.4％
S10、计算得到的玉石样本Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值即可以作为对玉石样本的鉴定评价依据。
综上所述，本发明实施例提供了一种和田玉Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值测试系统及测试方法，本发明的测试系统采用自动化设计，结合传送链1和第一机械手2，能够实现玉石样本的切割、抛光和检测，再根据测试结果计算出玉石样本的Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值，简单便捷，几乎不需要使用人员繁琐操作；本发明的测试系统通过带有三个夹爪的玉石固定工装，能够稳定地将玉石样本进行固定，方便对玉石样本的切割，并且使得切割后的玉石样本能够具备平整的切割面；本发明的测试方法，能够直接根据拉曼光谱仪5对玉石样本抛光过的切割面进行光谱测试的测试结果，得出玉石样本的Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值并用作玉石样本的鉴定，整个测试过程简单便捷，只需要测试人员简单地进行玉石样本的固定，后续步骤均自动进行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种和田玉Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值测试系统，其特征在于，所述测试系统包括：传送链(1)、第一机械手(2)、玉石切割机(3)、第二机械手(4)、拉曼光谱仪(5)和主机；
所述第一机械手(2)固定安装在所述传送链(1)上，所述第一机械手(2)能够随所述传送链(1)移动，并依次经过玉石切割机(3)和拉曼光谱仪(5)；所述第一机械手(2)的端部能够固定玉石样本；
所述第二机械手(4)设置在所述玉石切割机(3)和拉曼光谱仪(5)之间；所述第二机械手(4)的端部设有抛光组件；
所述拉曼光谱仪(5)能够将测试结果传递给主机。
2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述第一机械手(2)的端部设有玉石固定工装；所述玉石固定工装主体为棱柱或圆柱，且侧面设有与所述第一机械手(2)端部配合的定位连接孔。
3.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述玉石固定工装的顶部设有玉石夹具；所述玉石夹具设有至少三个夹爪，且每个所述夹爪均能够独立地沿所述玉石固定工装的径向移动，并通过锁紧螺钉固定。
4.根据权利要求1至3所述的测试系统，其特征在于，所述第二机械手(4)、玉石切割机(3)和拉曼光谱仪(5)的相对位置固定不变。
5.根据权利要求4所述的测试系统，其特征在于，所述抛光组件包括回转部和抛光部；所述回转部与所述第二机械手(4)的端部固定连接，并能够随第二机械手(4)的端部旋转；所述抛光部为柔性多孔材料，且固定在所述回转部的端面上。
6.根据权利要求5所述的测试系统，其特征在于，所述抛光部吸附抛光剂。
7.根据权利要求6所述的测试系统，其特征在于，所述第一机械手(2)和第二机械手(4)均为六轴机械手。
8.一种和田玉Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值测试方法，其特征在于，所述测试方法使用权利要求1至6任一所述的测试系统，步骤包括：
S1、将玉石样本固定在第一机械手(2)的端部；
S2、启动传送链(1)，带动第一机械手(2)移动至玉石切割机(3)处，停止传送链(1)；
S3、通过第一机械手(2)将玉石样本固定放置在玉石切割机(3)的切割台上；
S4、启动玉石切割机(3)，对玉石样本进行切割，形成平整的切割面；
S5、通过第一机械手(2)取出玉石样本，启动传送链(1)，带动第一机械手(2)移动至第二机械手(4)处，停止传送链(1)；
S6、通过第一机械手(2)保持玉石样本位置和姿态不变，并通过第二机械手(4)的抛光组件对玉石样本的切割面进行抛光；
S7、启动传送链(1)，带动第一机械手(2)至拉曼光谱仪(5)处，停止传送链(1)；
S8、通过第一机械手(2)将玉石样本固定放置在拉曼光谱仪(5)内，使用拉曼光谱仪(5)对玉石样本抛光过的切割面进行3700cm-1～3600cm-1波段的光谱测试，并将测试数据传输给主机；
S9、通过主机计算得到玉石样本Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值并结束测试。
9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，所述步骤S9中，在主机获取测试数据后，绘制拉曼位移与强度峰值的曲线；根据曲线得出依次降低的第一极值点、第二极值点和第三极值点对应的强度峰值，通过三个极值点对应的强度峰值计算玉石样本Mg2+/(Mg2++Fe2 +)比值。
10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，玉石样本Mg2+/(Mg2++Fe2+)比值Q满足：
Q＝(I1+2I2/3+I3/3)/(I1+I2+I3)；
其中，I1为第一极值点对应的强度峰值，I2为第二极值点对应的强度峰值，I3为第三极值点对应的强度峰值。
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