DE212020000540U1

DE212020000540U1 - Ein System zur Bestimmung der optischen Eigenschaften eines Edelsteins

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Publication number: DE212020000540U1
Application number: DE212020000540.0U
Authority: DE
Original assignee: Goldway Technology Ltd
Current assignee: Goldway Technology Ltd
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2022-01-25
Anticipated expiration: 2030-03-01
Also published as: US20220042925A1; EP3931553A4; EP3931553A1; CN113711018A; CA3132073C; ZA202107373B; US11467101B2; WO2020177631A1; CA3132073A1

Abstract

Ein System zum Betrachten und Bestimmen der optischen Eigenschaften von Edelsteinen, wobei das System folgendes umfasst:
eine erste und eine zweite Ulbricht-Kugel, wobei jede Ulbricht-Kugel in optischer Verbindung miteinander steht und einen dazwischen angeordneten Abstandshalterteil aufweist,
eine erste Lichtquelle, die mit der ersten Kugel in Eingriff steht und das Innere der ersten Kugel mit Licht versorgt, und eine zweite Lichtquelle, die mit der zweiten Kugel in Eingriff steht und das Innere der zweiten Kugel mit Licht versorgt;
mindestens eine optische Bilderfassungsvorrichtung, die mit dem Inneren einer der Kugeln in Verbindung steht, um ein optisches Bild eines Edelsteins zu erfassen, der sich in einem Bereich zwischen den Kugeln befindet;
eine transparente Plattform zur Aufnahme des Edelsteins zwischen den beiden Ulbricht-Kugeln; und
ein Steuermodul, das mit der optischen Bilderfassungsvorrichtung in Verbindung steht, um die Erfassung von optischen Bildern von Diamanten zu steuern;
wobei das optische Bild des Edelsteins von einem Prozessor verarbeitet wird, um eine oder mehrere optische Eigenschaften des Edelsteins zu ermitteln.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Betrachtung von Edelsteinen und zur Bestimmung der optischen Eigenschaften von Edelsteinen. Insbesondere bietet die vorliegende Erfindung ein System zur Bestimmung der optischen Eigenschaften eines Diamanten.
Hintergrund der Erfindung
Edelsteine, insbesondere Diamanten, sind ein wichtiger Bestandteil von Luxusgütern, vor allem von Schmuckstücken, und können einen sehr hohen Wert haben. Der Wert eines Diamanten hängt von mehreren physikalischen Eigenschaften des Diamanten ab.
Es gibt vier weltweit anerkannte Standards zur Bewertung der Qualität eines Diamanten, die typischerweise als die 4C's bekannt sind: Clarity, Colour, Cut und Carat Weight.
Farbabstufung
Mit Ausnahme der Farbe eines Diamanten, der eine besondere oder ausgefallene Farbe haben kann, hängt der Wert eines Diamanten stark von seiner Farblosigkeit ab. Je farbloser ein Diamant ist, desto höher ist er.
Das Gemological Institute of America (GIA) hat beispielsweise einen Farbgrad von D bis Z, wobei der Grad D einen Diamanten bezeichnet, der völlig farblos ist, und der Grad Z einen Diamanten mit einem erheblichen Anteil an unerwünschter Farbe.
zeigt die Farbskala des Gemological Institute of America (GIA), anhand derer eine Farbeinstufung vorgenommen wird, wobei die Abstufungen von farblos bis hell dargestellt sind.
Obwohl die menschliche visuelle Erkennung einer anderen Diamantenfarbe nicht besonders empfindlich ist, insbesondere im Vergleich zu Diamanten ähnlicher Qualität, kann eine nur geringfügige Farbveränderung den Wert des Diamanten erheblich beeinflussen.
Mehrere Faktoren tragen zur Farbe eines Diamanten bei, wobei der häufigste und wichtigste Faktor Verunreinigungen im Diamanten sind. Während des Entstehungsprozesses von Diamanten können Verunreinigungen leicht eingebaut werden. Stickstoff ist die häufigste Verunreinigung in natürlichen Diamanten, die eine unerwünschte gelbe Farbe erzeugt. Je höher der Stickstoffgehalt in einem Diamanten ist, desto intensiver ist die Farbe und desto niedriger ist der Farbgrad des Steins. Auch Bor kann die Farbe eines Diamanten beeinflussen, ist aber weniger häufig. Diamanten mit Borverunreinigungen weisen eine hellblaue Farbe auf. Es gibt noch andere Verunreinigungen, die die Farbe von Diamanten beeinflussen, aber sie sind selten.
Neben Verunreinigungen tragen auch Leerstellen in einem Diamanten zur Farbe des Diamanten bei. Es gibt verschiedene Formen von Leerstellen, wie isolierte Leerstellen, Mehrfach-Leerstellen-Komplexe und Leerstellen in Kombination mit Verunreinigungen usw.
In einigen Diamanten bilden die Kohlenstoffatome aufgrund der Umgebungsdruckbedingungen während des Entstehungsprozesses tief in der Erde möglicherweise keine idealen tetraedrischen Strukturen, und die tetraedrischen Strukturen können verformt sein. Solche Kristallverformungen können bei natürlichen Diamanten auch zu Farbveränderungen führen. Für die Beurteilung der Farbe eines Diamanten ist das geschulte menschliche Auge der anerkannteste Industriestandard und die gängigste Praxis zur Bestimmung der Farbe eines Diamanten.
Am Beispiel des GIA wird das Personal für die Farbeinstufung mehrere Monate lang anhand von Standard-Mastersteinen aus einem Masterstein-Set mit verschiedenen Farbstufen geschult. Außerdem wird während des Farbbewertungsverfahrens ein zu bewertender Diamant in einer kontrollierten Umgebung Seite an Seite mit den Mastersteinen verglichen.
Bei der kontrollierten Umgebung handelt es sich um einen Standard-Lichtkasten mit einer weißen Fliese, die hinter den Mastersteinen und dem Prüfdiamanten als Hintergrund platziert wird. In dieser standardisierten Umgebung kann die Farbe eines Diamanten durch Bezugnahme auf den Masterstein mit der nächstliegenden Farbe eingestuft werden.
Ein Diamant wird in der Regel von unten in einem Winkel von etwa 45 Grad zum Pavillon betrachtet, wobei der Farbsortierer in erster Linie auf die Tafel des Diamanten schaut.
Die Farbsortierer werden wiederholt geschult, damit verschiedene Sortierer dieselben Bewertungsergebnisse reproduzieren können, um die Einheitlichkeit und Konsistenz zwischen den Farbsortierern zu gewährleisten. Obwohl ein solches Verfahren zur Farbeinstufung in großem Umfang angewandt wird, sind die Zuverlässigkeit und die Wiederholbarkeit der Farbeinstufungsmethodik immer noch anfällig für Unstimmigkeiten, die zu einer falschen Einstufung führen können, was sich negativ auf den Wert eines Diamanten auswirken kann.
Klassifizierung der Klarheit
Das Gemological Institute of America (GIA) hat zum Beispiel einen Reinheitsgrad, der in 9b dargestellt ist.
Für die Beurteilung der Reinheit eines Diamanten müssen die Anzahl, die Größe und die Position der Fehler im Stein bestimmt werden.
Angefangen bei den Entstehungsbedingungen unter der Erde eines Diamanten bis hin zu den vom Menschen angewandten Verfahren, die am Diamanten durchgeführt werden, können sich verschiedene Defekte bilden.
Im Inneren des Diamantkörpers können Unreinheiten, Hohlräume und Risse vorhanden sein, die als innere Fehler gelten. Auf der Oberfläche des Diamanten können unterpolierte Unregelmäßigkeiten und Kratzer vorhanden sein, die als äußere Fehler gelten.
Diese inneren und äußeren Merkmale sind auch im Hinblick auf einen Diamanten wichtig, da sie eines der einzigartigen Identifikationsmerkmale oder „Muttermale“ sein können, die zur Identifizierung eines Diamanten verwendet werden können.
Derzeit wird die Reinheit eines Diamanten am häufigsten von geschulten menschlichen Augen unter einem 10fach-Mikroskop bestimmt. Gemmologen werden mehrere Monate lang anhand von Standardmustern mit verschiedenen Fehlern geschult, damit ein Stein bei der Beurteilung durch verschiedene Personen das gleiche Ergebnis liefert.
Doch selbst bei standardisierten Schulungs- und Bewertungsverfahren kann die Wiederholbarkeit aufgrund der unvermeidlichen subjektiven menschlichen Beurteilung nicht garantiert werden.
Die Bewertung ein und desselben Diamanten durch ein und dieselbe Person zu unterschiedlichen Zeitpunkten kann auch dazu führen, dass ein und derselbe Diamant unterschiedliche Reinheitsgrade erhält. Aufgrund der Ermüdung des menschlichen Sehvermögens kann ein und derselbe Diamant auch vor und nach der Bewertung vieler verschiedener Steine unterschiedlich beurteilt werden.
Daher ist es selbst für ausgebildete und erfahrene Gemmologen schwierig, die Wiederholbarkeit der Reinheitsbewertung zu gewährleisten.
Gegenstand der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zur Betrachtung eines Edelsteins und zur Bestimmung der optischen Eigenschaften eines Edelsteins bereitzustellen, insbesondere ein System, das zur Bestimmung der Farb- und Reinheitsklasse eines Edelsteins, insbesondere eines Diamanten, geeignet ist und das zumindest einige Mängel des Standes der Technik überwindet oder zumindest teilweise behebt.
Zusammenfassung der Erfindung
System zum Betrachten und Feststellen optischer Eigenschaften von Edelsteinen, wobei das System eine erste und eine zweite Ulbricht-Kugel enthält, wobei jede Ulbricht-Kugel in optischer Verbindung miteinander steht und einen dazwischen angeordneten Abstandshalterabschnitt aufweist, eine erste Lichtquelle, die mit der ersten Kugel in Eingriff steht und das Innere der ersten Kugel mit Licht versorgt, und eine zweite Lichtquelle, die mit der zweiten Kugel in Eingriff steht und das Innere der zweiten Kugel mit Licht versorgt; mindestens eine optische Bilderfassungsvorrichtung, die mit dem Inneren einer der Kugeln in Verbindung steht, um ein optisches Bild eines Edelsteins zu erfassen, der in einem Bereich zwischen den Kugeln angeordnet ist; eine transparente Plattform zum Tragen des Edelsteins zwischen den beiden integrierenden Kugeln; und ein Steuermodul, das mit der optischen Bilderfassungsvorrichtung in Verbindung steht, um die Erfassung optischer Bilder von Edelsteinen davon zu steuern, wobei das optische Bild des Edelsteins durch einen Prozessor verarbeitet wird, um eine oder mehrere optische Eigenschaften des Edelsteins zu ermitteln.
Das Innere der Ulbricht-Kugeln ist mit einer diffus reflektierenden Beschichtung versehen, so dass Lichtstrahlen, die auf einen beliebigen Punkt der Innenfläche treffen, durch mehrfache Streureflexionen gleichmäßig auf alle anderen Punkte verteilt werden und die Auswirkungen der ursprünglichen Richtung der Lichtquellen minimiert werden.
Das System kann ferner einen mechanischen Arm umfassen, der vom Steuermodul gesteuert wird, um einen Edelstein von einer externen der Ulbricht-Kugeln zur Plattform zu befördern, die den Edelstein zwischen den beiden Ulbricht-Kugeln hält.
Der mechanische Arm ermöglicht eine Bewegung in vertikaler Richtung zum Aufnehmen und Ablegen des Edelsteins sowie eine Drehung um eine Achse zum Transport des Edelsteins von einer Position zur anderen.
Das System kann ferner eine bewegliche Tür am Abstandshalterteil umfassen, die geöffnet werden kann, um den Transport des Edelsteins zur und von der Trägerplattform durch den mechanischen Arm zu ermöglichen.
Das System kann eine Vielzahl von optischen Bilderfassungsgeräten umfassen, die mit dem Inneren mindestens einer der Kugeln in Verbindung stehen.
Das System kann eine erste optische Bilderfassungsvorrichtung umfassen, die mit dem Inneren der ersten Kugel am Pol der Kugel in Verbindung steht.
Das System kann eine weitere optische Bilderfassungsvorrichtung umfassen, die mit dem Inneren der zweiten Kugel am Pol der Kugel in Verbindung steht.
Das System kann eine oder mehrere optische Bilderfassungsvorrichtungen zum Erfassen eines Seitenbildes des Edelsteins umfassen, wobei eine oder mehrere optische Bilderfassungsvorrichtungen das Seitenbild des Edelsteins durch eine Öffnung erfassen, die sich durch den Abstandshalterteil erstreckt.
Das System kann eine oder mehrere optische Bilderfassungsvorrichtungen zur Erfassung eines geneigten Bildes des Edelsteins umfassen, wobei eine oder mehrere optische Bilderfassungsvorrichtungen auf den Edelstein gerichtet und zu einer durch die Pole der Kugeln verlaufenden Achse geneigt sind.
Die eine oder mehrere optische Bilderfassungsvorrichtungen können auf den Edelstein gerichtet sein und sind in einem Winkel zwischen 40 und 50 Grad zu einer durch die Pole der Kugeln verlaufenden Achse geneigt.
Die mindestens eine optische Bilderfassungsvorrichtung kann sich in einem Abstand zwischen 100 mm und 300 mm vom Edelstein befinden.
Die mindestens eine optische Bilderfassungsvorrichtung kann sich in einem Abstand von etwa 200 mm vom Edelstein befinden.
Die mindestens eine optische Bilderfassungsvorrichtung kann sich in einem Abstand von 20 mm bis 100 mm vom Edelstein befinden.
Die Lichtquellen liefern vorzugsweise das vorgegebene konstante Lichtniveau mit einer Farbtemperatur von 6500 K.
Die Lichtquelle kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die eine LED-Lichtquelle (Light Emitting Diode), eine Xeon-Lichtquelle, eine Glühlampenlichtquelle, eine Leuchtstofflampenlichtquelle, einen Sonnensimulator oder ähnliches umfasst.
Die Plattform kann um die zentrale Achse drehbar sein, die sich zwischen dem Pol der Kugeln und innerhalb des Systems der Ulbricht-Kugeln erstreckt, und ermöglicht die Drehung des Edelsteins um die zentrale Achse, so dass eine Vielzahl optischer Bilder der Edelsteine durch die mindestens eine optische Bilderfassungsvorrichtung erfasst werden kann.
Die optische Bilderfassungsvorrichtung ist eine Digitalkamera. Die optische Bilderfassungsvorrichtung kann monochromatisch oder polychromatisch sein.
Das System kann die Farbe eines Edelsteins bestimmen oder die Reinheit eines Edelsteins.
Der Edelstein ist vorzugsweise ein Diamant.
Figurenliste
Um ein genaueres Verständnis der oben genannten Erfindung zu ermöglichen, wird eine genauere Beschreibung der oben kurz beschriebenen Erfindung durch Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, gegeben. Die hier dargestellten Zeichnungen sind möglicherweise nicht maßstabsgetreu, und jede Bezugnahme auf Abmessungen in den Zeichnungen oder der folgenden Beschreibung ist spezifisch für die offengelegten Ausführungsformen.

zeigt eine schematische Darstellung eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Die - zeigen schematische Darstellungen eines Systems aus , wenn ein Edelstein, in diesem Beispiel ein Diamant, von außen in das Ulbrichtsche Kugelsystem transportiert wird;
zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
zeigt eine schematische Darstellung des Schnittbildes einer Ausführungsform des Ulbrichtschen Kugelsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
zeigt eine schematische Darstellung des Schnittbildes einer weiteren Ausführungsform des Ulbrichtschen Kugelsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
zeigt eine fotografische Referenzdarstellung eines Abstandshalterteils in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
zeigt eine fotografische Referenzdarstellung einer optischen Bilderfassungsvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung; und
zeigt eine fotografische Referenzdarstellung einer mechanischen Armbaugruppe in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung; und
zeigt eine fotografische Referenzdarstellung einer Nahaufnahme des Klauenbereichs eines mechanischen Arms in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
zeigt die Farbskala des Gemological Institute of America (GIA), anhand derer eine Farbeinstufung vorgenommen wird, wobei die Abstufungen von farblos bis hell reichen; zeigt, dass das Gemological Institute of America (GIA) einen Reinheitsgrad hat.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die gegenwärtigen Erfinder haben Mängel in der Art und Weise, wie die Farb- und Reinheitsklassifizierung von Diamanten durchgeführt wird, festgestellt und nach Identifizierung der Probleme mit dem Stand der Technik ein System entwickelt, das konsistenter und zuverlässiger ist und die Probleme des Standes der Technik überwindet.
zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 100 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das System 100 eine optisch kontrollierte Umgebung für die Erfassung optischer Bilder zur Bestimmung optischer Eigenschaften von Edelsteinen, z. B. der Farb- und Reinheitseinstufung von Diamanten, bereitstellt.
Wie in dargestellt, umfasst das System 100 zwei hohle Ulbricht-Kugeln 150 und 150a, die in optischer Verbindung miteinander stehen und an den Abstandshalter 116 angrenzen und durch den Abstandshalter 116 voneinander beabstandet sind. An jeder Kugel befinden sich Lichtquellen 118 und 118a, um ein vorbestimmtes konstantes Lichtniveau innerhalb des Systems der Ulbricht-Kugeln zu erzeugen.
Der Abstandshalter 116 hat eine geeignete Größe, um einen Bereich für die Zuführung und das Halten eines Edelsteins für die Bilderfassung zu schaffen, und kann je nach Anordnung eine Höhe von beispielsweise 100 mm oder etwa 50 mm oder weniger oder mehr haben.
Das Innere der Ulbricht-Kugeln 150 und 150a ist mit einer diffus reflektierenden Beschichtung versehen, so dass die auf einen beliebigen Punkt der Innenfläche einfallenden Lichtstrahlen durch mehrfache Streureflexionen gleichmäßig auf alle anderen Punkte verteilt werden und die Auswirkungen der ursprünglichen Richtung der Lichtquellen 118 und 118a minimiert werden.
Die optische Bilderfassungsvorrichtung 110 am Ulbricht-Kugelsystem steht in Verbindung mit der Steuereinheit 120. Die Steuereinheit 120 kann die Erfassung optischer Bilder des Edelsteins steuern, der z. B. als Diamant 115 dargestellt ist, wenn er sich zwischen den Ulbricht-Kugeln 150, 150a befindet, wie in gezeigt und wie in unten beschrieben.
Ein Bild kann in einem vorbestimmten Winkel und auf einer vorbestimmten Seite des Edelsteins aufgenommen werden, je nachdem, wo die optische Bilderfassungsvorrichtung 110 angeordnet ist, die sich in diesem Beispiel unterhalb des Edelsteins befindet und in einem Winkel zur Mittelachse des Diamanten 115 nach oben gerichtet ist. Alternativ können auch mehr als die optische Bilderfassungsvorrichtung 110 in verschiedenen Winkeln über, unter oder auf dem Diamanten 115 angeordnet sein.
Die aufgenommenen Bilder können weiter analysiert werden, um die optischen Eigenschaften von Edelsteinen zu bestimmen, z. B. die Farb- und Reinheitsklasse von Diamanten.
Das System 100 kann auch, wie in den 1a - 1d und 2 gezeigt, eine mechanische Armbaugruppe 130 zum automatischen Transport des Edelsteins, wie z. B. eines Diamanten 115, in die und aus den Ulbrichtkugeln und eine Aktuatoranordnung, wie z. B. ein pneumatisches System, zur Betätigung eines mechanischen Arms 130a umfassen.
Wie in dargestellt, ist der mechanische Arm 130a in vertikaler Richtung beweglich, um den Diamanten 115 aufzunehmen und freizugeben, und er ist auch um die zentrale Achse 131 drehbar, um den Diamanten 115 von einer Position zur anderen zu transportieren.
Diese Bewegung und Positionsgenauigkeit des mechanischen Arms 130a wird durch das Steuermodul 120 gesteuert und bestimmt.
Um den Bilderfassungsprozess des Systems 100 in Gang zu setzen, muss ein Techniker oder ein anderes automatisiertes Gerät zunächst den Diamanten 115 auf der Oberfläche 140 platzieren, die sich außerhalb der Ulbricht-Kugeln 150 und 150a befindet, wie aus ersichtlich ist, die weiter unten beschrieben wird.
Der Diamant 115 wird in der Regel mit dem Pavillon nach oben auf die Oberfläche 140 gelegt, obwohl er in anderen Ausführungsformen auch in anderen Richtungen positioniert werden kann.
Nach dem Aufsetzen des Diamanten 115 auf die Oberfläche 140 dreht sich der mechanische Arm 130a um die Achse 131, bis der Klauenabschnitt 135 des mechanischen Arms 130a genau über dem Diamanten 115 ankommt. Der Diamant 115 ist dann bereit, von dem Klauenabschnitt 135 des mechanischen Arms 130a aufgenommen zu werden.
Der Vorgang der Aufnahme des Diamanten 115 ist in dargestellt, wobei sich die beiden Klauen 135a und 135b des mechanischen Arms 130a nach außen voneinander weg bewegen, was wiederum pneumatisch gesteuert werden kann, während sich der mechanische Arm 130a absenkt, um die gleiche horizontale Höhe wie der Diamant 115 auf der Oberfläche 140 zu erreichen.
Die beiden Klauen 135a und 135b bewegen sich dann nach innen und drücken in Richtung des Diamanten 115, um diesen sicher darin zu befestigen, und der mechanische Arm 130 bewegt sich vertikal nach oben, um den Diamanten 115 vertikal von der Oberfläche 140 abzuheben.
Wenn der Diamant 115 vom mechanischen Arm 130 aufgenommen wird, gleitet eine Schiebetür 119 horizontal zur Seite des Ulbricht-Kugelsystems und gibt die Öffnung 124 am Abstandshalterteil 116 frei, durch die der Diamant 115 in die Ulbricht-Kugeln 150 und 150a transportiert werden kann. Die Bewegung der Schiebetür 119 kann durch das Steuermodul 120 gesteuert werden, z. B. durch einen pneumatischen Aktuator, oder alternativ manuell oder über ein anderes System.
Ein Beispiel für einen solchen Transport eines Diamanten 215 ist in dargestellt, wobei sich ein mechanischer Arm 230 um eine Achse dreht und den Diamanten 215 von der Position A auf der Oberfläche 240 zu einer vorbestimmten Position B direkt über der Rotationsplattform 217 innerhalb des Ulbricht-Kugelsystems transportiert.
Die Klauen 235a und 235b des mechanischen Arms 230 bewegen sich dann nach außen voneinander weg, um den Diamanten 215 auf der Drehplattform 217 in Position B freizugeben, die in der Regel die Mitte einer Drehplattform 217 ist.
Wie in den bis dargestellt, befindet sich eine Drehplattform 117 an dem Abstandshalter 116, an dem die beiden Ulbricht-Kugeln 150 und 150a aneinandergrenzen.
Die Drehplattform 117 ist um die zentrale Achse des Systems und damit um den Diamanten 115 und innerhalb der Ulbricht-Kugeln 150 und 150a drehbar, so dass in einigen Ausführungsformen eine Vielzahl optischer Bilder verschiedener Ansichten des Diamanten 115 von der optischen Bilderfassungsvorrichtung 110 erfasst werden können.
Die Drehplattform 117 ist optisch transparent, so dass sie Lichtstrahlen von beiden Seiten der Plattform 117 nicht optisch blockiert.
Die Steuerung der Bewegung der Rotationsplattform 117 kann durch das Steuermodul 120 erfolgen.
Dieser automatische Transport des Diamanten 115 durch den mechanischen Arm 130a ermöglicht es, den Diamanten 115 immer genau in einer vorbestimmten Position auf der Drehplattform 117 zu platzieren und so die wünschenswertesten Lichtverhältnisse für den Diamanten 115 zu schaffen, wenn optische Bilder zur Betrachtung und Klassifizierung des Diamanten aufgenommen werden.
Da der mechanische Arm 130a mechanisch von der Steuereinheit 120 gesteuert wird, ohne dass menschliche Faktoren, wie z. B. eine falsche Ausrichtung oder Verlagerung des Diamanten, eine Rolle spielen, ist die Position des Diamanten 115 auf der Drehplattform 117 immer gleichbleibend und mit hoher Wiederholbarkeit, so dass eine kontrollierte Umgebung für die Untersuchung verschiedener Diamanten geschaffen wird.
Aufgrund der visuellen Natur der optischen Eigenschaften von Reinheit und Farbe muss die Bewertung von Reinheit und Farbe eines Diamanten in einer kontrollierten Umgebung erfolgen. Das computergestützte System 100 gewährleistet, dass die Lichtbedingungen und der Hintergrund für jeden Diamanten gleich und konstant sind.
zeigt, wie der Diamant 115 genau auf der Drehplattform 117 innerhalb des Ulbrichtschen Kugelsystems platziert wird. Der mechanische Arm 130a hebt sich dann und dreht sich um die zentrale Achse 131, um sich durch die Öffnung 124 aus den Ulbricht-Kugeln 150 und 150a zu bewegen.
Wenn sich der mechanische Arm 130a aus den Ulbricht-Kugeln 150 und 150a herausbewegt, gleitet die Schiebetür 119 horizontal auf das Ulbricht-Kugelsystem zu und verschließt die Öffnung 124, so dass die Öffnung 124 wieder von der Schiebetür 119 abgedeckt wird, wie in dargestellt, so dass ein geschlossenes System entsteht, in dem der Bildaufnahmeprozess des Diamanten 115 stattfinden kann.
zeigt eine Schnittdarstellung des Systems 300 in einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Wie in dargestellt, umfasst das System 300 zwei Ulbricht-Kugeln 350 und 350a, die am Abstandshalter 316 aneinandergrenzen und durch den Abstandshalter 316 voneinander beabstandet sind.
Die optische Bilderfassungsvorrichtung 310 des Ulbrichtschen Kugelsystems steht in Verbindung mit der Steuereinheit 320. Die Steuereinheit 320 steuert die Erfassung optischer Bilder des Diamanten, der in einem Winkel von beispielsweise 45 Grad zur vertikalen Mittelachse des Diamanten 315 geneigt ist.
Die aufgenommenen Bilder werden weiter analysiert, um die optischen Eigenschaften des Edelsteins zu bestimmen, z. B. den Farb- und Reinheitsgrad des Diamanten 315.
Die optischen Bilderfassungsvorrichtungen 310 können sich in einem Abstand von etwa 200 mm vom Diamanten 315 befinden, oder weniger oder mehr, je nach den Anforderungen des Systems und den besonderen Zahlen und Merkmalen, die zur Bildung des Systems 300 verwendet werden.
Das System 300 umfasst zwei Lichtquellen 318 und 318a, die in jeder Ulbricht-Kugel 350 und 350a ein vorbestimmtes konstantes Lichtniveau mit einer Farbtemperatur von 6500 K liefern. Die Lichtquelle wird aus der Gruppe ausgewählt, die eine LED (Light Emitting Diode)-Lichtquelle, eine Xeon-Lampen-Lichtquelle, eine Glühlampen-Lichtquelle, eine Leuchtstofflampen-Lichtquelle, einen Sonnensimulator oder Ähnliches umfasst, um ein vorbestimmtes konstantes Lichtniveau mit einer Farbtemperatur von 6500 K in den Kugeln 350 und 350a zu erzeugen.
In ähnlicher Weise liefern auch die beiden Lichtquellen 118 und 118a der bis ein vorgegebenes konstantes Lichtniveau und können in jeder Ulbricht-Kugel 150 und 150a eine Farbtemperatur von 6500 K haben. Die Lichtquelle kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die eine LED-Lichtquelle (Light Emitting Diode), eine Xeon-Lampen-Lichtquelle, eine Glühlampen-Lichtquelle, eine Leuchtstofflampen-Lichtquelle, einen Sonnensimulator oder ähnliches umfasst, um ein vorbestimmtes konstantes Lichtniveau mit einer Farbtemperatur von 6500 K innerhalb der Kugeln 150 und 150a zu erzeugen.
Wiederum Bezug nehmend auf 3 umfasst das System 300 ferner eine Drehplattform 317, die um die zentrale Achse des Diamanten 315 und innerhalb der Ulbricht-Kugeln 350 und 350a drehbar ist, wobei die Drehplattform 317 für eine Drehung des Diamanten um die zentrale Achse sorgt, so dass die Vielzahl der optischen Bilder des Diamanten 315 durch die optische Bilderfassungsvorrichtung 310 erfasst werden kann.
zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Systems 400 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das System 400 umfasst auch zwei Ulbricht-Kugeln 450 und 450a, die im Abstandsbereich 416 aneinandergrenzen und durch den Abstandsbereich 416 voneinander beabstandet sind. Die Lichtquellen 418 und 418a sind an jeder Kugel angeordnet, um ein vorbestimmtes konstantes Lichtniveau innerhalb des Systems der Ulbricht-Kugeln bereitzustellen und ein vorbestimmtes konstantes Lichtniveau mit einer Farbtemperatur von 6500K innerhalb jeder Ulbricht-Kugel 350 und 350a bereitzustellen. Die Lichtquelle wird aus der Gruppe ausgewählt, die eine LED (Light Emitting Diode)-Lichtquelle, eine Xeon-Lampen-Lichtquelle, eine Glühlampen-Lichtquelle, eine Leuchtstofflampen-Lichtquelle, einen Sonnensimulator oder ähnliches umfasst, um ein vorbestimmtes konstantes Lichtniveau mit einer Farbtemperatur von 6500 K innerhalb der Kugeln 450 und 450a zu erzeugen.
Die Lichtquellen 450 und 450a können vom Steuermodul 420 gesteuert werden.
Das System 400 umfasst ferner eine Vielzahl von optischen Bilderfassungsvorrichtungen 410, 410a und 410b, wobei eine der optischen Bilderfassungsvorrichtungen 410a senkrecht zur Drehplattform 417 angeordnet ist, die in vertikaler Richtung beweglich ist, um den Abstand zwischen dem Diamanten 415 und den optischen Bilderfassungsvorrichtungen 410a zu verändern.
In dieser Ausführungsform gibt es auch eine optische Bilderfassungsvorrichtung 410b, die sich senkrecht zur Mittelachse des Diamanten befindet und in horizontaler Richtung beweglich ist, um den Abstand zwischen dem Diamanten 415 und der optischen Bilderfassungsvorrichtung 410b zu verändern.
Wie zu erkennen ist, kann die optische Bilderfassungsvorrichtung 41 0b, obwohl sie als Paar auf gegenüberliegenden Seiten der Kugeln 450, 450a vorgesehen ist, auf einer Seite eine einzige Vorrichtung sein.
Die mehreren optischen Bilderfassungsvorrichtungen 410, 410a und 410b werden durch das Steuermodul 420 gesteuert, das die Erfassung der mehreren optischen Bilder des Diamanten 415 aus verschiedenen Winkeln zur Farb- und Reinheitsbewertung von Diamanten sowie von oben und unten ermöglicht.
Die Höhe des Diamanten 415 kann durch ein optisches Bild bestimmt werden, das mit einer weiteren optischen Bilderfassungsvorrichtung 410b aufgenommen wird, die sich senkrecht zur Mittelachse des Diamanten befindet.
Wenn das Bild von oben oder von unten auf den Diamanten 415 aufgenommen wird, wird die scheinbare Schärfentiefe Dapparent für die Fokussierung nach der Formel korrigiert: $D_{a p p a r e n t} = \frac{D_{r e a l}}{n_{d i a m o n d}}$
wobei _ndiamond≈ 2.42
Anhand der aus dem Seitenansichtsbild abgeleiteten Diamanthöhe kann eine Vielzahl von Bildern mit unterschiedlichen Schärfentiefen des Diamanten senkrecht zum Tisch aufgenommen werden, um Fehler zu erkennen.
Dies könnte durch Aufteilung der Höhe in entsprechende Fokustiefen geschehen. Da jedoch das Bild der Seitenansicht in Luft aufgenommen wird, während die Bilder senkrecht zum Tisch im Diamant aufgenommen werden sollen, wirkt sich der Unterschied der Brechungsindizes von Luft (nair ≈ 1) und Diamant (_ndiamond≈ 2,42) auf die Bestimmung der Schärfentiefe aus. Nimmt man eine Annäherung des Einfallswinkels des Lichtstrahls in Bezug auf Bilder, die senkrecht zum Tisch aufgenommen wurden, so sollte die scheinbare Tiefe Dapparent für die Fokussierung wie folgt korrigiert werden: $D_{a p p a r e n t} = \frac{D_{r e a l}}{n_{d i a m o n d}}$
anstelle der echten Tiefe _Dreal.
Bezug nehmend auf 5 ist eine fotografische Darstellung eines Abstandshalters 516 gezeigt, an dem die beiden Ulbricht-Kugeln aneinandergrenzen und von dem sie beabstandet sind, ähnlich wie oben unter Bezugnahme auf die 1a - 1d beschrieben, und der als solcher unmittelbar in Systeme der vorliegenden Erfindung implementierbar ist.
Die Schiebetür 519 wird seitlich geöffnet und gibt die Öffnung 524 am Abstandshalterteil 516 frei, so dass der Diamant in das Ulbricht-Kugelsystem hinein- und herausbefördert werden kann, ähnlich wie oben unter Bezugnahme auf die - beschrieben.
Innerhalb des Abstandshalters 516 der Ulbricht-Kugeln befindet sich eine transparente Drehplattform 517, auf der der Diamant während der Bildaufnahme platziert werden kann. Die Bilder des Diamanten werden von der optischen Bilderfassungsvorrichtung 510 aufgenommen, bei der es sich um eine Digitalkamera handeln kann, die senkrecht zur transparenten Plattform 517 angeordnet ist.
Die optische Bilderfassungsvorrichtung 510 befindet sich in einem angemessenen Abstand zum Diamanten, z. B. zwischen 20 mm und 60 mm, und ist in vertikaler Richtung beweglich, um den Abstand zum Diamanten zu verändern.
Die transparente Plattform 517 ist durch den Drehknopf 521 an der Außenseite des Ulbrichtkugelsystems drehbar, der von der externen Steuereinheit gesteuert werden kann, so dass Bilder verschiedener Ansichten des Diamanten von der Bilderfassungsvorrichtung 510 aufgenommen werden können.
zeigt eine fotografische Darstellung der Seitenansicht der Bilderfassungsvorrichtung 610, die sich senkrecht zur Mittelachse des Diamanten auf der Drehplattform innerhalb des Abstandshalters befindet.
Die optische Bildaufnahmevorrichtung 610 befindet sich außerhalb des Ulbrichtschen Kugelsystems in einem angemessenen Abstand zu einem Diamanten.
Die Seitenansicht-Bilderfassungsvorrichtung 610 ist mit dem Abstandshalterteil 616 des Ulbricht-Kugel-Systems mit einem undurchsichtigen Rohr verbunden, das sich durch den Abstandshalterteil 616 erstreckt, wodurch die Bilderfassungsvorrichtung 610 nur das Bild des Diamanten erfassen kann, der sich innerhalb des Ulbricht-Kugel-Systems befindet, und nicht durch die äußere Umgebung optisch gestört wird.
zeigt eine fotografische Darstellung eines Beispiels eines mechanischen Arms 730, der für die Verwendung im System der vorliegenden Erfindung geeignet ist und sich etwa auf der gleichen horizontalen Ebene wie der Abstandshalterteil 716 des Ulbrichtschen Kugelsystems befindet.
Der mechanische Arm 730 ermöglicht den automatischen Transport des Diamanten in die und aus den Ulbrichtkugeln. Der mechanische Arm 730 ist in vertikaler Richtung beweglich, um den Diamanten aufzunehmen und freizugeben, und um die zentrale Achse drehbar, um den Diamanten von einer Position zur anderen zu transportieren.
Wenn ein Diamant auf die Oberfläche 740 gelegt wird, nimmt der Klauenabschnitt 735 des mechanischen Arms 730 den Diamanten von der Oberfläche 740 auf, der sich dann dreht und den Diamanten in den Abstandshalterabschnitt 730 der Ulbricht-Kugeln transportiert, ähnlich wie oben unter Bezugnahme auf die - beschrieben.
Die Schiebetür 719 ist geschlossen, wenn keine Diamanten in das und aus dem Ulbricht-Kugelsystem transportiert werden. Dadurch wird das Innere der Ulbricht-Kugeln geschützt und ein optisch geschlossenes System für die Bildaufnahme von Diamanten geschaffen.
zeigt eine fotografische Darstellung einer Nahaufnahme des mechanischen Arms 830, der aus zwei Klauen 835a und 835b besteht, die einen Diamanten aufnehmen und befestigen.
Da Metall relativ weicher ist als ein Diamant, besteht die Möglichkeit, dass sich bei Kontakt zwischen den beiden Metallen Metallverunreinigungen auf der Oberfläche eines Diamanten festsetzen, die diese verunreinigen oder sogar Kratzer verursachen können.
Es ist höchst unerwünscht, dass Edelsteine wie Diamanten während des Bewertungsverfahrens zerkratzt oder verunreinigt werden. Jegliche Defekte, die dem Diamanten zugefügt werden, können den Wert des Diamanten mindern und große wirtschaftliche Verluste verursachen.
Um zu verhindern, dass während des Aufnahmevorgangs durch die Metallklauen 835a und 835b Metallverunreinigungen auf der Oberfläche des Diamanten haften bleiben, wird eine Beschichtung 821 auf die Oberfläche des Metallklauenteils 835 des mechanischen Arms 830 aufgebracht, insbesondere auf die Oberfläche, an der die Klauen in direkten Kontakt mit dem Diamanten kommen.
In ist zu erkennen, dass die Oberfläche des Krallenteils 835 eine hellere Farbe aufweist, was auf die Beschichtung hinweist, die die mit den Krallen in Berührung kommenden Diamanten vor Verunreinigungen schützt.
Bei der Beschichtung kann es sich um eine Metalloxidschicht, Quarz oder ähnliches handeln, die verhindert, dass metallische Verunreinigungen der Krallen während des Aufnahmevorgangs an der Oberfläche des Diamanten haften bleiben.
Das computergestützte System gemäß der vorliegenden Erfindung ist gegenüber dem Stand der Technik vorteilhaft, da es das Problem der Ermüdung des Sehvermögens beseitigt und mit seinem Algorithmus zur Analyse der Farbe und der Defekte eine gute Alternative mit hoher Wiederholbarkeit bietet und es einem Prozessor ermöglicht, die optischen Eigenschaften eines Edelsteins, z. B. eines Diamanten, wie Farbe und Klarheit, unter Verwendung elektronisch erfasster Bilder des Diamanten durch das System zu bestimmen.
Sie kann auch die Kosten und den Zeitaufwand für die Herstellung von Meistersteinsätzen und die Ausbildung eines professionellen Gemmologen verringern. Es kann auch die Zeit für die Ausbildung eines professionellen Gemmologen reduzieren.
Ein System aus Ulbricht-Kugeln unterstützt diese Aufgabe, da Lichtintensität, Spektrum und Gleichmäßigkeit gut kontrolliert und wiederholt werden können.
Ein System aus Ulbricht-Kugeln kann diese Aufgabe übernehmen, da die Lichtintensität, das Spektrum und die Gleichmäßigkeit gut kontrolliert und wiederholt werden können. Das System kann zur Beurteilung von Klarheit und Farbe eines Diamanten dienen.

Claims

Ein System zum Betrachten und Bestimmen der optischen Eigenschaften von Edelsteinen, wobei das System folgendes umfasst: eine erste und eine zweite Ulbricht-Kugel, wobei jede Ulbricht-Kugel in optischer Verbindung miteinander steht und einen dazwischen angeordneten Abstandshalterteil aufweist, eine erste Lichtquelle, die mit der ersten Kugel in Eingriff steht und das Innere der ersten Kugel mit Licht versorgt, und eine zweite Lichtquelle, die mit der zweiten Kugel in Eingriff steht und das Innere der zweiten Kugel mit Licht versorgt; mindestens eine optische Bilderfassungsvorrichtung, die mit dem Inneren einer der Kugeln in Verbindung steht, um ein optisches Bild eines Edelsteins zu erfassen, der sich in einem Bereich zwischen den Kugeln befindet; eine transparente Plattform zur Aufnahme des Edelsteins zwischen den beiden Ulbricht-Kugeln; und ein Steuermodul, das mit der optischen Bilderfassungsvorrichtung in Verbindung steht, um die Erfassung von optischen Bildern von Diamanten zu steuern; wobei das optische Bild des Edelsteins von einem Prozessor verarbeitet wird, um eine oder mehrere optische Eigenschaften des Edelsteins zu ermitteln.
System nach Anspruch 1, bei dem das Innere der Ulbricht-Kugeln mit einer diffus reflektierenden Beschichtung bedeckt ist, so dass Lichtstrahlen, die auf einen beliebigen Punkt der inneren Oberfläche einfallen, durch mehrfache Streureflexionen gleichmäßig auf alle anderen Punkte verteilt werden und die Auswirkungen der ursprünglichen Richtung der Lichtquellen minimiert werden.
System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das System ferner einen mechanischen Arm umfasst, der von dem Steuermodul gesteuert wird, um einen Edelstein von einer äußeren der Ulbricht-Kugeln zu einer Plattform zu befördern, die den Edelstein zwischen den beiden Ulbricht-Kugeln hält.
System nach Anspruch 3, bei dem der mechanische Arm eine Bewegung in vertikaler Richtung zum Aufnehmen und Loslassen des Edelsteins und eine Drehung um eine Achse zum Transportieren des Edelsteins von einer Position zur anderen ermöglicht.
System nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei das System ferner eine bewegliche Tür am Abstandshalterteil aufweist, die geöffnet werden kann, um den Transport des Edelsteins zur und von der Trägerplattform durch den mechanischen Arm zu ermöglichen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System eine Vielzahl von optischen Bilderfassungsvorrichtungen umfasst, die mit dem Inneren mindestens einer der Kugeln in Verbindung stehen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System eine erste optische Bilderfassungsvorrichtung enthält, die mit dem Inneren der ersten Kugel am Pol der Kugel in Verbindung steht.
System nach Anspruch 7, wobei das System eine weitere optische Bilderfassungsvorrichtung enthält, die mit dem Inneren der zweiten Kugel am Pol der Kugel in Verbindung steht.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine oder mehrere optische Bilderfassungsvorrichtungen zum Erfassen eines Seitenbildes des Edelsteins enthält, wobei eine oder mehrere optische Bilderfassungsvorrichtungen das Seitenbild des Edelsteins durch eine Öffnung erfassen, die sich durch den Abstandshalterteil erstreckt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine oder mehrere optische Bilderfassungsvorrichtungen zur Erfassung eines geneigten Bildes des Edelsteins enthält, wobei eine oder mehrere optische Bilderfassungsvorrichtungen auf den Edelstein gerichtet und zu einer durch die Pole der Kugeln verlaufenden Achse geneigt sind.
System nach Anspruch 10, wobei die eine oder die mehreren optischen Bilderfassungsvorrichtungen auf den Edelstein gerichtet sind und in einem Winkel im Bereich von 40° bis 50° zu einer durch die Pole der Kugeln verlaufenden Achse geneigt sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die mindestens eine optische Bilderfassungsvorrichtung in einem Abstand im Bereich von 100 mm bis 300 mm vom Edelstein befindet.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die mindestens eine optische Bilderfassungsvorrichtung in einem Abstand von etwa 200 mm von dem Edelstein befindet.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die mindestens eine optische Bilderfassungsvorrichtung in einem Abstand im Bereich von 20 mm bis 100 mm vom Edelstein befindet.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquellen ein vorbestimmtes konstantes Lichtniveau mit einer Farbtemperatur von 6500 K liefern.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle aus der Gruppe ausgewählt ist, die eine LED-Lichtquelle (Light Emitting Diode), eine Xeon-Lampen-Lichtquelle, eine Glühlampen-Lichtquelle, eine Leuchtstofflampen-Lichtquelle, einen Sonnensimulator oder dergleichen umfasst.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Plattform um die zentrale Achse drehbar ist, die sich zwischen dem Pol der Kugeln und innerhalb des Systems der Ulbricht-Kugeln erstreckt, und für eine Drehung des Edelsteins um die zentrale Achse sorgt, so dass eine Vielzahl von optischen Bildern der Edelsteine durch die mindestens eine optische Bilderfassungsvorrichtung erfasst werden kann.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine optische Bilderfassungsvorrichtung eine Digitalkamera ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine optische Bilderfassungsvorrichtung monochromatisch oder polychromatisch ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System zur Bestimmung der Farbe eines Edelsteins dient.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System die Bestimmung der Klarheit eines Edelsteins ermöglicht.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Edelstein ein Diamant ist.