АППАРАТ И СПОСОБ ДЛЯ СОРТИРОВКИ ДРАГОЦЕННЫХ КАМНЕЙ
APPARATUS AND METHOD FOR SORTING GEMSTONES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу и аппарату для сортировки драгоценных камней. Более конкретно, но не исключительно, изобретение относится к способу и аппарату для сортировки алмазов.
Уровень техники
Природные алмазы - это природные камни, состоящие исключительно из алмаза, образовавшегося в результате геологических процессов в течение длительных периодов времени. Синтетические алмазы - это искусственные камни, изготовленные посредством промышленных процессов, таких как НРНТ (high pressure high temperature - высокое давление, высокая температура) или CVD (chemical vapor deposition - химическое осаждение из паровой фазы).
Синтетические алмазы нашли широкое применение в промышленности, но все же составляют лишь небольшую долю текущей продукции промышленности драгоценных камней, причем они не рассматриваются как обладающие высокой ценностью, ассоциированной с природными алмазами схожего цвета и качества. В неполированном состоянии синтетические алмазы можно относительно легко отличить от природных алмазов; однако, может оказаться, что после его полировки и огранки, как драгоценного камня, такой камень трудно идентифицировать как синтетический.
Чтобы определить, является камень природным или синтетическим, могут быть использованы усовершенствованные скрининговые аппараты, такие как DiamondCure™ и DiamondView™. В типичном случае такой скрининг включает в себя измерение характеристик поглощения или испускания света алмазом. Перед началом скрининга обычно необходимо точно поместить тестируемый камень "площадкой вниз" на поверхность для измерений или в держатель (в контексте изобретения "площадка" - это самая крупная, центральная грань короны (верхней части камня, установленного в оправу)).
В дополнение к скринингу более крупных, индивидуальных камней, необходимо также осуществлять скрининг больших количеств алмазов меньших размеров, включая камни, иногда именуемые, как "меле" (melee). Меле - это профессиональный термин, который не соответствует точно определенному интервалу размеров, но на практике может применяться к камням весом менее примерно 0,2 карата (20 пойнтов) и обычно (но необязательно) более примерно 0,01 или 0,02 карата. Как следствие их малых размеров, камни меле, как правило, продаются пакетами или лотами. Поскольку один пакет может содержать сотни камней, к природным камням могут оказаться примешанными синтетические алмазы и неалмазный материал.
Скрининг алмазов меле потенциально может быть требующим экстремально много времени, поскольку каждый камень должен быть протестирован индивидуально и для этого индивидуально установлен с правильной ориентацией. В патентном документе WO 2012/146913 раскрыт аппарат для ориентирования драгоценных камней, в котором драгоценные камни дискретно помещаются на движущуюся дорожку, у которой имеется пара противолежащих осциллирующих стенок. Эти стенки способствуют принятию драгоценными камнями, при их продвижении вдоль дорожки, своей наиболее стабильной ориентации (т.е. площадкой вниз). Индивидуальные камни, получившие эту ориентацию, могут быть подняты с движущейся дорожки посредством вакуумного схвата и доставлены к месту тестирования.
На фиг. 1 представлен раскрытый в патентном документе WO 2012/146913 аппарат 1 для ориентирования драгоценных камней. Камни меле засыпаются в бункер 2 и проходят через пару роликов 6. Скорость роликов 6 подобрана такой, чтобы обеспечить разделение камней друг от друга, так что они проходят через ролики по одному. Затем камни направляются на вращающийся диск 10 (как это иллюстрируется фиг. 2). Диск 10, который вращается по часовой стрелке, задает траекторию движения по окружности, на которой камни проходят через перемешиватель 13. Перемешиватель 13 содержит пару противолежащих взаимно параллельных вертикальных стенок 11, которые формируют полукруглый канал 12. Стенки 11 связаны с осциллятором 15, который обеспечивает осцилляцию стенок с амплитудой и частотой, достаточной для того, чтобы они сталкивались с камнями на движущейся дорожке. Центральный участок 14 этой пары стенок осциллирует вдоль радиуса вращающегося диска 10.
Уровень ударной нагрузки со стороны стенок 11 выбран достаточным, чтобы опрокинуть камень, опирающийся на грань венчика (павильона), но не камень, опирающийся на свою самую стабильную грань - площадку. В результате к моменту, когда камни подойдут к зоне 7 распределения, они будут ориентированы площадкой вниз и расположены на одной линии. Устройство 9 проверки ориентации проверяет, расположен ли каждый камень площадкой вниз, регистрируя изображение силуэта камня на виде сбоку посредством камеры 16. Если будет определено, что камень ориентирован правильно, он захватывается манипулятором, содержащим поворотный кронштейн 3 и вакуумный схват 4, и транспортируется к устройству 17 детектирования синтетических объектов. Если обнаруживается, что камень ориентирован неправильно, он транспортируется обратно к осциллирующему каналу 12 для повторного ориентирования. Этот процесс продолжается до тех пор, пока все алмазы меле не будут правильно ориентированы, протестированы и поданы по лоткам 8 в соответствующий накопительный контейнер 5.
Хотя аппарат по фиг. 1 ускоряет процесс ориентации и тестирования, тем не менее, необходимо останавливать вращение диска 10 каждый раз, когда правильно ориентированный камень готов для его захвата вакуумным схватом 4. Кроме того, известные тестирующие устройства и способы часто не в состоянии однозначно идентифицировать камень как природный или синтетический. Если однозначная идентификация невозможна, камни должны быть "отложены" для дополнительного тестирования. Дополнительное тестирование, как правило, использует более сложные методы, такие как фотолюминесценция или рамановская спектроскопия, и/или одно или более других устройств. Для очень мелких драгоценных камней дополнительное тестирование может оказаться экономически не оправданным. В патентном документе WO 2015/024979 раскрыта система, которая пытается решить эту проблему путем различения алмазного и неалмазного материалов на вращающемся стеклянном диске с использованием рамановской спектроскопии и последующих измерений интенсивности пропускания УФ излучения камнями, которые признаны содержащими алмазный материал.
Раскрытие сущности изобретения
В соответствии с одним аспектом изобретения предложен аппарат для сортировки драгоценных камней из партии драгоценных камней. Аппарат содержит один или более пунктов измерения, каждый из которых содержит по меньшей мере одно измерительное устройство, выполненное с возможностью измерения одного или более свойств драгоценного камня. Непрерывно движущаяся подвижная поверхность удерживает драгоценные камни и транспортирует драгоценные камни к одному или более пунктам измерения. Разделяющее устройство обеспечивает разделение драгоценных камней друг от друга в процессе их транспортировки на указанной подвижной поверхности к одному или более пунктам измерения. Триггер местоположения, находящийся в местоположении датчика, содержит датчик для идентификации момента прохождения драгоценного камня через положение датчика. Контроллер принимает сигнал от триггера местоположения, регистрирует положение подвижной поверхности при приеме сигнала и отслеживает последующее местоположение драгоценного камня путем мониторинга движения подвижной поверхности, так что измерение одного или более свойств каждого драгоценного камня может быть скоррелировано с местоположением драгоценного камня на указанной подвижной поверхности. Для идентификации свойств камня могут быть использованы определенные маркеры люминесцентных свойств драгоценного камня.
В соответствии с другим аспектом изобретения предложен способ сортировки драгоценных камней из партии драгоценных камней, включающий следующие шаги:
транспортируют драгоценные камни к одному или более пунктам измерения на непрерывно движущейся подвижной поверхности;
осуществляют разделение драгоценных камней друг от друга в процессе их транспортировки на указанной подвижной поверхности к одному или более пунктам измерения;
после того как драгоценные камни разделены, идентифицируют каждый момент, в который драгоценный камень проходит через местоположение датчика, ассоциируют указанный драгоценный камень с положением подвижной поверхности в указанный момент и отслеживают последующее положение драгоценного камня путем мониторинга движения подвижной поверхности;
измеряют одно или более свойств драгоценного камня в одном или более пунктах измерения и
устанавливают корреляцию каждого измерения одного или более свойств каждого драгоценного камня с местоположением соответствующего драгоценного камня на указанной подвижной поверхности.
Одно или более свойств могут представлять собой присутствие одного или более определенных маркеров в люминесцентных свойствах драгоценного камня. Эти маркеры могут включать в себя длины волн и время затухания люминесценции. Конкретные комбинации маркеров могут служить индикаторами того, содержит камень или нет алмазный материал и, если содержит, является он природным или синтетическим алмазом или требует дальнейшего тестирования.
Другие аспекты и предпочтительные признаки раскрыты в остальных пунктах формулы.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен вид в аксонометрии известного аппарата для ориентирования драгоценных камней.
На фиг. 2 показан на виде в плане аппарат с фиг. 1 с некоторыми компонентами, удаленными для наглядности.
На фиг. 3 представлен вид в аксонометрии аппарата для ориентирования драгоценных камней согласно изобретению.
На фиг. 4 показан вид спереди аппарата с фиг. 3.
На фиг. 5 показан вид сверху аппарата с фиг. 3.
На фиг. 6 представлен еще один вид сверху аппарата с фиг. 3, иллюстрирующий ориентирующее устройство.
На фиг. 7 представлен другой вид сверху аппарата с фиг. 3, иллюстрирующий направление перемещения партии драгоценных камней.
На фиг. 8 приведена блок-схема, иллюстрирующая способ сортировки драгоценных камней из партии драгоценных камней.
Осуществление изобретения
Далее, со ссылками на фиг. 3-7, будет описан аппарат 101 для сортировки драгоценных камней (таких как алмазы) из партии драгоценных камней. Подлежащие сортировке драгоценные камни в типичном случае будут содержать полированные камни с бриллиантовой и фантазийной огранками. Способ сортировки драгоценных камней из партии будет описан со ссылкой на фиг. 8.
Аппарат 101 содержит один или более пунктов 110а, 110b измерения, каждый из которых содержит по меньшей мере одно измерительное устройство, выполненное с возможностью измерения одного или более свойств драгоценного камня, непрерывно движущуюся подвижную поверхность 103 для удержания на ней драгоценных камней и для транспортировки драгоценных камней к одному или более пунктам 110а, 110b измерения. Аппарат 101 также содержит разделяющее устройство 107, 108 для разделения драгоценных камней друг от друга в процессе их транспортировки на указанной подвижной поверхности 103 к одному или более пунктам 110а, 110b измерения. После того как драгоценные камни будут разделены, каждый из них проходит через триггер местоположения, такое как лазерная завеса 109. После этого положение данного камня на подвижной поверхности 103 становится известным, так что последующее местоположение камня может отслеживаться путем мониторинга движения поверхности 103. Это позволяет устанавливать корреляцию измерений в одном или более пунктах 110а, 110b измерения с известными местоположениями драгоценных камней на движущейся поверхности 103.
В варианте осуществления по фиг. 3-7 подвижная поверхность включает в себя вращающийся диск 103, по существу, с плоской верхней поверхностью, на которой могут транспортироваться драгоценные камни. Диск 103 приводится во вращение двигателем (не изображен) с угловой скоростью в интервале 9-13,5°/с, выбираемой в зависимости от размера драгоценных камней, подлежащих транспортировке. Скорость вращения диска 103 может регулироваться контроллером, который может быть снабжен экраном 117.
В примере согласно фиг. 3-7 поверхность вращающегося диска 103 выполнена плоской с допуском 50 мкм. Диск 103 также содержит твердый черный анодированный слой, так что он является износостойким и позволяет проводить, в одном или более пунктах измерения, измерения, по существу, на темном фоне, как это будет пояснено далее. С этой целью диск 103 снабжен также крышкой 104, в которой сформированы смотровые окна, через которые можно видеть драгоценные камни, транспортируемые на диске 103.
Как лучше всего видно на фиг. 3, аппарат 101 содержит бункер 102 для приема партии драгоценных камней и ее подачи на поверхность вращающегося диска 103 вблизи центра диска. Бункер 102 может быть того же типа, что и бункер, описанный со ссылкой на фиг. 1 и 2. Бункер 102 содержит два противовращающихся ролика из пенопласта (не изображены), которые используются, чтобы управлять подачей драгоценных камней на вращающийся диск 103. Скорость роликов может регулироваться посредством контроллера 117, причем она может изменяться с учетом размера и формы сортируемых драгоценных камней. В этом примере минимальная емкость бункера 102 составляет примерно 500 карат; в типичном варианте он рассчитан на драгоценные камни от 0,3 до 30 пойнтов.
В варианте осуществления по фиг. 3-7 аппарат 101 дополнительно содержит (как это лучше всего видно на фиг. 5) ориентирующее устройство для ориентирования драгоценных камней в процессе их доставки на центральную часть вращающегося диска 103, так что драгоценные камни ориентируются согласно их наиболее стабильной конфигурации. В этом примере ориентирующее устройство содержит перемешиватель 113 того же типа, что и перемешиватель, описанный со ссылкой на фиг. 1 и 2, но без вакуумного схвата. Перемешиватель 113 содержит пару противолежащих параллельных вертикальных стенок 111, которые формируют, по существу, полукруглый канал 112, в который драгоценные камни направляются вращающимся диском 103.
Стенки 111 приводятся осциллятором 115 в осциллирующее движение так, что центральный участок 114 пары стенок 111 осциллирует вдоль радиуса вращающегося диска 103, т.е., по существу, поперечно по отношению к направлению перемещения драгоценных камней. Должно быть понятно, что относительное поперечное перемещение пары стенок 111 у входной и выходной частей полукруглого канала 112 может быть минимальным.
Стенки 111 осциллируют с амплитудой и частотой, достаточной для того, чтобы они сталкивались с камнями, присутствующими на поверхности вращающегося диска 103, опрокидывая камни в их наиболее стабильную конфигурацию, т.е. в положение, соответствующее минимальной потенциальной энергии. Для подавляющего большинства ограненных драгоценных камней наиболее стабильной будет конфигурация "площадкой вниз". Уровень ударной нагрузки со стороны стенок 111 выбран таким, чтобы после того как драгоценный камень придет в положение с опорой на свою самую стабильную грань, его больше нельзя было опрокинуть, так что он будет оставаться в своей наиболее стабильной конфигурации. Другими словами, уровень ударной нагрузки, создаваемой перемешивателем 113, тщательно подбирается достаточным для опрокидывания драгоценного камня, опирающегося, например, на грань венчика (павильона), но недостаточным для опрокидывания драгоценного камня, опирающегося на свою площадку.
Длина осциллирующих стенок 111 выбрана такой, что к моменту, когда драгоценные камни выходят из перемешивателя 113, все они будут ориентированы согласно их наиболее стабильной конфигурации. Драгоценные камни, ориентированные согласно их наиболее стабильной конфигурации, легче разделять, измерять и диспенсировать (выдавать), поскольку обращение с ними является более предсказуемым.
Аппарат 101 согласно этому варианту осуществления содержит разделяющее устройство 107, 108 для разделения драгоценных камней друг от друга в процессе их транспортировки на вращающемся диске 103 к одному или более пунктам 110а, 110b измерения. В варианте осуществления по фиг. 3-7 разделяющее устройство содержит набор фиксированных кулачков 107 и подвижный кулачок 108. В процессе вращения диска 103 драгоценные камни приходят в контакт с кулачками 107. Фиксированные кулачки 107 расположены под углом к направлению перемещения горизонтальной поверхности, так что драгоценные камни отодвигаются к наружной области диска 103, которая движется с большей линейной скоростью, чем центральная область диска 103. В результате расстояние между камнями увеличивается. Поверхности последовательных кулачков 107 могут быть расположены по отношению к направлению перемещения горизонтальной поверхности вращающегося диска 103 под последовательно уменьшающимися углами, и/или кулачки 107 могут иметь изогнутые поверхности, чтобы оптимизировать скорость, с которой камни перемещаются по движущейся поверхности в боковом направлении. В этом примере имеются три фиксированных кулачка 107; однако, должно быть понятно, что, с учетом конкретных требований, может иметься меньшее или большее количество кулачков 107.
Поскольку каждый кулачок 107 последовательно отодвигает драгоценные камни дальше от центральной области вращающегося диска 103, это, естественно, усиливает взаимное разделение драгоценных камней, поскольку их среднее угловое положение относительно диска 103 сохраняется, тогда как их расстояние от центра вращающегося диска 103 возрастает.
Вариант осуществления по фиг. 3-7 дополнительно содержит подвижный кулачок 108, с которым драгоценные камни приходят в контакт после того, как они пройдут за фиксированные кулачки 107. Угол, под которым расположена поверхность подвижного кулачка 108, может регулироваться с учетом размера и формы сортируемых драгоценных камней. Подвижный кулачок 108 используется для того, чтобы задать окончательное расстояние между драгоценными камнями. В результате после того, как драгоценные камни пройдут за подвижный кулачок 108, на поверхности вращающегося диска 103 будет сформирована последовательность одиночных драгоценных камней. Хотя в этом примере используется только один подвижный кулачок 108, должно быть понятно, что, если это требуется, могут иметься и дополнительные подвижные кулачки. Кроме того, может варьироваться последовательность расположения фиксированных и подвижных кулачков.
Как показано на фиг. 5, аппарат 101 содержит также триггер 109 местоположения. Он находится в местоположении датчика на диске 103, через которое камни проходят после того, как будут разделены, причем в процессе их дальнейшего перемещения на диске 103 они больше не должны контактировать ни с каким другим объектом. В этом варианте осуществления триггер местоположения содержит датчик 109, например лазерную завесу, находящуюся в местоположении датчика. Контроллер 117 выполнен с возможностью приема сигнала от датчика каждый раз, когда драгоценный камень проходит через датчик. Прохождение этого драгоценного камня через датчик коррелируется с угловым положением диска 103 в указанный момент, и дальнейшее местоположение каждого драгоценного камня можно отслеживать благодаря знанию текущего углового положения диска 103.
Аппарат 101 дополнительно содержит один или более пунктов 110а, 110b измерения, каждый из которых содержит по меньшей мере одно измерительное устройство, выполненное с возможностью измерения одного или более свойств драгоценных камней. Как это будет описано далее, в варианте осуществления по фиг. 3-7 имеются два пункта 110а, 110b измерения. Каждый пункт 110а, 110b измерения содержит измерительное устройство или ячейку (не изображено). При вращении диска 103 разделенные драгоценные камни поочередно проходят через пункты 110а, 110b измерения. Каждое измерительное устройство измеряет свойство того драгоценного камня, который проходит мимо него, т.е. вращающийся диск 103 не останавливается, когда драгоценные камни подходят к пунктам 110а, 110b, так что все измерения проводятся применительно к движущимся драгоценным камням. Это означает, что диск 103 может вращаться непрерывно, и это позволяет надежно связывать положения камней с угловым положением диска. Результаты измерений свойств драгоценных камней передаются от измерительных устройств контроллеру 117. Другие сведения о данных измерениях будут описаны далее.
Аппарат 101 дополнительно содержит пункты выдачи, на которых в примере по фиг. 3, 4 и 5 находятся накопительные контейнеры 105. В данном примере используются пять накопительных контейнеров 105, хотя должно быть понятно, что их количество, в зависимости от конкретных условий, может быть увеличено или уменьшено. С каждым накопительным контейнером 105 ассоциирован диспенсирующий механизм 106, такой как толкатель или гребенчатое колесо из пенопласта, который (которое) приводится в действие посредством соленоида 116 и выполнено с возможностью сталкивания драгоценного камня с наружной поверхности вращающегося диска 103, т.е. для обеспечения попадания камня в накопительный контейнер 105. Пять накопительных контейнеров 105, проиллюстрированных на фиг. 3, 4 и 5, могут иметь следующие обозначения:
1. Не алмазы (для драгоценных камней, представляющих собой имитации, например, из кубического циркония).
2. Синтетические (для синтетических алмазов, таких как выращенные по технологии CVD или НРНТ).
3. Прошедшие тест (для природных алмазов).
4. Отложенные (для драгоценных камней, свойства которых не были определены с требуемой надежностью).
5. Очистка аппарата (для использования, когда желательно быстро освободить аппарат от драгоценных камней).
Должно быть понятно, что описанная последовательность накопительных контейнеров 105 представлена только в качестве примера и что возможны и другие обозначения и последовательности.
Поскольку момент, в который конкретный драгоценный камень проходит местоположение датчика, и скорость вращения диска 103 известны, контроллер 117 может с высокой точностью предсказать, когда конкретный драгоценный камень пройдет мимо одного или более пунктов 110а, 110b измерения. Поэтому контроллер 117, получивший результаты измерений одного или более свойств конкретного драгоценного камня, может связать их с местоположением конкретного драгоценного камня на вращающемся диске 103. При этом, основываясь на полученных результатах измерений, контроллер 117 может, например, определить, является ли данный драгоценный камень природным алмазом, синтетическим алмазом или неалмазом. Когда конкретный драгоценный камень подходит к позиции, смежной с соответствующим накопительным контейнером 105, контроллер 117 активирует соответствующий диспенсирующий механизм 106, чтобы выдать драгоценный камень в правильный контейнер 105.
Далее будет описано функционирование аппарата 101 по фиг. 3-7. Партию драгоценных камней помещают в бункер 102, и драгоценные камни подаются, по одному, через пенопластовые ролики бункера 102 на поверхность внутренней области вращающегося диска 103. В результате вращения диска 103 драгоценные камни вводятся в полукруглый канал 112 перемешивателя 113, внутри которого они ориентируются площадкой вниз. При выходе из перемешивателя 113 драгоценные камни приводятся вращающимся диском 103 в контакт с набором поверхностей фиксированных кулачков 107 и с поверхностью подвижного кулачка 108, так что камни смещаются в наружную область вращающегося диска 103, удаляясь при этом один от другого. После этого последовательность разделенных драгоценных камней транспортируется вращающимся диском 103 к местоположению датчика, так что драгоценные камни проходят по одному через этот датчик (лазерную завесу) 109.
Затем разделенные драгоценные камни транспортируются вращающимся диском 103 через два последовательных пункта 110а, 110b измерения, так что в каждом из пунктов 110а, 110b производятся индивидуальные и различные измерения каждого драгоценного камня. Результаты этих измерений передаются контроллеру 117, который ассоциирует их с соответствующими им драгоценными камнями. Контроллер 117 отслеживает точное местоположение каждого прошедшего измерения (измеренного) драгоценного камня и активирует соответствующий диспенсирующий механизм 106, чтобы выдать измеренный драгоценный камень в соответствующий накопительный контейнер 105. Нужный контейнер 105 определяется контроллером 117 на основе измеренных свойств драгоценного камня.
Таким образом, как это иллюстрируется фиг. 7, драгоценный камень, поступивший из бункера 102 на внутреннюю область вращающегося диска 103, движется по траектории, отмеченной стрелками А, и постепенно сдвигается на наружную область диска 103, откуда он выдается в накопительный контейнер 105. Должно быть понятно, что, поскольку драгоценные камни в составе партии поступают на вращающийся диск 103 постепенно, операции ориентирования, разделения, измерения и выдачи драгоценных камней из этой партии могут осуществляться одновременно. Другими словами, драгоценные камни из партии, первыми поступившие на диск 103, могут выдаваться в то время, когда последующие драгоценные камни из той же партии находятся на операциях ориентирования, разделения или измерения. В результате вся партия драгоценных камней может быть рассортирована без необходимости останавливать вращение диска 103. Как следствие, аппарат 101 по фиг. 3-7 способен рассортировать партию драгоценных камней по соответствующим накопительным контейнерам 105 с производительностью по меньшей мере 3600 драгоценных камней за 1 ч.
Следует отметить, что в ситуации, когда контроллер 117 идентифицирует драгоценный камень как измеренный неправильно или вообще не измеренный, этот драгоценный камень может, вместо выдачи в контейнер 105, быть оставленным на поверхности вращающегося диска 103. После этого данный камень может быть "возвращен в цикл" путем его смещения в соответствующую внутреннюю область диска 103, так что он сможет снова пройти через датчик и пункты 110а, 110b измерения.
Как это было описано выше, аппарат 101 по фиг. 3-7 содержит два пункта 110а, 110b измерения, каждый из которых содержит по меньшей мере одно измерительное устройство, выполненное с возможностью измерения одного или более свойств драгоценного камня. Разделенные драгоценные камни транспортируются по одному через пункты 110а, 110b измерения на движущейся поверхности вращающегося диска 103. Уже отмечалось, что измерения в пунктах 110а, 110b измерения выполняются, по существу, в темноте.
Поскольку после прохождения через местоположение датчика драгоценные камни, находящиеся на диске 103, не вступают в контакт с любой другой частью аппарата, местоположение каждого драгоценного камня точно известно контроллеру 117, который, следовательно, может точно определить, когда конкретный драгоценный камень подойдет к каждому из двух пунктов 110а, 110b измерения. Поэтому контроллер 117 может ассоциировать измерения, выполненные на каждом пункте 110а, 110b измерения, с конкретным драгоценным камнем, на котором они были проведены. Далее, поскольку эти измерения не требуют физического контакта с драгоценными камнями, контроллер 117 может также точно определить, когда конкретный драгоценный камень подойдет к каждому из накопительных контейнеров 105.
В этом варианте осуществления первый пункт 110а измерения представляет собой устройство измерения люминесценции. Это устройство содержит источник электромагнитного излучения с длинами волн 225 нм или менее (т.е. ультрафиолетовую (УФ) лампу) для возбуждения люминесценции драгоценных камней и фотодетектор или камеру для приема любого видимого (светового) излучения, испущенного драгоценным камнем при его возбуждении электромагнитным излучением.
Функционирование УФ лампы и камеры синхронизируется контроллером 117 с учетом любого значения временного смещения, требуемого для камеры. В этом примере используется микросекундная ксеноновая лампа-вспышка, такая как лампа Perkin Elmer FX-4402, излучение которой фильтруется, чтобы обеспечить возбуждение, превышающее ширину запрещенной зоны алмаза, т.е. на длинах волн короче 225 нм. Камера в этом примере использует КМОП-датчик, такой как датчик Sony IMX174. Поскольку контроллеру 117 известно положение конкретного драгоценного камня на вращающемся диске 103, момент генерирования импульса возбуждения и запуска камеры может быть сделан совпадающим с подходом конкретного драгоценного камня к участкам возбуждения и детектирования устройства 110а измерения люминесценции.
Контроллер 117 может обеспечить срабатывание камеры с задержкой, так что камера будет способна воспринимать видимое излучение только во временном окне, которое открывается после завершения импульса возбуждения, сгенерированного лампой. В результате камера может принимать как фосфоресценцию, так и флуоресценцию. Поскольку в подавляющем большинстве случаев длительность затухания флуоресценции меньше, чем длительность возбуждения, обеспечиваемая источником, используемым в этом примере, должно быть понятно, что под флуоресценцией здесь понимается тип люминесценции, характеризуемый тем, что она испускается только в процессе возбуждения драгоценного камня УФ излучением. Следовательно, любая флуоресценция, возникающая в процессе возбуждения, будет очень быстро затухать после завершения возбуждения. Фосфоресценция, напротив, - это такой тип люминесценции, который после прекращения возбуждения продолжается, но затухает согласно более длительной временной шкале. Таким образом, фосфоресценция может иметь место в течение некоторого времени после прекращения возбуждения, например, затухая в течение нескольких миллисекунд после конца импульса возбуждения. Введение задержки начала приема видимого света до окончания импульса возбуждения и затухания любой флуоресценции гарантирует, что флуоресценция будет "выключена" и не затруднит прием любой фосфоресценции, излученной после окончания импульса возбуждения. Конец временного окна для приема видимого света, испускаемого драгоценным камнем, также может тщательно подбираться таким образом, чтобы он соответствовал времени затухания излучения флуоресценции и/или фосфоресценции. При таком подходе аппарат может улавливать видимое излучение, которое иначе могло бы быть утеряно.
Далее будет описан способ определения того, является драгоценный камень природным или синтетическим, путем наблюдения определенных маркеров в люминесценции драгоценного камня. Способ может включать облучение драгоценного камня множеством возбуждающих импульсов электромагнитного излучения и детектирование света во время и/или по окончании каждого импульса возбуждения. При этом детектированный свет, излученный алмазом по меньшей мере в одном временном окне, связан определенным образом во времени с импульсом возбуждения, что позволяет получить данные по люминесценции. Единственное или каждое временное окно выбирается так, чтобы оно включало люминесценцию с временем затухания, характеристичным для одного или более маркеров. Данные по люминесценции, ассоциированные со всеми импульсами, могут быть скомбинированы, а затем проанализированы, чтобы установить присутствие или отсутствие одного или более маркеров. Генерирование и детектирование всех этих импульсов происходит, когда камень проходит через пункт 110а измерения.
Одним из маркеров может быть маркер быстрой синей фосфоресценции, соответствующий люминесценции в виде полосы длин волн с пиковой длиной волны примерно 450 нм и временем затухания менее, чем примерно 80 мс. Тестирование на этот маркер может включать тестирование на присутствие полосы люминесценции с пиковой длиной волны примерно 450 нм во временном окне, которое открывают в момент начала или после окончания импульса возбуждения и закрывают примерно через 80 мс после окончания указанного импульса возбуждения. Присутствие маркера быстрой синей фосфоресценции может служить индикатором того, что алмаз является природным алмазом типа IIa или Ia.
Одним из маркеров может быть также маркер медленной бирюзовой фосфоресценции, соответствующий люминесценции в виде полосы с пиковой длиной волны примерно 480 нм и временем затухания, превышающим 80 мс. Тестирование на этот маркер может включать тестирование на наличие полосы люминесценции центрированной вокруг 480 нм во временном окне, которое открывают примерно через 80 мс по окончании ассоциированного возбуждающего импульса. Временное окно может быть закрыто примерно через 500 мс после окончания ассоциированного импульса возбуждения, особенно при использовании множества импульсов возбуждения. Присутствие маркера медленной бирюзовой фосфоресценции может служить индикатором того, что алмаз является алмазом типа IIb.
Еще одним маркером может быть маркер медленной зеленой фосфоресценции, соответствующий люминесценции на длинах волн от примерно 530 нм до примерно 550 нм с временем затухания, превышающим 80 мс. Тестирование на этот маркер может включать тестирование во временном окне, открывающемся примерно через 80 мс после окончания ассоциированного импульса возбуждения, на наличие полосы люминесценции на длинах волн от приблизительно 530 нм до приблизительно 550 нм. И в этом случае временное окно может, как вариант, закрываться примерно через 500 мс после окончания ассоциированного импульса возбуждения. Присутствие маркера медленной зеленой фосфоресценции может служить индикатором того, что алмаз должен быть отобран для дальнейшего тестирования.
Другим маркером может быть "маркер отсутствия", соответствующий детектированию пренебрежимо слабой люминесценции по окончании возбуждающего импульса. Присутствие этого маркера является индикатором того, что алмаз должен быть отобран для дальнейшего тестирования.
Еще одним маркером может быть маркер долгоживущей оранжевой флуоресценции, соответствующий люминесценции на длинах волн от примерно 535 нм до примерно 600 нм с временем затухания менее 1 мс. Присутствие данного маркера может служить индикатором того, что алмаз должен быть отобран для дальнейшего тестирования.
Один из маркеров может быть маркером красной фосфоресценции, соответствующим люминесценции на длинах волн от примерно 575 нм до примерно 690 нм с временем затухания менее 1 мс. Присутствие маркера красной фосфоресценции также может служить индикатором того, что алмаз должен быть отобран для дальнейшего тестирования.
Другой маркер может быть маркером слабой зеленой флуоресценции с длиной волны около 510 нм. Тестирование на этот маркер может включать тестирование во временном окне, синхронизованном с возбуждающим импульсом, поскольку флуоресценция имеет место только в процессе возбуждения драгоценного камня и при прекращении возбуждения очень быстро затухает. Как было отмечено выше, момент закрытия временного окна должен быть тщательно подобран для совпадения с окончанием импульса, чтобы отсечь любую фосфоресценцию, излучаемую после завершения возбуждения драгоценного камня, которая иначе могла бы затруднить детектирование слабой флуоресценции. Присутствие маркера слабой зеленой флуоресценции может служить индикатором того, что алмаз должен быть отобран для дальнейшего тестирования.
Из вышеизложенного должно быть понятно, что измерение флуоресценции и/или фосфоресценции и выявление присутствия определенных маркеров может позволить контроллеру идентифицировать конкретный драгоценный камень как природный алмаз типа IIa, Ia или IIb. Однако присутствие, например, маркера медленной зеленой фосфоресценции или "маркера отсутствия" не позволяет провести идентификацию драгоценного камня, и, в отсутствие дополнительной информации, любой драгоценный камень, характеризующийся, при его возбуждении УФ излучением, маркером медленной зеленой фосфоресценции или "маркером отсутствия", должен быть отобран для дальнейшего тестирования с использованием альтернативного аппарата.
Целесообразно снабдить аппарат по фиг. 3-7 вторым пунктом 110b измерения, выполненным с возможностью измерения одного или более свойств драгоценного камня. В этом варианте осуществления второй пункт 110b измерения содержит устройство измерения фотолюминесценции (ФЛ).
Драгоценный камень, проходящий через устройство измерения ФЛ, находясь на поверхности вращающегося диска 103, подвергается лазерному возбуждению на длине волны около 450 нм, с диаметром 3 мм и с углом к вертикали 41°. Детектирование ФЛ осуществляется посредством миниатюрного спектрометра с диаметром контролируемой зоны 3 мм, в котором используется оптическая система с единственной линзой, установленной под углом 0° к вертикали. Поскольку контроллеру 117 известно положение драгоценного камня на вращающемся диске 103, оно используется для запуска измерения ФЛ, когда драгоценный камень входит в устройство измерения ФЛ. Лазер, обеспечивающий возбуждение, спектрометр и коллекторная оптика оптимизированы для получения ФЛ-спектра хорошего качества (с большим отношением сигнал/шум) от движущегося драгоценного камня во временном интервале около 150 мс (драгоценному камню требуется около 150 мс, чтобы пересечь зону измерения ФЛ диаметром 3 мм).
Полученный ФЛ-спектр посылается для анализа контроллеру 117. Контроллер производит определение типа протестированного драгоценного камня, т.е. его идентификацию, основанную на присутствии рамановской линии и/или на детектировании в спектре ФЛ признаков, связанных с Ni. Такое определение может проводиться на базе результатов для тестируемого драгоценного камня, полученных на обоих (первом и втором) пунктах 110а, 110b измерения, так что оно не может быть завершено, пока драгоценный камень не прошел через оба пункта 110а, 110b измерения.
-1
-1
-1
Присутствие в спектре узкой одиночной рамановской линии, центрированной примерно на 1332 см, является индикатором того, что тестируемый драгоценный камень содержит алмазный материал и, следовательно, не является имитацией, т.е. что этот камень не состоит из вещества, отличного от алмаза. Присутствие в спектре связанных с Ni признаков на примерно 787 нм в отсутствие более интенсивного признака на 793 нм является индикатором того, что тестируемый драгоценный камень - это природный (т.е. не синтетический) алмаз. Следовательно, присутствие и узкой одиночной рамановской линии на примерно 1332 см, и связанных с Ni ФЛ-признаков на 787 нм (но не на 793 нм) является индикатором того, что тестируемый драгоценный камень - это природный алмаз. И наоборот, отсутствие рамановской линии на примерно 1332 см является индикатором того, что тестируемый драгоценный камень - это не алмаз. Алгоритм детектирования, используемый контроллером 117, завершается определением типа камня до того, как следующий драгоценный камень в последовательности драгоценных камней войдет в зону измерения ФЛ.
Следовательно, драгоценный камень, у которого в процессе тестирования на первом пункте 110а измерения, т.е. в устройстве измерения люминесценции, обнаружена медленная зеленая фосфоресценция, после тестирования на втором пункте 110b измерения, т.е. в устройстве измерения ФЛ, как это описано выше, может быть идентифицирован либо как природный, либо как синтетический алмаз. В отсутствие такой возможности природный алмаз, фосфоресцирующий в зеленой области, мог бы быть неправильно классифицирован как синтетический алмаз или, альтернативно, мог бы быть "отложен" для дальнейшего тестирования еще на одном аппарате, что привело бы к повышенному "уровню откладывания".
Таким образом, аппарат 101 по фиг. 3-7 может использовать комбинацию различных маркеров, детектируемых на двух пунктах 110а, 110b измерения, чтобы идентифицировать драгоценный камень, тем самым значительно снижая количество драгоценных камней в партии, которые, чтобы быть идентифицированными, требуют дальнейшего тестирования посредством альтернативного аппарата. Любые драгоценные камни, которые все же не были надежно идентифицированы после прохождения через оба пункта 110а, 110b измерения, в типичном случае будут выданы в накопительный контейнер 105, обозначенный, как "отложенные". Эти драгоценные камни могут быть затем направлены на дальнейшие тесты.
Таблица 1 иллюстрирует, как комбинации различных маркеров, детектированных на двух пунктах 110а, 110b измерения в аппарате 101 по фиг. 3-7, могут быть использованы, чтобы идентифицировать конкретный драгоценный камень. После этого камень можно выдать в соответствующий накопительный контейнер 105.
-1
В первом столбце ("Раман") Таблицы 1 указывается, присутствует ("1332") или не присутствует ("Нет 1332") в ФЛ-спектре рассмотренная выше узкая одиночная рамановская линия с пиком около 1332 см. Как было описано выше, в этом примере ФЛ-спектр получают на втором пункте 110b измерения.
Содержание второго и третьего столбцов Таблицы 1 ("Фосф. 1", "Фосф. 2") указывает на присутствие определенных маркеров фосфоресценции, рассмотренных ранее. Как было описано выше, в этом примере фосфоресценцию измеряют на первом пункте 110а измерения. Записи "Син." и "Нет син." во втором столбце ("Фосф. 1") указывают соответственно на присутствие и отсутствие маркера быстрой синей фосфоресценции, представляющего собой люминесценцию в полосе длин волн с пиковой длиной волны на примерно 450 нм и временем затухания менее, чем примерно 80 мс после окончания ассоциированного импульса возбуждения. В третьем столбце ("Фосф. 2") отмечается присутствие и цвет медленной фосфоресценции с временем затухания, превышающим примерно 80 мс. Запись "Бирюз." в третьем столбце указывает на присутствие маркера медленной фосфоресценции, представляющего собой люминесценцию с пиковой длиной волны на примерно 480 нм и временем затухания, превышающим 80 мс после окончания ассоциированного импульса возбуждения, как это описано выше. Запись "Нет бирюз" в третьем столбце указывает на отсутствие маркера медленной бирюзовой фосфоресценции. Должно быть понятно, что тестирование на эти два маркера предусматривает тестирование на присутствие фосфоресценции в двух отдельных временных окнах (т.е. до и после истечения 80 мс после окончания импульса возбуждения).
В четвертом столбце Таблицы 1 ("Флуор.") указывается на присутствие ("Слаб, зелен.") или отсутствие ("Нет слаб, зелен.") рассмотренного выше маркера слабой зеленой флуоресценции с длиной волны примерно 510 нм. Тестирование на присутствие маркера слабой зеленой флуоресценции может предусматривать тестирование во временном окне, синхронизированном с импульсом возбуждения, т.е. тестирование на этот маркер в процессе возбуждения драгоценного камня. Как было описано выше, в этом примере флуоресценция измеряется на первом пункте 110а измерения.
В пятом столбце Таблицы 1 ("ФЛ") указывается на присутствие ("787 нм") или отсутствие ("Нет 787 нм") в ФЛ-спектре специфичных ФЛ-признаков, связанных с Ni на 787 нм (в отсутствие более интенсивного признака на 793 нм). Как было описано выше, в этом примере ФЛ-спектр получают на втором пункте 110b измерения.
-1
Прочерк в любом столбце означает, что возможен любой результат и что это измерение следует игнорировать. Например, как отмечено в строке 1 Таблицы 1, в которой отмечено отсутствие ("Нет 1332") в ФЛ-спектре одиночной рамановской линии с пиком около 1332 см, тестируемый драгоценный камень может быть идентифицирован как имитация (т.е. неалмаз, такой как кубический цирконий) независимо от того, присутствуют или отсутствуют другие маркеры.
-1
Как можно видеть из Таблицы 1, большинство драгоценных камней будет идентифицировано как природный алмаз, имитация (т.е. не алмаз) или НРНТ синтетический алмаз. Только в нескольких случаях драгоценный камень будет отложен для дальнейшего тестирования. Например, как отмечено в строке 6 таблицы 1, если присутствуют и рамановская линия на примерно 1332 см в ФЛ-спектре и маркер медленной бирюзовой фосфоресценции, но отсутствуют маркер быстрой синей фосфоресценции, маркер слабой зеленой флуоресценции и ФЛ-признаки на 787 нм, ассоциированные с Ni, тестируемый драгоценный камень будет выдан в накопительный контейнер, обозначенный, как "отложенные".
Как это иллюстрируется фиг. 8, способ сортировки драгоценных камней из партии драгоценных камней включает следующие шаги:
Шаг 1: транспортируют драгоценные камни к одному или более пунктам измерения на непрерывно движущейся подвижной поверхности.
Шаг 2: осуществляют разделение драгоценных камней друг от друга в процессе их транспортировки на указанной подвижной поверхности к одному или более пунктам измерения.
Шаг 3: после того как драгоценные камни разделены, идентифицируют каждый момент, в который драгоценный камень проходит через местоположение датчика, ассоциируют этот драгоценный камень с положением подвижной поверхности в указанный момент и отслеживают последующее положение драгоценного камня путем мониторинга движения подвижной поверхности.
Шаг 4: измеряют одно или более свойств драгоценного камня на одном или более пунктах измерения.
Шаг 5: устанавливают корреляцию каждого измерения одного или более свойств каждого драгоценного камня с его местоположением на подвижной поверхности.
Специалисту в данной области будет понятно, что в раскрытый вариант осуществления могут быть внесены различные модификации, не выходящие за пределы объема изобретения. Например, хотя раскрытый вариант осуществления аппарата содержит два пункта 110а, 110b измерения, другие варианты осуществления могут содержать более двух пунктов измерения, каждый из которых измеряет одно или более свойств драгоценного камня. Альтернативно, измерения более одного из свойств драгоценного камня могут проводиться на единственном пункте измерения.
Далее, хотя приведенная выше Таблица 1 иллюстрирует тестирование на маркеры фосфоресценции в двух отдельных временных окнах, для тестирования на один или более других маркеров фосфоресценции (как это отмечены выше) могут быть использованы дополнительные временные окна.
Кроме того, должно быть понятно, что идентифицированные выше маркеры могут быть использованы как индикаторы типа драгоценных камней, даже если измерения проводятся с использованием различных приборов.