СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ДЕФЕКТА В ПРОЗРАЧНОМ КАМНЕ Российский патент 1995 года по МПК G01N21/88 

Изобретение относится к обработке прозрачных камней, преимущественно с большим показателем преломления, например алмазов, а именно к способам определения положения дефекта в кристаллах и заготовках после разных технологических операций. Изобретение может найти применение при производственном изучении и сортировке камней, заготовок и изделий из них.

При обработке прозрачных камней, в частности алмазов, особенно при изготовлении ювелирных вставок (бриллиантов), часто решается вопрос о том, что целесообразнее, вырезать или оставлять внутри изделия дефект. Для этого необходима точная информация о положении дефекта в кристалле, но ее получение затрудняется тем, что видимое через грани изображение дефекта не соответствует его истинному положению.

Известен способ изучения внутренних особенностей камня при погружении его в иммерсионную жидкость, т. е. в жидкость с показателем преломления, близким к изучаемому камню [1] Однако иммерсионные жидкости с выcоким показателем преломления дороги, а часто и сильно ядовиты, например фенилдиидоарсин с показателем преломления 1,85 или жидкости на основе иодистого метилена, серы и иодистого мышьяка с показателем преломления до 2,06.

Известны способы определения положения дефекта в прозрачном камне путем просмотра через лупу или микроскоп при разных степенях увеличения [2] Но истинное положение дефекта не соответствует видимому положению вследствие искажения, обусловленного преломлением света на границе воздух-грань кристалла. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения положения дефекта в прозрачном камне, заключающийся в просмотре внутренней части кристалла через плоскую грань. При этом кристалл устанавливается в поле зрения микроскопа таким образом, чтобы грань кристалла находилась в поле зрения, затем отыскивают дефект, используя различные степени увеличения. Кажущуюся глубину обнаруженного дефекта определяют как разность показаний на лимбе предметного столика в положениях фокусировки на поверхность грани и на дефект. Фактическую глубину дефекта определяют путем ее корректировки на показатель преломления материала камня. При этом имеется в виду измерение угла между нормалью к грани кристалла и оптической осью прибора, поскольку корректировка на показатель преломления возможна только после такого измерения. При необходимости проводят измерения через другие грани кристалла [3]
Основным недостатком известного способа является невысокая точность. При малой степени увеличения невысока точность фокусировки вследствие большой глубины резкости. Уменьшить глубину резкости можно путем повышения степени увеличения микроскопа, но при этом уменьшается поле зрения, поэтому область повышения точности метода ограничивается камнями небольшого размера.

Задачей изобретения является разработка более точного способа определения положения дефекта в прозрачном камне независимо от применяемой степени увеличения.

Решение задачи заключается в том, что в способе определения положения дефекта в прозрачном камне, включающем ориентацию кристалла, просматривание изображения дефекта через плоскую грань и измерение параметров, необходимых для определения положения дефекта ориентацию кристалла осуществляют до получения двойного изображения дефекта, одно из которых показывает его истинное положение, а второе зеркальное отражение дефекта от грани, относительно которой определяют его положение, измеряют угол межу этой гранью и гранью, через которую просматривают изображение дефекта, и расстояние между изображениями дефекта, а положение дефекта определяют в зависимости от измеренных параметров и показателя преломления материала.

Сущность изобретения поясняется схемой.

Способ осуществляют следующим образом.

Кристалл 1 помещают под измерительный прибор, в качестве которого может быть использована лупа, имеющая измерительную шкалу или микроскоп, например бинокулярный позволяющий просматривать кристалл при различных степенях увеличения. Путем изменения ориентации кристалла 1 относительно измерительного прибора выбирается грань 2 кристалла, через которую виден дефект 3 и свет, отраженный от грани 4, относительно которой необходимо определить положение дефекта. При этом в поле зрения измерительного прибора видны два изображения дефекта 3 в кристалле 1, первое изображение (определяемое лучом 5) отражает истинное положение дефекта 3, а второе изображение (определяемое лучом 6) является зеркальным отражением дефекта 3 от грани 4. Затем замеряют угол w между нормалью к грани 2 и оптической осью 7 измерительного прибора, замеряют угол b между гранями 2 и 4, замеряют расстояние H_v между изображениями дефекта (лучами 5 и 6), определяют положение дефекта в зависимости от замеренных величин и показателя преломления материала.

Ориентация кристалла, при которой получается двойное изображение дефекта, одно из которых показывает его истинное положение, а второе зеркальное отражение дефекта от грани, относительно которой определяют его положение, возможна благодаря явлению полного внутреннего отражения света. Расстояние между двумя изображениями дефекта зависит от четырех параметров: угла между нормалью к грани, через которую просматривают кристалл, и оптической осью прибора, угла между гранью, через которую просматривают кристалл, и гранью, относительно которой определяется положение дефекта, расстояния от дефекта до грани, относительно которой определяется положение дефекта и показателя преломления материала кристалла.

Таким образом, зная показатель преломления материала и измерив перечисленные углы и расстояние между изображениями дефекта, легко определить расстояние от дефекта до требуемой грани. Зависимость между данными параметрами определяется формулой
H_d H_v ˙ cos (w')/[2sin (b + w') ˙ cos w]
w' arcsin (1/n), где H_d искомое расстояние от грани до дефекта;
H_v расстояние между видимыми изображениями дефекта;
w' критический угол полного отражения;
b угол между используемыми гранями кристалла;
w угол между нормалью к грани, через которую просматривают кристалл, и оптической осью прибора;
n показатель преломления материала кристалла.

Точность изобретения определяется простотой точного замера таких используемых параметров, как расстояние между видимыми изображениями дефекта и угол между гранями кристалла. Некоторую трудность представляет замер угла между нормалью к грани, через которую просматривают кристалл, и оптической осью прибора, но расчеты показывают, что изменение этого угла в значительных пределах мало влияет на точность результата. Так для алмаза при b 40^о изменение угла w от 10 до 35^о приводит к изменению отношения H_d/H_v 0,7073 0,7355, что дает погрешность не более 4%

Использование: при обработке прозрачных камней для определения положения дефекта в прозрачных камнях преимущественно с большим показателем преломления. Сущность изобретения: способ предусматривает ориентацию прозрачного камня в поле зрения увеличительного прибора таким образом, чтобы через его плоскую грань были видны изображения дефекта, измерение параметров, определяющих его положение, в частности, угла между гранями прозрачного камня, расстояния между изображениями дефекта и определение его положения в зависимости от измеренных параметров. 1 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ДЕФЕКТА В ПРОЗРАЧНОМ КАМНЕ, включающий ориентацию кристалла, просматривание изображения дефекта через плоскую грань и измерение параметров, необходимых для определения положения дефекта, отличающийся тем, что ориентацию кристалла осуществляют до получения двойного изображения дефекта, одно из которых показывает его истинное положение, а другое зеркальное отражение дефекта от грани, относительно которой определяют его положение, измеряют угол между этой гранью и гранью, через которую просматривают изображение дефекта, и расстояние между изображениями дефекта, а положение дефекта определяют в зависимости от измеренных параметров и показателя преломления материала.