DE2148582A1

DE2148582A1 - Verfahren und einrichtung zur erfassung der eigenschaften von schmucksteinen

Info

Publication number: DE2148582A1
Application number: DE19712148582
Authority: DE
Inventors: Maximo Dr-Ing Elbe
Original assignee: COLORANT SCHMUCKSTEIN GmbH
Current assignee: Hoge Raad Voor Diamant Antwerpen Nl
Priority date: 1971-09-29
Filing date: 1971-09-29
Publication date: 1973-04-12
Also published as: JPS4842873A; IL40443A0; DE2148582B2; DE2148582C3; IT967939B; US3858979A; FR2158828A5; GB1403557A; IL40443A; NL7212987A; CH560895A5; ZA726551B; BE789234A

Description

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Anwaltsakte : 3965

Hamburg, den 2 5.9.1971

Verfahren und Einrichtung zur Erfassung

der Eigenschaften von Schmucksteinen

Anmelderin: COLORANT Schmuckstein-GmbH., 2 Norderstedt Erfinder: Dr.-Ing. Maximo Elbe, 2 Hamburg 52, Postfach 0221

Die Erfindung betrifft die objektive Erfassung der Eigenschaften von Schmucksteinen, insbesondere geschliffener Diamanten wie Brillanten, z.B. Bestimmung ihres Wertes oder zu ihrer Identifizierung.

Die Beurteilung der Schmuckwirkung von Brillanten durch das menschliche Auge ohne Hilfsmittel ist deshalb mangelhaft, weil das Seherinnerungsvermögen des Menschen ausgesprochen schlecht ist. Ein brauchbares Ergebnis wird nur erzielt, wenn der Fachmann auf Grund jahrelanger Übung in einem unmittelbaren Vergleich mit einem ausgemessenen, also bekannten Muster den Wert des Schmucksteines bestimmt. Eine solche subjektive Beurteilung ergibt aber auch unter den genannten Voraussetzungen noch keinen fein graduierten Maßstab, obwohl der Wert des Edelsteines einen solchen dringend erforderte. Zusätzlich ist noch zu berücksichtigen, daß das Farbsehen bei Männern beeinträchtigt sein kann und eine subjektive Beurteilung durch Ermüdungserscheinungen und durch wirtschaftliche Einflüsse eingeschränkt werden kann.

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Schon 1926 wurden Geräte bekannt, bei denen die Reflexion eines ruhenden Steines betrachtet wird und die einen Teil der genannten Nachteile ausschliessen. Allerdings setzen sie eine mühevolle und zeitraubende Auswertung der Lichtreflexe auf dem Bildschirm voraus. Dabei werden die Intensitäten der Reflexe nicht messbar erfasst, und die Ermüdung des Beurteilers wird nicht ausgeschaltet. Derartige Geräte wurden deshalb lediglich in Laboratorien eingesetzt und konnten den Markt nicht für sich gewinnen.

Beisher bemüht sich der Fachmann bei geschliffenen Diamanten (z.B. bei Brillanten), den Wert des Steines durch die Einstufung nach Gewicht, Farbe, nach den Einschlüssen und dem Schliff zu erfassen. Dabei ist es einfach, das Gewicht zu bestimmen und mit einer Zahl auf ein Hundertstel Karat genau festzustellen. Inzwischen ist auch ein Gerät bekannt geworden, das die Farbe des Diamanten in einem Zahlenwert erfasst. Übrig bleiben also die Einschlüsse und der Schliff des Steins, die die Schmuckwirkung maßgeblich bestimmen. Gerade der Schliff beeinflußt die Schmuckwirkung eines Brillanten in doppelter Hinsicht:

1) durch die Winkel der Facetten zueinander und

2) durch die Qualität der Oberflächen der Facetten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, durch welche alle wesentlichen Eigenschaften eines Schmucksteines zu erfassen sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Reflexe vom Schmuckstein, erzeugt durch eine konstante Punktlichtquelle, von einem beweglichen lichtempfindlichen Empfänger mit einer Ersatzpupille in Abhängigkeit von der Bewegung durch die möglichen Betrachtungswinkel um eine Drehachse der Aufnahmeeinheit lückenlos spiralisch von einem Schreiber registriert und mit einem Zähler erfasst werden, während der Stein um seine Dreh achse taumelffei gedreht wird.

Dadurch werden die 5 Eigenschaften des Brillanten (Gewicht, Farbe, Einschlüsse, Schliffwinkel und .§ch lif f quäl i tat) erfin-

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dungegemäß nach dem vorliegenden Verfahren durch die Auszählung und Aufzeichnung der Reflexe vom Brillanten in einer Messung gleichzeitig erfasst, weil ihre Lichtintensität mit Größe und Güte des Brillanten anwächst:

D Gewicht: Je größer ein Brillant ist, um so größer ist die Intensität der Reflexe;

2) Farbe: Je weisser ein Brillant ist, um so intensiver sind seine Reflexe;

3) Einschlüsse: Je reiner ein Brillant ist, um so intensiver sind die Reflexe aus seinem Innern;

Ό Schliffwinkel: Je korrekter die Winkel der Facetten und der Tafel zueinander stehen, um so größer ist das Feuer, also die Intensität der Reflexe aus dem Brillantefh und

5) Schilffqualität: Je besser die Oberflächen von Tafel und Facetten eines Brillanten poliert sind, je geringer die Rauhtiefe und je besser die Ebenheit der Flächen sind, um so größer ist die Intensität der Reflexe und um so reiner sind die Spektralfarben aus dem Stein.

Es ergibt sich somit ein echter Maßstab in feingraduierter Art für die Bewertung eines Brillanten, sofern diese 5 Eigenschaften gleichzeitig erfasst werden, wobei sie tunlichst in einer einzigen Zahl ausgedrückt werden sollten.

Die Drehachse der Empfängereinheit liegt im Schnittpunkt der Rondistenebene mit der Drehachse des Schmucksteins, die beide senkrecht aufeinander stehen.

Das Verfahren sieht aber darüber hinaus noch vor, daß auch die SchliffWinkelabweichungen durch die Aufzeichnung der Reflexe in getreuer, winkelabhängiger Darstellung zum Betrachtungswinkel festgehalten werden, so daß dieses Diagramm den objektiven, seit langem gewünschten "Identitätspaß" oder Edelsteinpaß ergibt. Dieser Paß beschreibt den wertvollen Brillanten, wie der Fingerabdruck einen Menschen kennzeichnet. Das gerade spielt eine beachtliche Rolle für Versicherungen. Nicht zuletzt aber

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ist diese objektive Bewertung ein echter Maßstab für den Stein selbst, bei Kauf und Verkauf. Das Verfahren besitzt also eine große wirtschaftliche Bedeutung.

Darüber hinaus ist es erwünscht, daß die Bewertung nach der objektiven Ausmessung ohne die früher genannten Mängel auch der subjektiven Beurteilung des erfahrenen Fachmanns entspricht. Infolgedessen soll das Verfahren die Eigenschaften des Brillanten mit den Charakteristika des menschlichen Auges erfassen:

1) Die Intensität der Reflexe wird logarithmisch aufgetragen;

2) Die Ersatzpupille entspricht im Durchmesser der Pupille des Auges bei angemessener Beleuchtung;

3) Der Betrachtungsabstand entspricht dem normalen Leseabstand;

¹O Die Augenempfindlichkeitskurve bestimmt den spektralen Verlauf der Aufnahmeapparatur.

Der Wert eines Brillanten (bzw. eines Schmucksteins allgemein) hängt von der Anzahl der Lichteindrücke auf den Beschauer ab, wobei das "Feuer" eines Brillanten durch seine Brillanz (Oberflächenglanz und Metallglanz aus dem Innern) und seine Farbenpracht (Zerlegung des weissen Lichtes in die Spektralfarben) definiert wird. Die erwünschte Lebhaftigkeit des Brillanten wächst mit der Anzahl der Reflexe, besonders der farbigen, wobei jene minderer Intensität (aus Sekundärreflexen), die das Auge nicht beeindrucken, unterdrückt werden. Das Verfahren arbeitet folgerichtig mit mindestens einer Schwelle, von der ab die Reflexe mit hinreichender Intensität gezählt und aufgezeichnet werden. Eine weitere Schwelle kann besonders große Intensitäten ermitteln.

Zusammengefasst ermittelt das Verfahren zur Erfassung der Eigenschaften von Schmucksteinen, insbesondere geschliffener Diamanten, diese Eigenschaften gleichzeitig so, als ob der erfahrene Fachmann jeden einzelnen Faktor (ohne Ermüdungserscheinungen) gemessen hätte. Dieses Verfahren unterstützt ihn

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in seiner Expertentätigkeit fehlerfrei, weil es mit den durchschnittlich guten Augen des Fachmanns den Brillanten beurteilt.

Nach dem Verfahren wird der Brillant (Fig. 1) in einem'Strahlengang parallelen Lichtes drehbar angeordnet, während das Aufnahmegerät den gewünschten Winkelbereich spiralisch abfährt. Die Aufnahme wird von einem Schreibgerät festgehalten, während gleichzeitig die Anzahl der Reflexe von einer bestimmten Intensität ab gezählt und die Einheiten der Lichtintensität der Reflexe summiert werden.

Daslichtempfindliche Instrument ist entweder ein Photomultiplier oder ein Silizium-Phototransistor.

In der zweiten Lösung wird anstelle dieser genannten Instrumente ein Farbfilm (Fig. 2) in einer Kassette angeordnet, der in Form einer Panorama-Aufnahme über 180° einen Ausschnitt aus dem Reflexbild des Steins herstellt, so daß die farbigen Reflexe direkt betrachtet werden können (Fig. 3).

In einer dritten Lösung (Fig. ¹O wird der Brillant während der Belichtungszeit um 180° um seine Drehachse gedreht, so daß weisse und farbige Spuren auf dem Bild aufgezeichnet werden, die nachträglich licht-elektronisch ausgewertet werden können. Je größer das Feuer des Brillanten ist, um so mehr Spuren werden aufgezeichnet und um so größer ist der Ausschlag an einem Instrument, das von einer Photozelle gesteuert wird, die über den Film beaufschlagt wird.

Die genaue Darstellung der Wirkungsweise des Verfahrens wird an Hand der folgenden Figuren erläutert:

*) Fig. 1: Der Aufbau nach der ersten Lösung zum Verfahren zur Erfassung der Eigenschaften von Schmucksteinen;

?) Fig. 2: Der Aufbau nach der zweiten Lösung zum Verfahren zur Erfassung der Eigenschaften von Schmucksteinen;

^J) Fig. 3: Das Panorama-Farbbild nach der 2. Lösung des Verfahrens ;

⁴^ Fig. **: Das optische "von Laue-Debye-Scherrer-Diagramm" nach der 3. Lösung zum Verfahren zur Erfassung der Eigenschaften von Schmucksteinen.

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Die erste Lösung des Verfahrens ist in Fig. 1 dargestellt. Eine Lichtquelle 1.1 wird aus dem Gleichstromgerät 1.2 mit einstellbarem, konstanten Strom versorgt. Wahlweise kann ein Filter 1.3 für monochromatisches Licht in den Strahlengang 1.4 eingefügt werden bzw. die Lichtquelle 1.1 erzeugt ein monochromatisches Licht, z.B. Thallium (555 nm). Der Lichtstrahl 1.4· trifft den zu untersuchenden Schmuckstein 1.7 über die Linse 1.5 für paralleles Licht und die Blende 1.6. Der Schmuckstein 1.7 ist drehbar und taumelfrei über eine Einrichtung 1.8 und einen Motor 1.9 mit der Tafel senkrecht zum Strahlengang 1.4 angeordnet. Diese Empfängereinheit ist mit 1.12-1.14 bezeichnet. Sie wird längs des Kreisbogens so bewegt, daß ihr Spiegel 1.12 in jeder Stellung längs des Kreisbogens einen Reflex 1.10 auf jeden Empfänger wirft. Daraus entsteht in Verbindung mit der Drehung des Schmucksteins die spiralische Abtastung.

Das Reflexbild von der Tafel läuft damit direkt in den Strahlengang 1.4 zurück, während die Reflexe von den Kronenfacetten des Brillanten und aus seinem Innern über die Halbkugel über der Rondistebene mehr oder weniger gleichmäßig abgestrahlt werden, wie es der Reflex 1.10 als Beispiel zeigt. Da sich der Brillant 1.7 gleichmäßig dreht, beschreibt jeder Reflex einen Kreis 1.11 um die optische Achse des Systems 1.4. Diese Reflexe treffen den Spiegel 1.12 und gelangen durch die Ersatzpupille 1.13 mit einem Durchmesser von 3 mm (entsprechend dem menschlichen Auge bei einer Beleuchtung von 1.000 Lux) auf den lichtempfindlichen Empfänger 1.14, der die Lichtimpulse in elektrische umwandelt, die darauf im logarithmischen Verstärker 1.15 mit der Stromversorgung 1.16 verstärkt werden, um endlich von einem Schreiber 1.17 aufgezeichnet zu werden. Die Winkelstellung (^ ) der Empfängereinheit 1.12 bis 1.14 wird von der Drehachse 1.18 auf ein Potentiometer 1.19 winkelgetreu auf die Abszisse des Schreibers 1.20 übertragen. Damit entspricht die jeweilige Position des Spiegels 1.12 während des Messvorganges der Posi-

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tion des aufzuzeichnenden Reflexes 1.10 auf der Abszisse 1.20. Parallel dazu werden die Reflexe über einstellbare Schwellen 1.21 und 1.22 auf Zählwerke 1.23 und 1.2H gegeben, so daß am Ende des Messvorganges die Anzahl der Reflexe vom Schmuckstein in der einmal eingestellten Schwellhöhe abgelesen werden kann. Das aufgeschriebene "Gebirge" der Reflexe gibt damit eine winkelgetreue Abbildung der tatsächlichen Schmuckwirkung eines Brillanten auf den Beschauer für alle, das Auge beeindruckenden Reflexe wiederr In der Flächendarstellung kann selbst ein Laie leicht beurteilen, ob der zur Rede stehende Brillant oder ein anderer Schmuckstein die gewünschte Wirkung besitzt. Einmal betrachtet er die Gleichmäßigkeit der Reflexe/über die Abszisse, zum anderen die Angabe über die Anzahl der Reflexe im Verhältnis zu einem ihm bekannten Stein.

Zusätzlich kann er an der Höhe des Wertes für die Lichteinheiten über den Speicher 1.2 6 und Zähler 1.27 abschätzen, wie groß der Wert des Schmucksteins ist.

Das Filter 1.3 bzw. das monochromatische Licht gibt in einem 2. Messvorgang Aufschluß über die Farbigkeit eines Brillanten. Ein blaues Filter beispielsweise käßt lediglich die blauen Anteile zur Registrierung gelangen, so daß die Anzahl der farbigen Reflexe, die unser Auge besonders erfreuen, erfaßt werden.

Der lichtempfindliche Empfänger 1.1U kann ebenso gut ein Photo-Multiplier wie ein Siliziumtransistor sein. Wichtig ist nur, daß dieser Empfänger zusammen mit der Lichtquelle auf die Augenempfindlichkeitskurve abgestimmt sein muß, notfalls durch ein weiteres Filter im Strahlengang l.U auf diese Kurve abgestimmt wird.

In den Lichtweg kann vor die Blende 1.13 eine Ga As - Diode (z.B. für 560 nm) eingeschwenkt werden, wobei gleichzeitig die Lichtquelle 1.1 abgeblendet wird, um das gesamte System

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Ober die Ga As-Diode 1.2 5 zu eichen. Mit dieser Eichung kann anschliessend auch die Lichtquelle 1.1 auf Normgröße gebracht werden. Diese Eichung ist für einen zwischenstaatlichen Vergleich von Schmucksteinen unerläßlich.

Eine zweite Lösung des Verfahrens besteht darin, daß anstelle des lichtempfindlichen Empfängers 1.14 in Fig. 2 ein Farbfilm 2.1 in einer Kassette 2.2 belichtet wird, der unmittelbar nach seiner Entwicklung einen Ausschnitt der Reflexe vom Schmuckstein winkelgetreu aufzeichnet (Fig. 3).

Endlich ist in einer dritten Lösung der Brillant 1.7 während der Belichtungszeit um 1ΒΠ° zu drehen, so daß die Reflexe des Steins auf einem Film Kreise aufzeichnen. Der so erhaltene Film kann licht-elektronisch ausgewertet'werden. Ein lebhafter Brillant wird sehr viele Kreise, ein tauber Brillant nur wenige erzeugen. Dieser Film schattet den Lichtweg zu einer Fotozelle mit Messinstrument mehr oder weniger ab, so daß der Instrumentenausschlag eine direkte Aussage über die Lebhaftigkeit des Brillanten in einer Zahl angibt.

In Fig. 1 ist ein Drehkranz mit einen: Antriebsmotor Gezeigt. Die Drehachse des Drehkrankes fällt mit der Drehachse 1,10 susainmen. Der Drehk?;'anz trägt den Spiegel 1.12 mit den zugeordneten Elementen. Ferner ict üor Motor des Drehkranzes gezeigt. Dieser Drehkranz und iiotor sind auf eine.,· Gestell angeordnet, axL welchem sich auch die optische Bank und da ε Lager für die V/elle der Halteeinrichtung für den Schmuckste in befinden.

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Claims

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Ansprüche:

vL)/Verfahren zur Erfassung der Eigenschaften von Schmuck-V^steinen durch Lichtreflexion dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexe vom Schmuckstein (1.10), erzeugt durch eine konstante Punktlichtquelle (1.1), von einem beweglichen lichtempfindlichen Empfänger (1.14) mit einer Ersatzpupille (1.13) in Abhängigkeit von der Bewegung durch den möglichen Betrachtungswinkel um eine Drehachse (1.18) der Aufnahmeeinheit lückenlos spiralisch von einem Schreiber (1.17) registriert und mit einem Zähler (1.2*0 erfasst werden, während der Stein um seine Drehachse (1.4) taumelfrei gedreht wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (1.18) der Empfängereinheit im Schnittpunkt der Drehachse (1.4) des Schmucksteins mit der Rondistebene des Schmucksteins (1.7) liegt und senkrecht zu letzterer Drehachse (1.4) gerichtet ist.
3) Verfahren nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnung der Reflexintensität im logarithmischen Maßstab mit einer oder mehreren, einstellbaren Schwellen (1.21; 1.22) bei gleichzeitiger Zählung der Reflexe (1.23; 1.24) und bei gleichzeitiger Speicherung (1.26) und Summierung der Lichteinheiten (1.27) erfolgt.
4) Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination von Lichtquelle (1.1) und lichtempfindlichem Empfänger (1.14) dem spektralen Verlauf der Augenempfindlichkeitskurve entspricht.
5) Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß vor dom Lichtempfindlichen Empfänger (1.14) eine Ersatzpupille (1.13) angeordnet ist, die einen, der menschlichen Augenpupille entsprechenden Durchmesser besitzt.

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- ίο -
6) Verfahren nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1.1) wahlweise monochromatisches Licht verschiedener Frequenzen aussendet.
7) Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1.1) durch ein Eichnormal (1.25) ersetzt wird.
8) Verfahren zur Erfassung der Eigenschaften von Schmucksteinen dadurch gekennzeichnet, daß der lichtempfindliche Empfänger (1.14) durch einen Film (2.1) ersetzt wird.
9) Verfahren nach Anspruch 7) dadurch gekennzeichnet, daß der Schmuckstein während der Belichtungszeit um 180«! seine Drehachse (1.4) gleichmässig gedrefrt wird.
10) Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1) bis 9).

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