СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ДЕФЕКТА В ПРОЗРАЧНОМ КАМНЕ Российский патент 1996 года по МПК G01N21/87 

Изобретение относится к области обработки прозрачных камней преимущественно с большим показателем преломления, например алмазов, а именно к способам определения положения дефекта в кристаллах и заготовках после разных технологических операций, 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 задача о том, что целесообразнее: вырезать или оставить внутри изделия дефект. Для решения задачи 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 (Андерсон Б. Определение драгоценных камней. М. Мир, 1983, с. 62). При этом используются специальные иммерсионные ванночки (Рид П.Дж. Геммологический словарь. Л. Недра, 1986, с. 74). Однако иммерсионные жидкости с высоким показателем преломления дороги, а часто и сильно ядовиты, например фенилдииодоарсин с показателем преломления 1,85 или жидкости на основе иодистого метилена, серы и иодистого мышьяка с показателем преломления до 2,06 (Андерсон Б. Определение драгоценных камней. М. Мир, 1983, с. 54). Для алмаза иммерсионной жидкости не подобрано.

Известны способы определения положения дефекта в прозрачном камне путем просмотра через лупу или микроскоп при разных степенях увеличения (Епифанов В.И. и др. Технология обработки алмазов в бриллианты. М. Высшая школа, 1987, с. 84). Но истинное положение дефекта не соответствует видимому положению вследствие искажения, обусловленного преломлением света на границе воздух грань кристалла.

Наиболее близким по признакам к предлагаемому техническому решению (прототипом) 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 необходимости проводят измерения через другие грани кристалла (там же, с. 85).

Основными недостатками прототипа являются невысокая точность и малая производительность способа. Недостаточная точность объясняется тем, что 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. Малая производительность обусловлена необходимостью применения геометрических расчетов, причем для их проведения необходимо произвести дополнительные измерения таких параметров, как угол между нормалью к грани и оптической осью измерительного прибора.

Задачей изобретения является разработка более точного и более производительного способа определения положения дефекта в прозрачном камне.

Решение задачи определения положения дефекта в прозрачном камне по предлагаемому способу включает следующую последовательность действий: ориентацию кристалла таким образом, чтобы через плоские грани кристалла был виден дефект, просмотр внутренней части кристалла, при этом в соответствии с изобретением ориентируют кристалл таким образом, чтобы через разные грани были видны не менее двух изображений исследуемого дефекта в кристалле, регистрируют положение этих изображений в плоскости изображения два раза при помещении кристалла в две разные среды с разными показателями преломления, определяют положение дефекта в плоскости изображения в точке пересечения линий, соединяющих сместившиеся изображения дефектов на каждой из граней.

В результате преломления света на границе кристалла видимое изображение дефекта смещено по отношению к его истинному положению. Поэтому существуют такие ориентации кристалла, при которых один дефект виден одновременно через разные грани, причем положение видимых изображений зависит от показателя преломления на границе кристалла. При смене среды, в которую помещен кристалл, изменяется показатель преломления на границе кристалла, следовательно, изменяются положения видимых изображений дефекта на гранях. Из законов геометрической оптики следует, что все видимые изображения неоднородности и ее истинное положение лежат в одной плоскости, перпендикулярной грани кристалла и параллельной оптической оси регистрирующей системы. При этом видимое изображение неоднородности стремится к ее истинному положению при приближении коэффициента преломления среды к коэффициенту преломления кристалла. Другими словами, изображения дефекта, наблюдаемые в разных средах через одну и ту же грань кристалла, в плоскости изображения лежат на одной прямой, проходящей через истинное положение дефекта. Для получения такой прямой достаточно зарегистрировать видимые положения дефекта в кристалле при помещении его в две разные среды с разными коэффициентами преломления. Если изображения неоднородностей наблюдаются сразу через две и более граней, можно получить несколько таких прямых, на пересечении которых лежит проекция истинного положения дефекта на плоскость изображения в направлении, параллельном оптической оси регистрирующей системы.

Кроме того, предлагается после дважды проведенных для разных ориентаций кристалла описанных измерений определять пространственное положение дефекта в точке пересечения параллельных оптической оси регистрирующей системы линий, проходящих через положения дефекта в плоскостях изображения при каждом замере.

Предлагается также в качестве регистрирующей системы применять ЭВМ, на экране дисплея которой совмещено изображение от ЭВМ и телевизионное изображение кристалла.

Точность и производительность предлагаемого способа обусловлены тем, что при одной ориентации кристалла возможно определение двух координат положения дефекта относительно какого-либо фиксированного элемента кристалла. Кроме этого, способ автоматизируется при его реализации с использованием вычислительной и телевизионной техники и созданием специальных программных средств.

Таким образом, совокупность вышеперечисленных признаков позволяет достичь поставленной перед изобретением задачи.

Отсутствие любого из рассматриваемых признаков препятствует осуществлению способа, поэтому сделан вывод о соответствии их понятию "существенные признаки".

Заявителю неизвестны технические решения с вышеперечисленными существенными признаками, следовательно, настоящее техническое решение соответствует требованию новизны.

Сущность изобретения поясняется оптической схемой установки для реализации способа, представленной на фиг.1; на фиг.2 приведен пример проекции на плоскость изображения кристалла с видимыми изображениями дефекта в нем и показана схема определения истинного положения дефекта.

Способ осуществляется следующим образом.

Кристалл 1 (фиг.1), закрепленный, например, в оправке 2 посредством клеевого слоя 3, помещается в иммерсионную ванночку 4 с созданной в ней средой 5, в качестве которой использован, например, воздух. Кристалл 1 ориентируют таким образом, чтобы через разные грани были видны не менее двух изображений дефекта 7 в кристалле 1. Ванночка 4 освещается диффузным источником 6 света. Дефект 7 в кристалле 1 наблюдается, например, через две грани 8 и 9 кристалла 1, при этом видны два мнимых изображения 10 и 11 дефекта 7. Изображение, например, через линзу 12 и диафрагму 13 регистрируется, например, телекамерой 14.

Созданное таким образом телевизионное изображение выводится на экран дисплея, совмещаясь с изображением от ЭВМ. При этом появляется возможность с помощью специальных программных средств регистрировать на экране видимые положения дефектов при смене среды, в которой находится кристалл, и определять истинное положение дефекта.

Определение истинного положения дефекта в плоскости изображения производится следующим образом. Изображение кристалла 1 (фиг.2), спроектированное на плоскость изображения, выведено на экран дисплея ЭВМ. Видимые через грани 8 и 9 изображения 10 и 11 дефекта 7 регистрируются и запоминаются с помощью программных средств. Затем меняется среда, в которую помещен кристалл 1, например, путем заливания в иммерсионную ванночку 4 (фиг.1) воды 5. При этом смещаются видимые через грани 8 (фиг.2) и 9 изображения дефекта 7, они занимают положения 12 и 13. Новые положения 12 и 13 дефекта 7 также регистрируются и запоминаются с помощью программных средств. Затем проводятся прямые линии 14 и 15 через зарегистрированные положения видимых изображений соответственно 10-12 и 11-13 дефекта 7. Истинное положение дефекта в плоскости изображения находится в точке пересечения линий 14 и 15. При необходимости замеряются координаты истинного положения дефекта 7 относительно какого-либо фиксированного элемента кристалла 1, например заранее отмеченной вершины. Эти координаты определяют и положение параллельной оптической оси регистрирующей системы линии, проходящей через положение дефекта.

Для определения пространственного положения дефекта измерения проводятся два раза. Для этого после описанных измерений изменяется ориентация кристалла 1 (фиг.1), например, путем поворота оправки 2 вокруг своей оси до получения второй ориентации кристалла 1, при которой через разные грани видны не менее двух изображений дефекта в кристалле. Угол поворота оправки регистрируется. Измерения повторяются до получения второй пары координат, определяющих новое положение параллельной оптической оси регистрирующей системы линии, проходящей через положение дефекта 7, относительно того же элемента кристалла 1, что и при первом замере. Затем определятся пространственное положение дефекта 7 в точке пересечения полученных линий, проходящих через положения дефекта в плоскостях изображения при каждом замере.

Использование: при обработке прозрачных камней ПК, а именно в способах определения положения дефекта в ПК преимущественно с большим показателем преломления. Сущность изобретения: измерения производят при помещении ПК в разные среды с использованием вычислительной техники. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ДЕФЕКТА В ПРОЗРАЧНОМ КАМНЕ, при осуществлении которого кристалл ориентируют относительно регистрирующий системы так, чтобы через грань кристалла был виден дефект, после чего осуществляют просмотр внутренней части кристалла, отличающийся тем, что кристалл ориентируют так, чтобы дефект был виден по крайней мере еще через одну грань кристалла, помещают кристалл в две разные среды с разными показателями преломления, каждый раз регистрируя положение изображений дефекта в плоскости изображения, проводят в плоскости изображения прямые через изображения дефекта от каждой из граней, точка пересечения которых характеризует положение дефекта. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кристалл дополнительно ориентируют в другом направлении, повторяют все измерения для этого положения кристалла, а положение дефекта определяют по точке пересечения линий, проходящих через изображения дефекта в плоскости изображения при каждом замере.