DE2604410A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung und groessenbestimmung von einschluessen in edelsteinen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ermittlung und groessenbestimmung von einschluessen in edelsteinen

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DE2604410A1
DE2604410A1 DE19762604410 DE2604410A DE2604410A1 DE 2604410 A1 DE2604410 A1 DE 2604410A1 DE 19762604410 DE19762604410 DE 19762604410 DE 2604410 A DE2604410 A DE 2604410A DE 2604410 A1 DE2604410 A1 DE 2604410A1
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Gernot Klaus Brueck
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    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/87Investigating jewels

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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur ermittlung
  • und Größenbestimmung von Einschlüssen in Edelsteinen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Lrmittlung und Größenbestimmung von Einschlüssen in Edelsteinen, wobei der jeweils untersuchte Edelstein mit einem engen gebündelten Lichtbündel, dessen Bündelquerschnitt in der Größenordnung der kleinsten festzustellenden Einschlüsse liegt, über seine gesamte, senkrecht zum einfallenden Lichtbündel liegenden Querschnittsebene entlang Abtastbahnen abgetastet wird, deren gegenseitiger Abstand höchstens gleich dem Bündelquerschnitt ist, und die Intensität des Lichtbündels, nachdem sie vom untersuchten Edelstein beeinflußt worden ist, gemessen wird nach Patentanmeldung P 24 44 644.4.
  • Mit diesem vorgeschlagenen Verfahren können die im Edelstein befindlichen Einschlüsse in ihrer Lage z. B. in bezug auf die Tafelebene des Edelsteins festgestellt werden. Wird diese Tafelebene beispielsweise in ein X-Y-Koordinaten-System gelegt, so können also mit diesem Verfahren die jeweiligen X- und Y-Koordinaten der Einschlüsse bestimmt werden. Dagegen wird mit diesem Verfahren nicht die räumliche Lage der Einschlüsse erfaßt, ausgedrückt in bezug auf ein übliches dreidimensionales X, Y, Z-Koordinaten-System bedeutet dies, daß die jeweilige Z-Koordinate mit Hilfe dieses Verfahrens nicht angegeben wird.
  • Gerade diese zusätzliche Angabe ist jedoch für eine eindeutige Charakterisierung des Edelsteins von Wichtigkeit.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren dahingehend zu ergänzen, daß zusätzlich zu den X-Y-Koordinaten der Einschlüsse auch deren jeweilige Z-Eoordinate bestimmt werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß anschließend an das Verfahren zur Bestimmung der X-Y-Koordinaten auf den Edelstein treffende, parallelverlaufende stark gespreizte Lichtstrahlen derart fokussiert werden, daß ihr Brennpunkt in den zu untersuchenden Edelstein fällt und der Brennpunkt der Strahlen in zur Querschnittsebene senkrechten Richtung auf den Koordinaten der Querschnittsebene des festgestellten ßinschlusses verschoben und die Intensität des aus dem Edelstein austretenden Lichtes gemessen wird.
  • Erfindungsgemäß werden also zunächst die X-Y-Koordinaten der Einschlüsse im Edelstein festgestellt und anschließend innerhalb dieser gemessenen Koordinaten die räumliche tiefe der Einschlüsse gemessen. Dabei macht sich der Erfindung die Erkenntnis zunutze, daß es möglich ist, die insbesondere von einem Laserlimittierten parallelen Strahl<.eines Strahlenbündels mit einem Bündeldurchmesser von 0,3 bis 1 mm zu spreizen bzw.
  • aufzuweiten und anschließend zu fokussieren, so daß nur derartige Einschlüsse eine relevante Lichtintensitätsveränderung herbeiführen, die unmittelbar in den Brennpunkt fallen. Dabei erfolgt eine umso stärkere Fokussierung je größer die spreizung ist. Das Maß der Spreizung ist also maßgebend für die Fokussiermöglichkeit.
  • Erfindungsgemäß kann es zweckmäßig sein, wenn das Verschieben des Brennpunktes durch kontinuierliches Hin- und Herbewegen mindestens eines Linsensystems in zur Querschnittsebene senkrechten Richtung erfolgt. ebenso ist es erfindungsgemäß möglich, das Verschieben des Brennpunktes durch ein kontinuierliches Hin- und Herbewegen'des Edelstein in zur Querschnittsebene senkrechten Richtung durchzuführen. Dabei ist die Amplitude der Hin- und Herbewegung des Edelsteins bzw. der Fokussierlinse ausgehend von einer Nullage jeweils das Maß für die Lage des Einschlusses in zur querschnittsebene senkrechten Richtung, sobald der Brennpunkt der Strahlen mit dem Einschluß zusammenfällt und so eine Beeinträchtigung der austretenden Lichtintensität registriert wird, und zwar im Vergleich zur Lichtintensität des austretenden Lichtes so lange der Brennpunkt der Strahlen nicht in den Bereich eines Einschlusses fällt.
  • In Ausgestaltung der Erfindung kann es weiterhin von Vorteil sein, wenn der jeweils zu untersuchende Edelstein abgetastet wird, während er in einer Immersionsflüssigkeit vollständig eingetaucht ist und die Intensität des durch den Edelstein hindurchtretenden Lichtbündels gemessen wird. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Brechzahl dr Immersionsflüssigkeit der Brechzahl des Edelsteine für die Wellenlänge des einfallenden Lichtbündels soweit als möglich angenähert ist. Im Fall der Untersuchung von Diamanten ist es zweckmäßig, die Brechzahl der Immersionsflüssigkeit zwischen 2 und 2,4 zu wählen. Gemäß der Erfindung sollte die Brechzahl der Immereionsflüssigkeit wenigstens 2,2 betragen. Aufgrund dieses erfindungegemäßen Verfahrens wird erreicht, daß bei der messung der von dem zu untersuchenden Edelstein beeinflußten Lichtintensität nicht ständiges Untergrundrauschen registriert wird, sondern das maximale Signal, da im störungsfreien Fall, d. h., wenn keine Einschlüsse vorliegen, das Licht praktisch ungehindert durch den Edelstein hindurchtreten kann. Denen im Bereich des Übergangs von der Immersionsflüssigke it zu den Flächen des Edelstein tritt praktisch keine Brechung auf und es wird somit eine otalreflexion unterbunden. Wenn Einschlüsse festgestellt werden, treten die hierdurch verursachten Signale als sogenannte einbrüche in dem ständig gemessenen Maximalsignal auf. Es ist somit ein optimales Signal-Rausch-Verhältnis erreichbar. Da der zu untersuchende Edelstein vollständig in die stark brechende Flüssigkeit eingetaucht ist, wobei der Brechungsindex der Flüssigkeit dem des Edelsteins soweit als möglich angenähert ist, werden die Reflexionsprobleme beim Übergang des Lichtbündels von der Flüssigkeit in den Edelstein praktisch vermieden. Das Lichtbündel kann somit ungehindert durch den Edelstein selbst in dessen Randbereichen hindurch bis zu der die Intensität messenden Einrichtung hindurchtreten. Nur wenn das Lichtbündel auf einen Einschluß auftrifft, wird es gestreut und somit die Menge des durchtretenden Lichtes stark verringert.
  • rfindungsgemäß ist es weiterhin von Vorteil, wenn der untersuchte Edelstein mit seiner Tafel rechtwinklig zur Bündelachse ausgerichtet und dem einfallenden Lichtbündel zugewendet abgetastet wird. weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn das Lichtbündel ein Laserbündel ist.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient eine Vorrichtung zur ermittlung und Größenbestimmung von Einschlüssen in Edelsteinen, bestehena aus einem Behälter, in welchem der jeweils zu untersuchende Edelstein in einer vorgewählten Ausrichtung einsetzbar und eine bis über die oberste Spitze des Edelsteins hinausreichende Immersionsflüssigkeit eingefüllt ist, einer Lichtquelle mit Linsensystem, die ein Lichtbündel mit einem Bündelquerschnitt in der Größenordnung der kleinsten festzustellenden Einschlüsse liefert, einer Einstelleinrichtung, mit der das Lichtbündel unter einem vorgewählten Raumwinkel zu dem in den Behälter eingesetzten Edelstein ausrichtbar ist und einer Bewegungseinrichtung, die den Edelstein und das Lichtbündel relativ zueinander entlang einer vorgewählten Abtastbahn bewegt, wobei erfindungsgemäß die erste Lichtquelle gegen eine zweite austauschbar ist, die einen gespreizten Lichtstrahlengang mit einem Brennpunkt im Edelstein erzeugt, und der den Edelstein enthaltende Behälter oder die zweite Lichtquelle in oder gegen eine zur Querschnittsebene senkrechten Richtung verschiebbar gelagert ist.
  • Erfindungsgemäß kann es dabei zweckmäßig sein, wenn die zweite Lichtquelle aus einem Laser oder einer Leuchtdiode mit nachgeschalteter aus einzelnen Linsen aufgebauter Spreiz- und Fokussiereinrichtung besteht.
  • In Ausgestaltung der Erfindung kann es weiterhin zweckmäßig sein, daß eine die Intensität des durch den zu untersuchenden Edelstein hindurchgetretenen Lichtbündels messende, lichtempfindliche inrichtung auf der dem Lichtbündel abgewandten Seite des Edelsteins angeordnet ist. Dabei ist es weiterhin von Vorteil, wenn die lichtempfindliche Einrichtung eine flächenmaßige Ausdehnung aufweist, die wenigstens gleich der Ausdehnung der zu ihr parallel liegenden größten Querschnittsebene des zu untersuchenden Edelsteins ist. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß mit Hilfe dieser lichtempfindlichen Einrichtung im Falle, daß keine Beeinträchtigung der Lichtintensität durch Einschlüsse erfolgt, von dieser die ganze Lichtintensität des Lichtbündels gemessen wird.
  • Anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Prinzipansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Hauptanmeldung, Fig. 2 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • ie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfaßt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Erfassung der Einschlüsse hinsichtlich ihrer X-Y-Koordinaten eine Lichtquelle 1, beispielsweise einen Laser oder eine Leuchtdiode, ein Linsensystem 2 und einen Behälter 3. Im Behälter 3 ist mit seiner Tafel parallel zur vorderen Behälterwand 4 ein Edelstein 5 angeordnet. An der Rückwand 6 des Behälters 3 ist eine lichtempfindliche Sinrichtung 7, beispielsweise aus einzelnen Fotozellen aufgebaut, vorgesehen. Die flächenmäßige Ausdehnung der lichtempfindlichen einrichtung 7 in der Rückwand ist so gewählt, daß selbst die größten zu untersuchenden Steine mit ihrer Projektionsfläche auf der Rückwand innerhalb dieser lichtempfindlichen Einrichtung angeordnet werden können. Innerhalb des Behälters 3 befindet sich eine Immersionsflüssigkeit 8 mit einem dem Brechungsindex des Edelsteins 5 angepaßten Brechungsindex. Der Edelstein 5 haftet an der Innenseite der Vorderwand 4 aufgrund der zwischen den beiden Anlageflächen auftretenden Adhäsion. Das Linsensystem 2 ist dabei derart bemessen, daß der aus ihm austretende und durch den Edelstein verlaufende Lichtstrahl bzw. das Lichtbündel einen Querschnitt entsprechend der Größenordnung der kleinsten festzustellenden Einschlüsse besitzt.
  • Mit Hilfe eines in der Zeichnung nicht dargestellten Antriebs des Behälters 3 ist es nun möglich, den Behälter in einer derartigen Abtastbahn zu bewegen, daß das einfallende Lichtbündel und der jeweils zu untersuchende Edelstein während des Abtastens relativ zueinander entlang einer streifenförmigen oder einer mäanderförmigen Bahn verschoben werden, 80 daß der Edelstein entlang parallelen Querschnittsebenen abgetastet wird.
  • Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung dient zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei auch hier wiederum eine Lichtquelle 1 aus einem Laser oder einer Leuchtdiode vorhanden ist. Jedoch ist das Linsensystem 10 im Unterschied zum Linsensystem 2 gemä Fig. 1 derart bemessen, daß die parallelen Strahlen in einer Aufweitlinse 11 zunächst stark gespreizt und dann in einer Sammellinse 12 fokussiert werden, so daß sie sich in einem im zu untersuchenden Edelstein 5 liegenden Brennpunkt schneiden. Die Linsen besitzen eine spezielle Durchlässigkeit und Vergütung für Laserlicht, so daß etwa 100 ç Durchlässigkeit erreicht wird. Der Behälter 3, der dem Behälter 3 gemäß Fig. 1 entspricht, ist jedoch hier zusätzlich noch in und gegen die Strahlenrichtung verschiebbar, so daß der Brennpunkt der Strahlen kontinuierlich innerhalb des Edelsteins verschoben werden kann. Indem nun der Brennpunkt auf einen Einschluß im Edelstein fällt, wird eine Schwächung der an der Behälterrückwand austretenden, auf die lichtempfindliche Einrichtung fallenden Lichtenergie von dieser registriert und in Form von Intensitätseinbrüchen beispielsweise in einem angeschlossenen, nicht dargestellten Registergerät aufgezeichnet. Aufgrund der Stellung des Behälters ausgehend von einer nullage, die mit der Lage des Brennpunktes z. B. in der Tafelebene des Edelsteins 5 übereinstimmt, kann nun exakt die räumliche Lage des Einschlusses festgestellt werden, nachdem mit Hilfe der Einrichtung gemäß der Fig. 1, dessen Lage in der X-Y-Ebene erfaßt worden war. Die nicht dargestellte Verschiebungseinrichtung für den Behälter 3 in oder gegen die Strahlungsrichtung kann beispielsweise von Art einer Mikrometerschraube sein. Dabei kann der Antrieb von Hand oder motorisch erfolgen. Ebenso kann auch die Fokussierlinse 12 verschiebbar angeordnet werden.
  • Ansprüche Leerseite

Claims (13)

  1. Ansprüche '1.8Verfahren zur Ermittlung und Größenbestimmung von Einschlüs-¼-sen in Edelsteinen, wobei der jeweils untersuchte Edelstein mit einem eng gebündelten Lichtbündel, dessen Bündelquerschnitt in der Größenordnung der kleinsten festzustellenden Einschlüsse liegt, über seine gesamte, senkrecht zum einfallenden Lichtbündel liegende Querschnittsebene entlang Abtastbahnen abgetastet wird, deren gegenseitiger Abstand höchstens gleich dem Bündelquerschnitt ist, und die Intensität des Lichtbündels, nachdem es vom untersuchten Edelstein beeinflußt worden ist, gemessen wird, nach Patentanmeldung P 24 44 644.4, d a d u r c h g e X e n n z e i c h n e t, daß daran anschließend auf den Edelstein treffende, parallel verlaufende starke gespreizte ichtstrahlen derart fokussiert werden, daß ihr Brennpunkt in den zu untersuchenden Edelstein fällt und der Brennpunkt der Strahlen in zur Querschnittsebene senkrechten liichtungauf den Koordinaten der Querschnittsebene des jeweils festgestellten Einschlusses verschoben und die In-Intensität des aus dem Edelstein austretenden Lichtes gemessen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Verschieben des Brennpunktes durch kontinuierliches Hin- und Herbewegen des Edelstein in zur Querschnittsebene senkrechten Richtung erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Verschieben des Brennpunktes durch ein kontinuierliches Hin- und Herbewegen mindestens eines Linsensystems in zur Querschnittsebene senkrechten Richtung erfolgt.
  4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der jeweils zu untersuchende Edelstein abgetastet wird, während er in einer Immersionsflüssigkeit vollständig untergetaucht ist, und daß die Intensität des durch den Edelstein hindurchtretenden Lichtbündels gemessen wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Brechzahl der Immersionsflüssigkeit der Brechzahl des Edelsteins für die Wellenlänge des einfallenden Lichtbündels soweit als möglich angenähert ist.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Brechzahl der Immersionsflüssigkeit bei der Untersuchung von Diamanten zwischen 2 und 2,4 liegt.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Brechzahl der Immersionsflüssigkeit wenigstens 2,2 beträgt.
  8. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der untersuchte Edelstein mit seiner Tafel rechtwinklig zur Bündelachse ausgerichtet und dem einfallenden Lichtbündel zugewendet abgetastet wird.
  9. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Lichtbündel ein Laserbündel ist.
  10. 10. Vorrichtung zur Ermittlung und Gröbenbestimmung von Einschlüssen in Edelsteinen zur DurchfUhrung des Verfahrene nach den Ansprüchen 1 bis 9, bestehend aus einem Behälter, in welchem der jeweils zu untersuchende Edelstein in einer vorgewählten Ausrichtung einsetzbar und eine bis über die oberste Spitze des Edelsteins hinausreichende Immersionsflüssigkeit eingefüllt ist, einer Lichtquelle mit Linsensystemen, die ein Lichtbündel mit einem Bilndelquerechnitt in der Größenordnung der kleinsten feetzustellenden Einschlüsse liefert, einer Einetelleinrichtung, mit der das Lichtbündel unter einem vorgewählten Raumwinkel zu dem in den Behälter eingesetzten Edelstein ausrichtbar ist, und einer Bewegungseinrichtung, die den Edelstein und das Lichtbündel relativ zueinander entlang einer vorgewählten Abtastbahn bewegt, nach Patentanmeldung P 24 44 644.4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daX das erste Linsensystem gegen ein zweites Linsensystem (11, 12) austauschbar ist, das einen gespreizten und anschliejend fokussorten Lichtstrahlengang mit einem Brennpunkt im Edelstein (5) erzeugt, und der den edelstein (5) enthaltende Behälter (3) oder das hinsensyswem (11, 12) in und gegen eine zur Querschnittsebene senkrechten wichtung verschiebbar gelagert ist.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Lichtquelle (1) aus einem Laser oder einer Leuchtdiode und das zweite nachgeschaltete Linsensystern aus mindestens einer Äuiweitlinse (11) und mindestens einer nachgeschalteten Sammellinse (12) besteht.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß eine die Intensität des durch den zu untersuchenden Edelstein (5) hindurchgetretene Lichtbündel messende, lichtempfindliche Einrichtung (7) auf der dem Lichtbündel abgewendeten Seite des Edelsteins (5) angeordnet ist.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die lichtempfindliche Einrichtung (7) eine flächenmäßige Ausdehnung aufweist, die wenigstens gleich der Ausdehnung der zu ihr parallel liegenden größten Querschnittsebene des zu untersuchenden Edelstein (5) ist.
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