DE2737579C2 - Gerät und Verfahren zum Bestimmen der Farbe, der Transparenz und des Reflexionsvermögens von Gegenständen, insbesondere Edelsteinen - Google Patents

Description

Das Verfahren zum Bestimmen der Farbe, der Transparenz und des Reflexionsvermögens von Gegenständen, insbesondere Edelsteinen, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Geräts besteht darin, daß die Gegenstände nacheinander einzeln durch die Meßkugel im freien Fall geführt werden. In Fallrichtung werden sie während wenigstens eines Teils des Weges in der Meßkugel mit einem Strahlenbündel angestrahlt und die vom Gegenstand auf die Innenwand der Meßkugel gestreute und/ oder reflektierte Strahlung quer zur Fallrichtung gemessen. Vorzugsweise wird der Gegenstand während seines gesamten Weges durch die Meßkugel angestrahlt Dadurch ist es möglich, zunächst die von dem Gegenstand beim Eintritt in die Meßkugel auf die Innenwand der Meßkugel durchgelassene Strahlung zu messen, so daß das gemessene Signal ein Maß für die Transparenz des Gegenstandes ergibt Des weiteren ist es möglich .die von dem Gegenstand beim Verlassen der Kugel auf die Innenwand der Meßkugel reflektierte Strahlung zu messen, wodurch ein Maß für das Reflexionsvermögen des Gegenstandes gewonnen wird.

Um die Farbe der Gegenstände zu bestimmen, kann das Intensitätsverhältnis von wenigstens zwei üpektralkomponenten der gestreuten und/oder reflektierten Strahlung gemessen werden.

Vorzugsweise liegt die Wellenlänge der Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichtes.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht eines Gerätes, und

F i g. 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Funktionsweise des Gerätes.

Das Gerät zum Bestimmen der Farbe, der Transparenz und des Reflexionsvermögens von Gegenständen ist allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet und besteht aus einer Meßkugel 12, die in ihrem Inneren mit einem Schwerspat enthaltenen fotometrischen Anstrich mit neutralem Spektralreflexionsvermögen ausgekleidet ist, einer Lichtquelle 14, einem Detektor 16, einer Abtast- und Rechenschaltungsanordnung 18, die zum Beispiel einen Gebläseantrieb 20 mit einer linearen Reihe von Blasdüsen 22, die mit dem Gebläse 20 verbunden und unterhalb der Kugel 12 angeordnet sind, ansteuern kann, wenn die Abtast- und Rechenschaltungsanordnung 18 ein automatisches Sortieren aer Gegenstände nach ihren optischen Eigenschaften steuern soll.

Die Kugel 12 besitzt öffnungen, und zwar einen Einlaß 24 und einen Auslaß 2fi. In der Kugel 12 befindet sich ein Quarzrohr 28, das sich vom Einlaß 24 bis zum Auslaß 26 der Kugel 12 erstreckt Das Quarzrohr 28 erweitert sich konisch zum Auslaß 26 hin.

Die Lichtquelle 14 enthält eine Halogenlampe 30. Um ein Bündel von im wesentlichen parallel verlaufenden Lichtstrahlen 40 zu erzeugen, sind in der Lichtquelle 14 Blenden 32 und 34 mit genau senkrecht übereinander befindlichen öffnungen 36, 38 vorgesehen. Da das Strahlenbündel 40 dennoch leicht divergiert, ist der Querschnitt des Quarzrohres 28 geringfügig größer gewählt als der Querschnitt des Strahlenbündels 40, um sicherzustellen, daß das Strahlenbündel nicht gegen die Wandungen des Quarzrohres 28 fällt

Von der Lichtquelle 14 führt ein Lichtleiter 42 zum Inneren der Kugel 12, wobei der Lichtdurchgang durch den Lichtleiter 42 mittels eines Verschlusses 44 in der Lichtquelle 14 steuerbar ist.

Der Detektor 16 enthält drei Filter, von denen jeder verschiedene vorgegebene Wellenlängen durchläßt, und drei Lichtverstärkerrohre zum Messen der Intensität des von jedem Filter durchgelassenen Lichtes. Die Ausgänge der drei Lichtverstärkerröhren sind mit der Abtast- und Rechenschaltungsanordnung 18 verbunden. Ein Ausgangssignal der Abtast- und Rechenschaltungsanordnung 18 steuert das Gebläse 20 und die Blasdüsen 22.

Die Edelsteine bzw. Halbedelsteine, insbesondere Diamanten werden einzeln dem Einlaß 24 zugeführt, fallen durch das Quarzrohr 28 und werden während ihres Fails durch die Kugel 12 gleichbleibend angestrahlt Wenn sich keine Diamanten in dem Lichtbündel 40 befinden, fällt das Lichtbündel 40 unmittelbar durch die Kugel 12, so daß kein Licht auf die Innenwand der Kugel 12 gestreut wird. Die Lichtverstärkerröhren in dem Detektor 16 geben daher kein Signal ab.

Wenn ein Diament an dem Einlaß 24 in die Kugel 12 eintritt wird ein Teil des durch den Diamanten fallenden Lichtes auf die Innenwand der Kugel 12 gericntet Dieses Licht wird von der Kugel 12 aufge ■'' ;ngen und durch die Filter zu den Lichtverstärkerröhren irr Deiekior 16 durchgelassen. Die Intensitäten der von den Lichtverstärkerröhren ausgehenden Signale beim Eintritt der Diamenten in die Kugel 12 sind ein Maß für die Transparenz jpies einzelnen Diamanten, da beim Eintritt nur das durch den Diamanten hindurchgetretene Licht, nicht aber das von dem Diamanten reflektierte Licht von den Lichtverstärkerröhren gemessen wird.

Wenn ein Diamant die Kugel 12 verläßt, sind die Signale, die von den Lichtverstärkerröhren erzeugt werden, ein Maß für das Reflexionsvermögen des Diamanten, da nur das vom Diamanten reflektierte Licht zu den Lichtverstärkerröhren gelangt, nicht aber das durch den Diamanten hindurchtretende Licht, das die Kugel 12 durch den Auslaß 26 verläßt.

Während der Diamant die Kugel 12 durchfällt, wird er gleichbleibend angestrahlt. Da der Diamant frei fällt, ändert sich seine Orientierung ständig, so daß er von allen Seiten angestrahlt wird. Das von dem Diamanten auf die Innenwand der Kugel 12 reflektierte und durchgelesene Licht wird durch die Lichtverstärkerröhren gsmessen. Die betreffenden Signale können gemittelt werden, um zu einer mittleren Farbbestimmung des Diamanten zu kommen, und zwar unabhängig von seiner Orientierung.

Wenigstens zwei Signale, die von den Lichtverstärkerröhren ausgehen, werden bezüglich ihrer Intensität verglichen, um die Diamanten in eine vorgegebene

so Farbgruppe einzuordnen. Es können auch mehr als drei Filter und mehr als drei Lichtverstärkerröhren Verwendung finden, um die Farben der Diamanten mit größerer Genauigkeit zu bestimmen. Wenn die Diamanten die Kugel \2 verlassen, erstrecken sich ihre Flugbahnen an den Blasdüsen 22 vorbei. In Abhängigkeit von der berechneten Farbe eii.cs jeden Diamanten whel eine passende Düse 22 betätigt, um den Diamanten in einen nicht dargestellter. Auffangbehälter zu blasen.
Zum Eichen des Gerätes wird der Lichtleiter 42 benutzt. Hierzu wird uie Zufuhr der Diamanten unterbrochen und dei Verschluß 44 geöffnet, so daß Licht aus der Lichtquelle 14 über den Lichtleiter 42 in die Kißgel 12 gelangt. Die dann von dem Detektor 16 abgegebenen Signale sind abhängig von dem Lichtspektrum der Lampe 30, vom Reflexionsvermögen des Anstriches innerhalb der Kugel 12, der Charakteristik der Lichtverstärkerröhren und der Abtast- und Rechenschaltungsanordnung 18, die zur Verarbeitung der Signale von den

Lichtverstärkerröhren dient.

Die Ausgangssignale des Detektors 16 werden mit Bezugssignalen verglichen, die dadurch gemessen werden, daß ein serienmäßiger Satz Diamanten bekannter Farbe durch die Kugel 12 geschickt wird.

Eine nicht dargestellte Regelvorrichtung für die Lichtquelle 14 sorgt dafür, daß das Licht der Lampe 30 gleichbleibend innerhalb vorgegebener Grenzen gehalten wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß eine hohe Genauigkeit und Übereinstimmung bei der Farbbestimmung von Diamanten erreicht wird.

Fig.2 veranschaulicht einen elektronischen Schaltkreis, der zur Berechnung der Farben von Diamanten und zur Steuerung der Blasdüsen 22 benutzt wird.

Das Gerät empfängt die Signale aus drei Lichtverstärkerröhren 62, die im Detektor 16 angeordnet sind. Die Lichtverstärkerröhren 62 sind über Analogdigitalwandler 64 mit Speichern 66 und 68 verbunden.

bündel unterbrochen. Das verursacht einen Impuls, der den Hardware-Logikschaltkreis 84 anstößt. Eine Verzögerung, die in das Programm des Mikroprozessors 72 eingegeben wird, kann wirksam werden, damit der Diamant in die Kugel eintreten kann, bevor das Meßprogramm beginnt. Die Zeit zwischen den Messungen wird auch durch eine Software-Information vorgegeben.

Während eines jeden Meßzyklus werden die von den drei Lichtverstärkerröhren 62 kommenden Signale gleichzeitig von den Analogdigitalwandlern 64 in ihre binären Äquivalente umgewandelt. Die binären Werte werden nacheinander in einen der Speicher geschrieben, beispielsweise in den Speicher 66 unter der Steuerung der logischen Einheit 84 zur Taktsteuerung der Adresse. Dies wiederholt sich, bis der Speicher voll ist, woraufhin der Speicheradreß- und Einlese-Auslese-Schalter 86 geschaltet und der Speicher 66 mit der Leitung 70 des Mikroprozessors 72 verbunden wird.

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Eine DaiEnsanüüGliaiüng 70 verbindet die Speicher Gleichzeitig gelangt der Speicher 68 unter die Steue-

rung der logischen Einheit 84, um Daten vom nächsten durch die Kugel 12 fallenden Diamanten aufzunehmen.

Beim Schalten der Speicher 66, 68 wird eine Unterbrechung zu dem Mikroprozessor 72 gegeben, der jetzt den üblichen Betrieb verläßt und mit der Bearbeitung der in dem Speicher 66 enthaltenen Daten beginnt. Wenn eine Entscheidung hinsichtlich der Farbe des Diamanten zu treffen ist, sendet der Mikroprozessor 72 ein Signal zi dem richtigen Antriebsstromkreis für die Düse 22. Dieser Stromkreis wird nur eingeschaltet, wenn der Diamant das Lichtbündel, das von der lichtemittierenden Diode 76 am Boden der Kugci 12 ausgesandt wird, unterbricht, wobei die in Frage kommende Düse 22 nach der richtigen Zeitvencögerung in Betrieb gesetzt wird.

66 und 68 mit einem den Gebläseantrieb 20 und die Düsen 22 steuernden Mikroprozessor 72. Lichtemittierende Dioden 74, 76 sind zusammen mit Fototransistoren 78 und 80 am Einlaß 24 und am Auslaß 26 der Kugel 12 angeordnet, um den Eintritt und den Austritt jedes Diamanten aus der Kugel 12 zu messen.

Das durch den Lichtleiter 42 geleitete Licht wird von einem Fototransistor 82 registriert, der mit einer logischen Einheit 84 zum Ansteuern einer Adresse verbunden ist. Ein Adressenschalter 86 dient dazu, die Daten von den Analogdigitalwandlern 64 zu den Speichern 66 und 68 zu führen.

Der elektrische Schaltkreis funktioniert folgendermaßen:

Bevor ein Diamant in die Kugel 12 eintritt, wird das von der lichtemittierenden Diode 74 herrührende Licht-

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Gerät zum Bestimmen der Farbe, der Transparenz und des Reflexionsvermögens von Gegenständen, insbesondere Edelsteinen, bestehend aus
einer Meßkugei mit zwei einander gegenüberliegenden Öffnungen zum Ein- und Herausführen der Gegenstände,

einer Lichtquelle zum Beleuchten der Gegenstände bei ihrem Weg durch die Meßkugel und
einem seitlich des Weges der Gegenstände durch die Meßkugel angeordneten Lichtdetektor, dadurch gekennzeichnet,

daß die Lichtquelle (14) außerhalb der Meßkugel (12) so angeordnet ist, daß das von der Lichtquelle (14) ausgehende Strahlenbündel (40) durch die beiden gegenüberliegenden Öffnungen (24, 26) hindurchtritt.

2. Gerät riach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Lichtquelle (14) eine Lampe (30) für sichtbares Licht sowie zwei Blenden (32,34) mit genau senkrecht übereinander befindlichen öffnungen (36, 38) zur Erzeugung eines im wesentlichen parallelen Strahlenbündels (40) befinden.

3. Gerät nach Anspruch 1 ockr 2, gekennzeichnet durch ein Rohr (28),

_ das sich innerhalb der Meßkugel (12) von der einen ' öffnung (24) bis zur anderen Öffnung (26) erstreckt, aus einem für die Strahlung transparenten Material besteht und

einen Innendurchmesse·· aufweht, der größer ist als der Durchmesser de£ Strahlenbündels (40).

4. Gerät nach einem oder meh tren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen zwischen der Lichtquelle (14) und der Meßkuge! (12) angeordneten, mittels eines Verschlusses (44) von Strahlung der Lichtquelle (14) abschirmbaren Lichtleiter (42).

5. Verfahren zum Bestimmen der Farbe, der Transparenz und des Reflexionsvermögens von Gegenständen, insbesondere Edelsteinen, mit Hilfe eines Gerätes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Gegenstände nacheinander einzeln durch die Meßkugel fallen,

in Fallrichtung während wenigstens eines Teils des Weges in der Meßkugel mit einem Strahlenbündel angestrahlt werden, und

die vom Gegenstand auf die Innenwand der Meßkugel gestreute und/oder reflektierte Strahlung quer zur Fallrichtung gemessen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand während seines gesamten Weges durch die Meßkugel angestrahlt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Gegenstand beim Eintritt in die Meßkugel auf die Innenwand der Meßkugel durchgelassene Strahlung gemessen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daü die von demGegenstand beim Verlassen der Meßkugel;·auf. die: Innenwand der Meßkugel reflektierte Strahlung gemessen wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Intensitätsverhältnis Von Wenigstens zwei Spektral' komponenten der gestreuten und/oder reflektierten Strahlung gemessen wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät und ein Verfahren zum Bestimmen der Farbe, der Transparenz und des Reflexionsvermögens von Gegenständen, insbesondere Edelsteinen, bestehend aus einer Meßkugei mit zwei einander gegenüberliegenden Öffnungen zum Ein- und Herausführen der Gegenstände, einer Lichtquelle zum Beleuchten der Gegenstände bei ihrem Weg durch die Meßkugel und einem seitlich des Weges der Gegenstände durch die Meßkugel angeordneten Lichtdetektor.

Ein aus der US-Patentschrift 26 46 880 bekanntes Gerät dient zum Sortieren von Samen nach ihrer Oberflächenbeschaffenheit bzw. Oberflächenfarbe und besteht ^uS einer Hohlkugel mit senkrecht übereinanderliegen-

den öffnungen, durch die die Samen im freien Fall hindurchgelangen, einer in der Kugel seitlich des Weges der Samen angeordneten und diese seitlich anstrahlenden Lichtquelle und seitlich des Fallweges der Samen vorgesehenen Öffnungen, durch die das von den Samen und der Kugelinnenfläche reflektierte Licht auf Fotozellen fäÜL Die Fotozeiien steuern eine Sortiervorrichtung entsprechend einem eingestellten, von der Farbe und der Oberflächenbeschaffenheit abhängigen Unterschied im Reflexionsgrad der Samen.

Wenn dieses Gerät auch zum Sortieren von Samen, die immer undurchsichtig sind, geeignet ist, so lassen sich optische Eigenschaften durchsichtiger Gegenstände, wie die Farbe, die Transparenz und das Reflexionsvermögen nicht oder nur sehr ungenau damit bestimmen.

Daher werden geschliffene und ungeschliffene Edelsteine, Halbedelsteine sowie industrielle und synthetische Diamanten bisher immer noch einzeln von Hand geprüft, indem sie angestrahlt und vor einem Hintergrund bekannter Farbe betrachtet werden. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Bestimmung der optischen Eigenschaften der Edelsteine und Halbedelsteine von ihrer Orientierung während ihrer Beleuchtung abhängig ist und ein genaues und schnelles Sortieren großer Mengen von Edelsteinen und Havj^-delsteinen nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Gerät zum Bestimmen der Farbe, der Transparenz und des Reflexionsvermögens zu schaffen, das sich bei großen Mengen kleiner Gegenstände schnell und genau durchführen läßt und ein anschließendes Sortieren nach einer oder mehreren der festgestellten optischen Eigenschaften durchzuführen gestattet.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Lichtquelle außerhalb der Meßkugel so angeordnet ist, daß das von der Lichtquelle ausgehende Strahlenbündel durch die beiden gegenüberliegenden Öffnungen hinduiohtritt

Hierdurch läßt sich sowohl die Transparenz als auch das Reflexionsvermögen bestimmen, die als Brechung

und Streuung des durch die Öffnungen tretenden Lichts in Erscheinung treten. Im Moment des Eintritts eines Gegenstandes in die Kugel wird die Transparenz bestimmt, während beim Austritt des Gegenstandes nur das Reflexionsvermögen eine Rolle spielt. Wenn über den gesamten Weg des Gegenstandes durch die Kugel

y-i gemessen wird, lassen sich die Meßwerte mitteln bzw. integrieren, wobei besonders vorteilhaft ist, daß die Gegenstände beim Durchtritt durch die Kugel allgemein ihre Lage verändern, so daß ein von der Form des Gegenstandes unabhängiger Mittelwert meßbar ist Auf diese Weise läßt sich von jedem durch die Kugel geführten Gegenstand eine genaue Charakteristik der optischen Eigenschaften erstellen.