CN111032282A - 自动宝石抛光机器人 - Google Patents

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埃万·尼古拉耶维奇·瑟坚科
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Freedom Automation Solutions Co Ltd
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Abstract

本公开提供了一种全自动宝石抛光机器人。本公开的一方面提供了一种自动宝石抛光机器人，该自动宝石抛光机器人包括：宝石抛光单元，该宝石抛光单元包括用于对与研磨表面接触的宝石进行支撑的宝石保持单元并且构造成在多次迭代中基于反馈信号抛光所述宝石；图像捕获单元，该图像捕获单元用于在所述多次迭代中的一次或多次迭代中捕获宝石的至少一个图像；以及图像处理单元，该图像处理单元在通过一个或更多个处理器执行时针对一个或多个宝石参数对宝石的所述至少一个图像进行分析，其中，该图像处理单元进一步构造成将一个或多个经分析的宝石参数与一个或多个预定的宝石参数进行比较以生成将被传输至宝石抛光单元的反馈信号。本公开的另一方面涉及一种利用自动宝石抛光机器人来抛光宝石的方法。

Description

自动宝石抛光机器人
技术领域
本公开总体上涉及宝石抛光领域。特别地，本公开提供全自动宝石抛光机器人。
背景技术
背景描述包括在理解本发明中可能有用的信息。不承认在此提供的任何信息均为现有技术或与当前要求保护的发明有关，或者，不承认明确地或暗含地参考的任何出版物均为现有技术。
宝石比如钻石或绿松石需要经切割和抛光进而置于在饰物中。最珍贵的宝石——钻石是在等轴晶系中结晶为八面体、十二面体和立方体的碳构成的无色矿物。生产一克拉抛光的钻石需要移动大约二百五十吨土地。生产1克拉抛光的钻石需要平均3.5克拉的毛坯钻石。
刻面钻石的质量和价值通常以术语“四个C”，即克拉重量、颜色、净度和切工来描述。常规地，钻石的美丽和价值在于工匠的双手。钻石价值的至关重要的方面中的一个方面是切工。切工的质量决定了钻石的光彩。为了获得最大的光彩，刻面必须具有正确的大小、具有彼此之间准确的角度，并且刻面的表面必须精细地抛光成具有不大于几纳米的不规则处。出于钻石加工的目的，钻石安装在由柄脚保持的钻石夹上，并且钻石相对于加工构件调平。钻石调平程序提供刻面的准确的角度和正确的大小。因此，打磨和抛光是最常见的钻石加工操作。通常，钻石在转盘或磨光盘上进行机械抛光。磨光盘是具有浸渍有油和钻石粉末的加工表面的重型的、铸铁型水平旋转轮。
在对钻石或人造宝石进行处理时，待处理的钻石通常固定至钻石保持件并且然后以一定的力压靠磨光盘以形成钻石上的刻面。为了形成具有相对于由保持件保持的钻石的中心轴线的不同倾斜角度的刻面，钻石保持件需要相对于放置在固定位置处的旋转抛光表面的三种类型的运动模式，即：(i)倾斜运动模式，其中，钻石保持件的中心轴线的角度在垂直于抛光表面的平面上被调节以调节待形成的刻面的倾斜角度，(ii)竖向进给运动模式，其中，保持钻石的钻石保持件相对于抛光表面以一定量精确地竖向进给，以及(iii)指引运动模式，其中，钻石保持件围绕中心轴线旋转通过一定角度以对与经完全处理的特定刻面接近的刻面进行抛光。
迄今为止，用于抛光宝石的许多设备构造成可以至少部分地机械地建立这三种运动模式。然而，这种设备就在操作之前和操作期间对角度、稳定性、振动等参数的手动调节和/或检查的需要而言需要大量的人工干预，并且因此在宝石行业中距期望的自动化水平还很远。该问题因由于设备中的组装误差、使用中的机械变形等导致的精度的不足而进一步加重。
因此，在本领域中需要开发可以在没有任何人工干预的情况下以高水平的准确度抛光宝石和/或执行宝石的刻面的全自动宝石抛光机器人。也需要利用全自动宝石抛光机器人来抛光宝石的方法。本公开满足了现有的需要及除此之外的其他需要，并且克服了与常规的设备和方法相关联的缺点。
发明目的
本公开的目的是克服与常规的宝石抛光设备以及通过使用该常规的宝石抛光设备抛光宝石的方法相关联的缺点。
本公开的另一目的是提供一种全自动宝石抛光机器人。
本公开的另一目的是提供一种不需要人工干预的全自动宝石抛光机器人。
本公开的另一目的是提供一种具有高水平的准确度和精度的全自动宝石抛光机器人。
本公开的另一目的是提供一种使用耗时较少的全自动宝石抛光机器人来抛光宝石的方法。
本公开的另一目的是提供一种使用易于设置的全自动宝石抛光机器人来抛光宝石的方法。
本公开的另一目的是提供一种使用节约成本的全自动宝石抛光机器人来抛光宝石的方法。
发明内容
本公开总体上涉及宝石抛光领域。特别地，本公开提供了一种全自动宝石抛光机器人。
本公开的一方面提供了一种自动宝石抛光机器人，该机器人包括：宝石抛光单元，该宝石抛光单元包括用于对与研磨表面接触的宝石进行支撑的宝石保持单元并且构造成在多次迭代中基于反馈信号抛光所述宝石；图像捕获单元，该图像捕获单元用于在所述多次迭代中的一次或更多次迭代中捕获宝石的至少一个图像；以及图像处理单元，该图像处理单元在通过一个或更多个处理器执行时在所述多次迭代中的所述一次或更多次迭代中的每次迭代中针对一个或多个宝石参数对宝石的所述至少一个图像进行分析，其中，图像处理单元进一步构造成在所述多次迭代中的所述一次或更多次迭代中的每次迭代中将一个或多个经分析的宝石参数与一个或多个预定的宝石参数进行比较以生成将被传输至宝石抛光单元的反馈信号。
在实现方式中，研磨表面沿着心轴的轴线定中心。在实现方式中，宝石抛光单元还包括第一驱动器单元，该第一驱动器单元操作性地联接至心轴以向所述心轴给予围绕心轴的轴线的运动。在实现方式中，宝石抛光单元还包括第二驱动器单元，该第二驱动器单元操作性地联接至宝石保持单元以向所述宝石保持单元提供至少一个度的运动。在实现方式中，操作性地联接至宝石保持单元的第二驱动器单元提供五个或更多个度的运动。
在实现方式中，图像处理单元构造成将反馈信号传输至第一驱动器单元和第二驱动器单元中的任一者或其组合以控制由此分别向心轴和宝石保持单元给予的运动。在实现方式中，宝石保持单元包括与供所述宝石安置的夹头以可拆卸的方式联接的卡盘和夹钳中的任一者。在实现方式中，所述一个或多个经分析的宝石参数和所述一个或多个预定的宝石参数中的任一宝石参数选自下述各者中的任一者或其组合：台面尺寸、冠部角度、冠部深度、腰部直径、亭部角度、亭部深度、刻面的数量、刻面的尺寸、刻面的比例、半部(halves)、刻面的角度以及刻面的相互定位。在实现方式中，图像捕获单元与照明单元操作性地联接，该照明单元构造成对宝石的至少一个刻面进行照明。在实现方式中，图像捕获单元与第三驱动器单元操作性地联接。在实现方式中，图像捕获单元与宝石清洁单元操作性地联接。在实现方式中，宝石清洁单元包括与第四驱动器单元操作性地联接的刷子。在实现方式中，自动宝石抛光机器人还包括压力传感器，该压力传感器构造成感测所述研磨表面上的宝石压力。在实现方式中，图像捕获单元构造成从任何角度捕获宝石的所述至少一个图像。
本公开的另一方面涉及一种抛光宝石的方法，该方法包括下述步骤：(a)通过宝石保持单元保持宝石；(b)通过图像捕获单元捕获宝石的至少一个图像；(c)通过图像处理单元针对一个或多个宝石参数对捕获的图像进行分析；(d)通过图像处理单元将一个或多个经分析的宝石参数与一个或多个预定的宝石参数进行比较；(e)基于所述比较将反馈信号传输至包括保持所述宝石的宝石保持单元的宝石抛光单元；(f)基于反馈信号使宝石接触抵靠研磨表面；以及(g)重复步骤(b)至步骤(f)直到所述一个或多个经分析的宝石参数与所述一个或多个预定的宝石参数以所需的准确度相匹配。
在实现方式中，所述一个或多个经分析的宝石参数和所述一个或多个预定的宝石参数中的任一宝石参数选自下述各者中的任一者或其组合：台面尺寸、冠部角度、冠部深度、腰部直径、亭部角度、亭部深度、刻面的数量、刻面的尺寸、刻面的比例、半部、刻面的角度以及刻面的相互定位。在实现方式中，使宝石接触抵靠心轴的研磨表面的步骤包括下述步骤中的任一者或其组合：在使宝石接触抵靠研磨表面之前或在使宝石接触抵靠研磨表面的过程中基于反馈信号来控制供研磨表面安装的心轴的运动，以及在使宝石接触抵靠研磨表面之前或在使宝石接触抵靠研磨表面的过程中基于反馈信号来控制宝石保持单元的运动。在实现方式中，重复步骤(b)至步骤(f)直到所述一个或多个经分析的参数与所述一个或多个预定的参数匹配至少50％。在实现方式中，重复步骤(b)至步骤(f)直到所述一个或多个经分析的参数与所述一个或多个预定的参数匹配至少90％。
本发明主题的各种目的、特征、方面和优点将从以下对优选的实施方式的详细描述以及附图中变得更加显而易见，在附图中，相同的附图标记表示相同的部件。
附图说明
附图被包括以提供对本公开的进一步理解，并且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图图示了本公开的示例性实施方式并且与描述一起用于解释本公开的原理。
图1图示了根据本公开的实施方式的对自动宝石抛光机器人的各种部分/构件进行描绘的示例性图。
具体实施方式
以下是对附图中描绘的本公开的实施方式的详细描述。实施方式详细成使得能清楚地传达本公开。然而，所提供的细节的量并不意在限制实施方式的预期变型；相反，本发明将覆盖落入由所附权利要求限定的本公开的精神和范围内的所有修改、等同项和替代项。
所附权利要求中的每个权利要求都限定了单独的发明，出于侵权目的，所述每个权利要求被认为包括权利要求中指定的各种要素或限制的等同项。根据上下文，以下对“发明”的所有引用可以在一些情况下仅指某些特定的实施方式。在其他情况下，将认识到的是，对“发明”的引用将指权利要求中的一个或更多个权利要求但不一定为所有权利要求中叙述的主题。
如在本文的描述中以及贯穿随后的权利要求所使用的，除非上下文另外明确指出，否则“一”、“一个”和“该”的含义包括复数形式。而且，如在本文的描述中所使用的，除非上下文另外明确指出，“在……中”的含义包括“在……中”和“在……上”。
除非本文中另外指出或就上下文而言明显矛盾，否则本文中描述的所有方法可以以任何合适的顺序实施。针对本文中的某些实施方式提供的任何和所有示例或者示例性语言(例如“比如”)的使用仅意在更好地阐明本发明并且不对以其他方式要求保护的本发明的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应解释为指示对实施本发明必不可少的任何未要求保护的要素。
本文中使用的各种术语在下文示出。到权利要求中使用的术语未在下文作出定义的程度，该术语应当被给予相关领域中的技术人员已经给予该术语的如反映在于提交时已印刷的出版物和已发布的专利中的最宽泛的定义。
在本文中贯穿本公开所使用的术语“宝石”在本公开的范围内涵盖如相关领域技术人员已知或理解的天然钻石及合成钻石以及其他宝石和半宝石。
本公开总体上涉及宝石抛光领域。特别地，本公开提供了一种全自动宝石抛光机器人。
本公开的一方面提供了一种自动宝石抛光机器人，该机器人包括：宝石抛光单元，该宝石抛光单元包括用于对与研磨表面接触的宝石进行支撑的宝石保持单元并且构造成在多次迭代中基于反馈信号抛光所述宝石；图像捕获单元，该图像捕获单元用于在所述多次迭代中的一次或更多次迭代中捕获宝石的至少一个图像；以及图像处理单元，该图像处理单元在通过一个或更多个处理器执行时在所述多次迭代中的所述一次或更多次迭代中的每次迭代中针对一个或多个宝石参数对宝石的所述至少一个图像进行分析，其中，图像处理单元进一步构造成在所述多次迭代中的所述一次或更多次迭代中的每次迭代中将一个或多个经分析的宝石参数与一个或多个预定的宝石参数进行比较以生成将被传输至宝石抛光单元的反馈信号。
在实现方式中，研磨表面沿着心轴的轴线定中心。在实现方式中，宝石抛光单元还包括第一驱动器单元，该第一驱动器单元操作性地联接至心轴以向所述心轴给予围绕心轴的轴线的运动。在实现方式中，宝石抛光单元还包括第二驱动器单元，该第二驱动器单元操作性地联接至宝石保持单元以向所述宝石保持单元提供至少一个度的运动。在实现方式中，操作性地联接至宝石保持单元的第二驱动器单元提供五个或更多个度的运动。
在实现方式中，图像处理单元构造成将反馈信号传输至第一驱动器单元和第二驱动器单元中的任一者或其组合以控制由此分别向心轴和宝石保持单元给予的运动。在实现方式中，宝石保持单元包括与供所述宝石安置的夹头以可拆卸的方式联接的卡盘和夹钳中的任一者。在实现方式中，所述一个或多个经分析的宝石参数和所述一个或多个预定的宝石参数中的任一宝石参数选自下述各者中的任一者或其组合：台面尺寸、冠部角度、冠部深度、腰部直径、亭部角度、亭部深度、刻面的数量、刻面的尺寸、刻面的比例、半部、刻面的角度以及刻面的相互定位。在实现方式中，图像捕获单元与照明单元操作性地联接，该照明单元构造成对宝石的至少一个刻面进行照明。在实现方式中，图像捕获单元与第三驱动器单元操作性地联接。在实现方式中，图像捕获单元与宝石清洁单元操作性地联接。在实现方式中，宝石清洁单元包括与第四驱动器单元操作性地联接的刷子。在实现方式中，自动宝石抛光机器人还包括压力传感器，该压力传感器构造成感测所述研磨表面上的宝石压力。在实现方式中，图像捕获单元构造成从任何角度捕获宝石的所述至少一个图像。
本公开的另一方面涉及一种抛光宝石的方法，该方法包括下述步骤：(a)通过宝石保持单元保持宝石；(b)通过图像捕获单元捕获宝石的至少一个图像；(c)通过图像处理单元针对一个或多个宝石参数对捕获的图像进行分析；(d)通过图像处理单元将一个或多个经分析的宝石参数与一个或多个预定的宝石参数进行比较；(e)基于所述比较将反馈信号传输至包括保持所述宝石的宝石保持单元的宝石抛光单元；(f)基于反馈信号使宝石接触抵靠研磨表面；以及(g)重复步骤(b)至步骤(f)直到所述一个或多个经分析的宝石参数与所述一个或多个预定的宝石参数以所需的准确度相匹配。此处所使用的术语“所需的准确度”表示达到如下所述的条件：在所述条件下，所述一个或多个经分析的宝石参数与所述一个或多个预定的宝石参数匹配至少所需/期望的百分比，例如，所需的准确度可以是如下所述的条件：在所述条件下，所述一个或多个经分析的宝石参数与所述一个或多个预定的宝石参数匹配50％。因此，相关领域的技术人员将理解，本公开的方法还可以有利地用于获得半抛光的宝石，并且，本公开的方法的应用不限于获得抛光的宝石。
在实现方式中，所述一个或多个经分析的宝石参数和所述一个或多个预定的宝石参数中的任一宝石参数选自下述各者中的任一者或其组合：台面尺寸、冠部角度、冠部深度、腰部直径、亭部角度、亭部深度、刻面的数量、刻面的尺寸、刻面的比例、半部、刻面的角度以及刻面的相互定位。在实现方式中，使宝石接触抵靠心轴的研磨表面的步骤包括下述步骤中的任一者或其组合：在使宝石接触抵靠研磨表面之前或在使宝石接触抵靠研磨表面的过程中基于反馈信号来控制供研磨表面安装的心轴的运动，以及在使宝石接触抵靠研磨表面之前或在使宝石接触抵靠研磨表面的过程中基于反馈信号来控制宝石保持单元的运动。在实现方式中，重复步骤(b)至步骤(f)直到所述一个或多个经分析的参数与所述一个或多个预定的参数匹配至少10％。在实现方式中，重复步骤(b)至步骤(f)直到所述一个或多个经分析的参数与所述一个或多个预定的参数匹配至少50％。在实现方式中，重复步骤(b)至步骤(f)直到所述一个或多个经分析的参数与所述一个或多个预定的参数匹配至少90％。在实现方式中，重复步骤(b)至步骤(f)直到所述一个或多个经分析的参数与所述一个或多个预定的参数相匹配。
图1图示了描绘了根据本公开的实现方式的自动宝石抛光机器人的各种部分/部件的示例性图。如从图1可以看出的，该自动宝石抛光机器人包括：宝石抛光单元，该宝石抛光单元包括用于对与研磨表面(未示出)接触的宝石进行支撑的宝石保持单元(21)并且构造成抛光所述宝石；图像捕获单元(14)，该图像捕获单元用以捕获宝石的至少一个图像；以及图像处理单元(未示出)，该图像处理单元用以针对宝石参数中的任一项或组合来分析所述至少一个捕获的图像。在实现方式中，宝石抛光单元包括宝石保持单元、研磨表面(比如磨光盘等)以及用于使宝石以期望的取向抵靠研磨表面定位的驱动单元。本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，任何其他装置/部件也可以形成宝石抛光单元的可以实现宝石的抛光和/或有助于宝石的抛光的部分。此外，应当理解，尽管诸如宝石保持单元、研磨表面(比如磨光盘等)和驱动单元之类的部件/装置在本文中总体上描述为宝石抛光单元的部分，但是这些部件/装置可以构造或布置或操作性地联接成使得这些部件/装置实际上产生对宝石的期望的抛光。
在实施方式中，宝石参数选自包括台面尺寸、冠部角度、冠部深度、腰部直径、亭部角度、亭部深度、刻面的数量、刻面的尺寸、刻面的比例、半部、刻面的角度以及刻面的相互定位但不限于上述各者的组。在实施方式中，图像处理单元或者可以构造在图像捕获单元(14)自身比如照相机中，或者可以构造在远程服务器中，设备/机器人与该远程服务器操作性地/通信地联接使得捕获的图像可以针对宝石参数中的任一者或组合而处理/评估。该处理单元可以是简单的处理器或者是也可以大量配置在设备/机器人自身内并与图像捕获单元(14)操作性地联接以便实时地处理由图像捕获单元(14)(比如照相机)捕获的图像的一个或更多个处理器的组。
在实现方式中，基部(3)可以与心轴以可拆卸的方式联接，该心轴具有沿该心轴的轴线定中心的研磨表面(例如，图中未示出的磨光盘等)。在实现方式中，磨光盘被支撑在心轴上。在实现方式中，心轴可以联接至第一驱动器单元以向心轴给予移动和/或运动。
在实现方式中，基部(3)包括转向轴(2)和梁杆(1)，转向轴(2)竖向安装在基部(3)上，梁杆(1)用以适应相对于研磨表面(旋转的磨光盘等)的角度和高度对准。在实现方式中，梁杆(1)构造有梁杆转向驱动器(4)以向梁杆(1)给予相对于基部(3)和/或研磨表面的运动。在梁杆(1)的一个端部处安装有头部(5)，头部(5)能够在导向器(6)和驱动器(7)的帮助下竖向地移动。在实现方式中，该头部进一步联接至压力传感器(8)。
在实现方式中，头部(5)还包括：用于选择/改变抛光的方向的转向驱动器(9)、用于选择/改变抛光的角度的转向驱动器(10)和具有刻面选择旋转驱动器(11)的主轴中的任一者或组合；以及宝石保持单元(21)，宝石保持单元(21)包括气动卡盘(12)，具有宝石的夹头(13)可以固定在气动卡盘(12)中。
在实现方式中，用于选择/改变抛光的方向的转向驱动器(9)、用于选择/改变抛光的角度的转向驱动器(10)以及具有刻面选择旋转驱动器(11)的主轴中的任一者或组合形成第二驱动器单元，该第二驱动器单元的操作由反馈信号控制。在替代性的实现方式中，转向轴(2)、梁杆转向驱动器(4)、驱动器(7)、转向驱动器(9)、转向驱动器(10)和刻面选择旋转驱动器(11)中的任一者或组合形成第二驱动器单元，该第二驱动器单元的操作由反馈信号控制。尽管如在本文中贯穿本公开所使用的术语“第二驱动器单元”是相对于包括用于选择/改变抛光的方向的驱动器单元、用于选择/改变抛光的角度的驱动器单元、刻面选择旋转驱动器等的驱动单元来解释的，但应当理解，如相关领域的技术人员已知或理解的构造为装置的一部分或以其他方式作为装置的一部分的任何其他驱动器单元在术语“第二驱动器单元”的范围内，所述任何其他驱动器单元实际上控制或帮助控制宝石的相对于研磨表面(比如磨光盘)的取向以便控制宝石的抛光或帮助控制宝石的抛光。
在实现方式中，基部(3)与图像捕获单元(14)以可拆卸的方式联接。在实现方式中，图像捕获单元(14)至少部分地被包装在壳体(15)中。在实现方式中，壳体(15)还包括一个或多个光学透镜和至少一个照亮单元(18)。在实现方式中，具有图像捕获单元(14)、一个或多个光学透镜和至少一个照亮单元(18)(替代性地并同义地称为“照明单元”)的壳体(15)在导向器(17)和第三驱动器单元(16)的帮助下以可拆卸的方式联接至梁杆(1)以向梁杆(1)给予纵向的运动。替代性地，至少一个照亮单元(18)和第三驱动器单元(16)可以构造为与包装图像捕获单元的壳体(15)分离的单独的单元。本领域技术人员应当理解，照明单元和图像捕获单元可以相对于宝石被适当地定位/构造为机器人的一部分，从而适合宝石的抛光方法。例如，照明单元可以相对于图像捕获单元以合适的角度构造成使得处理中的宝石的一个或多个刻面可以被适当地照明和/或整个宝石可以被照明，并且宝石/宝石的刻面的一个或多个图像可以被捕获，如图1中所图示，照明单元和图像捕获单元可以定位在相对于由宝石保持单元保持的宝石的相同侧部/面上。替代性地，在选择轮廓切割方法的情况下，照明单元可以构造成平行于图像捕获单元并且处于相对于图像捕获单元相反的方向上，在这种情况下，宝石从一个侧部被照明并且一个或多个图像从相反的侧部取得。在实现方式中，照明单元构造成从适合的角度对宝石进行照明。在实现方式中，图像捕获单元构造成从任何角度捕获宝石的至少一个图像。
在实施方式中，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，照明单元可以包括LED或白炽灯或如本领域技术人员已知或理解的任何其他照明单元。在实施方式中，刻面中的每个刻面专用一个照明单元的多个照明单元以可操作的方式联接至自动宝石抛光机器人。替代性地，单个照明单元可以构造为机器人的一部分以照明处理中的刻面。替代性地，单个照明单元可以构造成照明处理中的多个刻面。替代性地，照明单元可以构造成照亮处理中的整个宝石。在实施方式中，自动宝石抛光机器人包括至少一个照明单元以照明下述各者中的任一者或组合：处理中的刻面、处理中的多个刻面以及处理中的宝石。照明单元主要有利于图像捕获装置捕获处理中的宝石/石头的图像。
在实现方式中，宝石清洁单元比如但不限于刷子(19)联接至壳体(15)以为抛光的钻石提供清洁。在实现方式中，刷子(19)与第四驱动器单元(20)联接以向刷子(19)给予运动/移动。在替代性实现方式中，宝石清洁单元包括刷子和宝石清洁材料的组合。然而，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，如本领域技术人员已知或理解的任何其他宝石清洁单元可以用于对处理中的宝石进行清洁。
在实施方式中，自动宝石抛光机器人设置有储存库(repository)，该储存库具有包括储存在其中的诸如但不限于台面尺寸、冠部角度、冠部深度、腰部直径、亭部角度、亭部深度、刻面的数量、刻面的尺寸和刻面的比例的多个预定的宝石参数的主价格表或拉帕波特价格表(rappaport)。在替代性实施方式中，自动宝石抛光机器人可以操作性地联接至计算装置，该计算装置具有包括诸如但不限于台面尺寸、冠部角度、冠部深度、腰部直径、亭部角度、亭部深度、刻面的数量、刻面的尺寸和刻面的比例的多个预定的宝石参数(也可互换地称为期望的宝石参数)的主价格表或拉帕波特价格表。在替代性实施方式中，自动宝石抛光机器人可以设置有输入装置以由用户促进和/或录入预定的宝石参数例如但不限于台面尺寸、冠部角度、冠部深度、腰部直径、亭部角度、亭部深度、刻面的数量、刻面的尺寸、刻面的比例、半部、刻面的角度以及刻面的相互定位。在替代性实施方式中，自动宝石抛光机器人可以设置有输入装置以使用本公开的自动宝石抛光机器人促进和/或录入需要由粗糙的或半抛光的宝石产生的预设计(即期望的)切割项目(图像)。
在实施方式中，图像捕获装置捕获粗糙的或半抛光的宝石的一个或多个图像。在实施方式中，图像捕获装置能够移动以从不同角度捕获粗糙的或半抛光的宝石的图像。在替代性实施方式中，图像捕获装置是静止的，而宝石保持装置能够移动以从不同角度捕获粗糙的或半抛光的宝石的图像。在又一实施方式中，图像捕获装置和宝石保持装置均能够相对于彼此移动以从不同角度捕获粗糙的或半抛光的宝石的图像。
在实施方式中，自动宝石抛光机器人能够针对包括台面尺寸、冠部角度、冠部深度、腰部直径、亭部角度、亭部深度、刻面的数量、刻面的尺寸、刻面的比例、半部、刻面的角度以及刻面的相互定位的一个或更多个宝石参数来分析所捕获的图像。在实施方式中，自动宝石抛光机器人能够经由下述各者中的任一项或组合将经分析的参数与提供给自动宝石抛光机器人的预定的宝石参数进行比较：设置储存库，该储存库包含包括有多个预定的宝石参数的主价格表或拉帕波特价格表并与自动宝石抛光机器人操作性地联接；设置计算装置，该计算装置包含包括有多个预定的宝石参数的主价格表或拉帕波特价格表并与自动宝石抛光机器人操作性地联接；与自动宝石抛光机器人操作性地联接以由用户促进输入和/或录入预定的宝石参数的输入装置；以及用以由用户促进和/或录入需要由粗糙的或半抛光的宝石产生的预设计的切割项目(图像)的输入装置。
在实施方式中，自动宝石抛光机器人构造成在多次迭代中抛光宝石。优选地，在每次迭代中，宝石抛光单元的操作通过反馈信号来控制。图像捕获单元在多次迭代中的一次迭代或更多次迭代中捕获宝石的至少一个图像，并且图像处理单元在多次迭代中的所述一次或更多次迭代中的每次迭代中针对一个或多个宝石参数来分析宝石的所述至少一个图像。此外，图像处理单元在多次迭代中的所述一次或更多次迭代中的每次迭代中将一个或多个经分析的宝石参数与一个或多个预定的宝石参数进行比较以生成将被传输至宝石抛光单元的反馈信号。基于反馈信号，宝石抛光单元的操作被控制(例如，通过控制第一驱动器单元和第二驱动器单元中的任一者或组合的操作)。例如，待抛光的钻石首先由宝石保持单元保持，并且至少图像由图像捕获单元捕获。然后，图像处理单元对所捕获的图像进行分析以评估钻石的冠部角度。然后，经测量的冠部角度通过图像处理单元与期望的/预定的冠部角度进行比较。基于该比较，图像处理单元生成将被传输至宝石抛光单元的反馈信号。根据反馈信号，转向轴(2)、梁杆转向驱动器(4)、驱动器(7)、转向驱动器(9)、转向驱动器(10)和具有刻面选择旋转驱动器(11)的主轴中的任一者或组合的操作被控制成用于将钻石以期望的取向保持抵靠旋转的磨光盘，使得实现具有更接近/更靠近于期望的/预定的冠部角度的值的冠部角度。然后，钻石通过清洁刷子来清洁，并且钻石的一个或更多个图像通过图像捕获单元来捕获。图像处理单元再次针对钻石的冠部角度对所捕获的图像进行分析，将钻石的冠部角度与期望的冠部角度进行比较并生成反馈信号。一旦实现了期望的冠部角度，就可以进行刻面，即每个刻面被逐个地加工以产生具有期望的宝石参数的抛光的宝石。因此，宝石抛光单元的整个操作在没有任何人工干预的情况下由反馈信号精确地控制。
在实施方式中，自动宝石抛光机器人能够基于对经分析的宝石参数与预定的宝石参数的比较来控制对粗糙的或半抛光的宝石的抛光和/或刻面。因此，本公开的自动宝石抛光机器人不依赖于对参数进行评估的间接方法、即如在使用这些参数的常规系统和方法中进行的那样通过对切割/抛光机器的机械部分的相互布置进行测量的方法。而更确切地说，本公开的自动宝石抛光机器人通过捕获石头或宝石的一个或更多个图像来对观察中的石头或宝石进行直接的光学测量然后对捕获的图像进行分析。因此，本公开的自动宝石抛光机器人的处理既不需要常规的机械元件比如接触环来设置抛光参数，也不需要人工干预来控制抛光过程，从而极大地提高了精度和准确度的水平。此外，本公开的自动宝石抛光机器人具有至少5个度的运动，包括能够对宝石的抛光过程进行精确控制的成形运动(对面、面角度和面高度的选择施加期望的控制)以及技术运动(比如振动、研磨的方向等)。
在实施方式中，宝石根据预设计的切割项目(图像)在多步骤过程中被抛光和/或刻面。在实施方式中，侧面/刻面中的每个侧面/刻面一个接一个地被加工。在实施方式中，各个刻面层一个接一个地被应用。在实施方式中，刻面在投影角度下被应用。在实施方式中，相同水平的刻面或不同水平的刻面的交叉的点或线可以用作用于测量刻面的尺寸的起点。例如，当对圆形宝石的顶部进行切割时，主刻面的尺寸可以定义为石头的轮廓图像中从腰部侧起的高度或者定义为在石头的前部上的从位点(site)侧起的高度。根据所提出的方法，可以通过图像处理单元测量刻面。在实施方式中，图像捕获装置可以是配备有光学透镜的电视照相机。然而，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，如本领域技术人员已知或理解的任何其他图像捕获装置可以用以实现该图像捕获装置的如本公开的实施方式中所规定的预期目的。如在本文中贯穿本公开所使用的术语“图像捕获单元”表示如本领域技术人员已知或理解的照相机、视频捕获装置等以服务于“图像捕获单元”的如本公开的实施方式中所规定的预期目的。
在实施方式中，第一驱动器单元向心轴提供相对于心轴轴线的两个度的运动。在实施方式中，第一驱动器单元向心轴提供相对于心轴轴线的角运动和轴向运动。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，第一驱动器单元可以包括有如本领域技术人员已知或理解的包括线性致动器等的致动器和包括步进马达等的气动或电动马达中的任一项以实现第一驱动器单元的如本公开的实施方式中规定的预定目的。
在实施方式中，宝石保持单元可以包括如本领域技术人员已知或理解的夹具、固定装置等保持机构以实现宝石保持单元的如本公开的实施方式中规定的预期目的。在实施方式中，宝石保持单元包括卡盘或夹钳从而固定夹头，待抛光的宝石定位在该夹头上。
在实施方式中，自动宝石抛光机器人还包括与下述各者操作性地联接的控制器：(i)图像处理单元、以及(ii)所述第一驱动器单元和所述第二驱动器单元中的任一者或组合。在实施方式中，图像处理单元构造成将信号传输至所述控制器以控制宝石的抛光。控制器可以构造在如本领域技术人员已知的任何计算装置上。
本公开的另一方面涉及一种抛光宝石的方法，该方法包括下述步骤：(a)通过宝石保持单元保持宝石；(b)通过图像捕获单元捕获宝石的至少一个图像；(c)通过图像处理单元针对一个或多个宝石参数对捕获的图像进行分析；(d)通过图像处理单元将一个或多个经分析的宝石参数与一个或多个预定的宝石参数进行比较；(e)基于所述比较将反馈信号传输至包括保持所述宝石的宝石保持单元的宝石抛光单元；(f)基于反馈信号使宝石接触抵靠研磨表面；以及(g)重复步骤(b)至步骤(f)直到所述一个或多个经分析的宝石参数与一个或多个预定的宝石参数匹配至少50％。
在实施方式中，使宝石接触抵靠心轴的研磨表面的步骤包括下述各者中的任一者或其组合：通过第一驱动器单元向心轴提供相对于心轴轴线的至少一个度的运动以及通过第二驱动器单元向宝石保持单元提供相对于心轴的至少一个度的运动。在实施方式中，使宝石接触抵靠心轴的研磨表面的步骤包括下述各者中的任一者或其组合：在使宝石接触抵靠研磨表面之前或在使宝石接触抵靠研磨表面的过程中基于反馈信号来控制供研磨表面安装的心轴的运动，以及在使宝石接触抵靠研磨表面之前或在使宝石接触抵靠研磨表面的过程中基于反馈信号来控制宝石保持单元的运动。例如，基于反馈信号，通过控制下述各者中的任一者或组合的运动来实现宝石的相对于研磨表面的期望的取向：用于选择/改变抛光的方向的转向驱动器(9)、用于选择/改变抛光的角度的转向驱动器(10)以及具有刻面选择旋转驱动器(11)的主轴。
在实施方式中，重复所述步骤(b)至步骤(f)直到经分析的参数中的任一项或组合与预定的参数中的任一项或组合匹配至少70％。在实施方式中，重复所述步骤(b)至步骤(f)直到经分析的参数中的任一项或组合与预定的参数中的任一项或组合匹配至少90％。在实施方式中，重复所述步骤(b)至步骤(f)直到经分析的参数中的任一项或组合与预定的参数中的任一项或组合匹配至少97％。在实施方式中，重复所述步骤(b)至步骤(f)直到经分析的参数中的任一项或组合与预定的参数中的任一项或组合绝对地相匹配。
尽管前面描述了本发明的各种实施方式，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以设计本发明的其他的和另外的实施方式。本发明的范围由所附的权利要求确定。本发明不限于所描述的实施方式、版本或示例，这些实施方式、版本或示例被包括在内以使得本领域普通技术人员在与本领域普通技术人员可获得的信息和知识相结合时能够制造和使用本发明。
发明的优点
本公开提供了一种克服与常规的宝石抛光设备相关联的缺点的全自动宝石抛光机器人。
本公开提供了一种全自动宝石抛光机器人。
本公开提供了一种不需要人工干预的全自动宝石抛光机器人。
本公开提供了一种具有高水平的准确度和精度的全自动宝石抛光机器人。
本公开提供了一种使用耗时较少的全自动宝石抛光机器人来抛光宝石的方法。
本公开提供了一种使用易于设置的全自动宝石抛光机器人来抛光宝石的方法。
本公开提供了一种使用节约成本的全自动宝石抛光机器人来抛光宝石的方法。

Claims (19)

1.一种自动宝石抛光机器人，所述机器人包括：
宝石抛光单元，所述宝石抛光单元包括用于对与研磨表面接触的宝石进行支撑的宝石保持单元并且构造成在多次迭代中基于反馈信号抛光所述宝石；
图像捕获单元，所述图像捕获单元用于在所述多次迭代中的一次或更多次迭代中捕获所述宝石的至少一个图像；以及
图像处理单元，所述图像处理单元在通过一个或更多个处理器执行时在所述多次迭代中的所述一次或更多次迭代中的每次迭代中针对一个或多个宝石参数对所述宝石的所述至少一个图像进行分析，
其中，所述图像处理单元进一步构造成在所述多次迭代中的所述一次或更多次迭代中的每次迭代中将一个或多个经分析的宝石参数与一个或多个预定的宝石参数进行比较以生成将被传输至所述宝石抛光单元的所述反馈信号。
2.根据权利要求1所述的自动宝石抛光机器人，其中，所述研磨表面沿着心轴的轴线定中心。
3.根据权利要求2所述的自动宝石抛光机器人，其中，所述宝石抛光单元还包括第一驱动器单元，所述第一驱动器单元操作性地联接至所述心轴以向所述心轴给予围绕所述心轴的轴线的运动。
4.根据权利要求3所述的自动宝石抛光机器人，其中，所述宝石抛光单元还包括第二驱动器单元，所述第二驱动器单元操作性地联接至所述宝石保持单元以向所述宝石保持单元提供至少一个度的运动。
5.根据权利要求4所述的自动宝石抛光机器人，其中，所述第二驱动器单元提供五个或更多个度的运动。
6.根据权利要求4所述的自动宝石抛光机器人，其中，所述图像处理单元构造成将所述反馈信号传输至所述第一驱动器单元和所述第二驱动器单元中的任一者或其组合以控制由此分别向所述心轴和所述宝石保持单元给予的运动。
7.根据权利要求1所述的自动宝石抛光机器人，其中，所述宝石保持单元包括与供所述宝石安置的夹头以可拆卸的方式联接的卡盘和夹钳中的任一者。
8.根据权利要求1所述的自动宝石抛光机器人，其中，所述一个或多个经分析的宝石参数和所述一个或多个预定的宝石参数中的任一宝石参数选自下述各者中的任一者或其组合：台面尺寸、冠部角度、冠部深度、腰部直径、亭部角度、亭部深度、刻面的数量、刻面的尺寸、刻面的比例、半部、刻面的角度以及刻面的相互定位。
9.根据权利要求1所述的自动宝石抛光机器人，其中，所述图像捕获单元与照明单元操作性地联接，所述照明单元构造成对所述宝石的至少一个刻面进行照明。
10.根据权利要求1所述的自动宝石抛光机器人，其中，所述图像捕获单元与第三驱动器单元操作性地联接。
11.根据权利要求1所述的自动宝石抛光机器人，其中，所述图像捕获单元与宝石清洁单元操作性地联接。
12.根据权利要求11所述的自动宝石抛光机器人，其中，所述宝石清洁单元包括与第四驱动器单元操作性地联接的刷子。
13.根据权利要求1所述的自动宝石抛光机器人，其中，所述自动宝石抛光机器人还包括压力传感器，所述压力传感器构造成感测所述研磨表面上的宝石压力。
14.根据权利要求1所述的自动宝石抛光机器人，其中，所述图像捕获单元构造成从任何角度捕获所述宝石的所述至少一个图像。
15.一种抛光宝石的方法，所述方法包括下述步骤：
(a)通过宝石保持单元保持所述宝石；
(b)通过图像捕获单元捕获所述宝石的至少一个图像；
(c)通过图像处理单元针对一个或多个宝石参数对捕获的图像进行分析；
(d)通过所述图像处理单元将一个或多个经分析的宝石参数与一个或多个预定的宝石参数进行比较；
(e)基于所述比较将反馈信号传输至包括保持所述宝石的所述宝石保持单元的宝石抛光单元；
(f)基于所述反馈信号使所述宝石接触抵靠研磨表面；以及
(g)重复步骤(b)至步骤(f)直到所述一个或多个经分析的宝石参数与所述一个或多个预定的宝石参数以所需的准确度相匹配。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述一个或多个经分析的宝石参数和所述一个或多个预定的宝石参数中的任一宝石参数选自下述各者中的任一者或其组合：台面尺寸、冠部角度、冠部深度、腰部直径、亭部角度、亭部深度、刻面的数量、刻面的尺寸、刻面的比例、半部、刻面的角度以及刻面的相互定位。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，使所述宝石接触抵靠心轴的所述研磨表面的步骤包括下述步骤中的任一者或其组合：在使所述宝石接触抵靠所述研磨表面之前或在使所述宝石接触抵靠所述研磨表面的过程中基于所述反馈信号来控制供所述研磨表面安装的心轴的运动，以及在使所述宝石接触抵靠所述研磨表面之前或在使所述宝石接触抵靠所述研磨表面的过程中基于所述反馈信号来控制所述宝石保持单元的运动。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，重复步骤(b)至步骤(f)直到所述一个或多个经分析的参数与所述一个或多个预定的参数匹配至少50％。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，重复步骤(b)至步骤(f)直到所述一个或多个经分析的参数与所述一个或多个预定的参数匹配至少90％。
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