СОРТИРОВКА ПОРОДЫ Российский патент 2017 года по МПК B07C5/342 

Область техники

Изобретение относится к классифицированию камней в агрегатном материале. Более конкретно, изобретение относится к идентификации алмазосодержащего материала, к классифицированию алмазосодержащего материала в качестве борта и/или к определению формы алмазосодержащего материала.

Уровень техники

Продукция алмазной шахты может быть разбита на три широкие категории: неалмазосодержащий материал, борт и алмазы, соответствующие качеству драгоценных камней (т.е. алмазное сырье, из которого реально получить драгоценные камни). Важной частью процесса добычи и сортировки является идентифицирование каждой из категорий и распределение исходного материала по этим категориям.

В контексте изобретения термин "борт" охватывает кристаллы алмаза неправильной формы и/или ориентации, имеющие лишь небольшую долю прозрачных частей. Борт практически бесполезен для изготовления граненых и полированных драгоценных камней, но может найти применения в промышленности, такие как сверление, резка и полирование. Термин "алмаз с качеством драгоценного камня" охватывает алмазы, которые не относятся к борту и, следовательно, могут быть полезны в производстве граненых драгоценных камней.

Современные способы сортировки продукции алмазной шахты включают ручную сортировку, осуществляемую специалистами по сортировке, которые при осуществлении подобных методов должны измерять и тестировать дискретные камни в составе агрегатного материала, чтобы определять, содержат ли эти камни алмазный материал и являются ли они бортом, а также определять их размеры и форму.

Раскрытие изобретения

Согласно первому аспекту изобретения предлагается сортировальный аппарат для классифицирования потенциально драгоценных камней в составе агрегатного материала, содержащий: транспортирующую систему для индивидуального транспортирования камня, извлеченного из агрегатного материала, по меньшей мере к одному месту измерения и измерительную систему, сконфигурированную с возможностью проводить, по меньшей мере в одном месте измерения, одно или более из следующих определений: содержит ли камень алмазный материал, содержит ли камень борт и какова форма камня. При этом аппарат дополнительно содержит распределительную систему, сконфигурированную для подачи камня из транспортирующей системы в одну из множества зон в зависимости от результатов определения, проведенного измерительной системой.

Как вариант, измерительная система содержит отбраковочное устройство для определения того, содержит ли камень алмазный материал.

Это отбраковочное устройство может быть сконфигурировано для определения того, содержит ли камень алмазный материал, посредством спектроскопии комбинационного рассеяния (рамановской спектроскопии), и содержать источник оптического излучения, способный испускать излучение, падающее на камень, и спектрометр, способный принимать излучение, исходящее от камня.

Отбраковочное устройство может также содержать один или более оптических элементов, сконфигурированных с возможностью фокусировать испущенное излучение в первую фокальную зону на камне, собирать излучение, исходящее из второй фокальной зоны на камне, и направлять это излучение в спектрометр. При этом первая и вторая фокальные зоны могут взаимно перекрываться.

Кроме того, отбраковочное устройство может дополнительно содержать одно или более оптоволокон, способных принимать и подводить испущенное излучение к камню, а также принимать и подводить излучение к спектрометру.

Как вариант, аппарат дополнительно содержит оптоволоконный пучок, состоящий из индивидуальных оптоволокон, каждое из которых способно принимать испущенное излучение и подводить его к камню или принимать излучение, исходящее от камня, и подводить его к спектрометру.

Расстояние от отбраковочного устройства до центра по меньшей мере одного места измерения может составлять 15-25 мм.

Как вариант, отбраковочное устройство сконфигурировано для проведения измерения в пределах временного интервала 2,5-22 мс.

Распределительная система может быть сконфигурирована для подачи камня в определенную зону в случае определения, посредством отбраковочного устройства, что камень не содержит алмазного материала.

Как вариант, измерительная система содержит тестирующее устройство для тестирования каждого камня на принадлежность к борту.

При этом тестирующее устройство может содержать по меньшей мере один источник оптического излучения, сконфигурированный для испускания излучения, и камеру, сконфигурированную для приема испущенного излучения после его прохождения через камень, когда он находится по меньшей мере в одном месте измерения.

В этом случае по меньшей мере один источник излучения может содержать первый и второй источники излучения.

Как вариант, по меньшей мере один источник излучения и камера расположены на противоположных сторонах по меньшей мере одного места измерения таким образом, что по меньшей мере один источник излучения находится вне поля зрения камеры.

В данном варианте по меньшей мере один источник излучения может быть сконфигурирован для испускания оптического излучения, а камера может быть сконфигурирована для формирования изображения при условии нахождения камня по меньшей мере в одном месте измерения. При этом тестирующее устройство дополнительно содержит процессор, сконфигурированный с возможностью определять яркость изображения и идентифицировать камень как борт, если указанная яркость находится ниже порогового значения.

Кроме того, по меньшей мере один источник излучения и камера могут быть синхронизированы для совместного функционирования в импульсном режиме.

Как вариант, распределительная система сконфигурирована для подачи камня в определенную зону, если тестирующее устройство определит, что камень содержит борт.

Как вариант, измерительная система содержит также устройство для измерения формы.

Это устройство для измерения формы может содержать комплект камер, каждая из которых обращена по меньшей мере к одному месту измерения.

В данном варианте камеры комплекта могут быть расположены по кругу.

Альтернативно, комплект камер имеет сферическую конфигурацию.

Как вариант, распределительная система сконфигурирована с возможностью сбрасывания камня с первого уровня транспортирующей системы через устройство для измерения формы на второй уровень транспортирующей системы, а также с возможностью подачи камня в определенную зону в зависимости от результата определения формы камня.

Транспортирующая система может содержать круглую питающую платформу, выполненную поворотной относительно измерительной системы и распределительной системы.

Как вариант, аппарат дополнительно содержит вакуумное сопло, находящееся на периферии подающей платформы и сконфигурированное с возможностью забора камня посредством вакуумного присасывания.

Распределительная система может содержать распределительные клапаны, сконфигурированные с возможностью приложения сдувающего давления с целью преодоления вакуумного присасывания при распределении объектов.

Как вариант, аппарат дополнительно содержит круглый питатель, способный вращаться в направлении, противоположном направлению вращения питающей платформы, и смещенный относительно нее в поперечном направлении при взаимном перекрытии периферийных областей питателя и платформы. В этом случае питатель сконфигурирован с возможностью подачи агрегатного материала с целью извлечения из него камней на платформу для их дальнейшего транспортирования.

При этом питающая платформа наклонена по отношению к питателю.

Как вариант, аппарат дополнительно содержит бункер, сконфигурированный для обеспечения подачи агрегатного материала с выдачей его на питатель.

В одном из вариантов транспортирующая система дополнительно содержит карусель, способную вращаться в различных направлениях. При этом питающая платформа и карусель расположены соответственно на первом и втором уровнях транспортирующей системы.

Как вариант, распределительная система сконфигурирована для выдачи камней с карусели.

Краткое описание чертежей

Далее, со ссылками на прилагаемые чертежи, будут, в качестве примеров, описаны различные варианты изобретения.

На фиг. 1A представлено схематичное перспективное изображение сортировального аппарата по изобретению.

На фиг. 1B представлено другое схематичное перспективное изображение сортировального аппарата по фиг. 1A.

На фиг. 1C аппарат по фиг. 1A схематично изображен на виде сверху.

На фиг. 1D аппарат по фиг. 1A схематично изображен на виде спереди.

На фиг. 1E аппарат по фиг. 1A схематично изображен на виде сбоку.

На фиг. 2 представлено схематичное изображение сортировального аппарата.

На фиг. 3A представлена схема отбраковочного устройства.

На фиг. 3B показан, в поперечном сечении, оптоволоконный пучок в составе отбраковочного устройства.

На фиг. 4 схематично изображено устройство для детектирования борта.

Осуществление изобретения

Далее будет описан сортировальный аппарат для идентифицирования и классифицирования алмазосодержащего материала в составе добытого агрегата. Подобные сортировальные аппараты могут быть сконфигурированы для того, чтобы определять, содержат ли камни, находящиеся в составе агрегатного материала, алмазный материал, является ли камень, содержащий алмазный материал, бортом и какую форму имеют любые алмазосодержащие камни, не относящиеся к борту. В зависимости от результатов определений, выполненных аппаратом, камень может быть направлен (рассортирован) в одну из множества зон.

В контексте изобретения термин "камень" охватывает любой кусок сортируемого агрегатного материала. Так, камень может являться отдельным куском породы или любого другого неалмазосодержащего материала или отдельным куском алмазосодержащего материала. Камень может иметь любые размеры и форму.

На фиг. 1A-1E схематично представлен, на различных видах, пример сортировального аппарата 100, который содержит транспортирующую систему 102, измерительную систему 104 и распределительную систему 106. Сортировальный аппарат 100 дополнительно содержит также питатель 108 и карусель 110, способную перемещаться в различных направлениях. В рассматриваемом сортировальном аппарате 100 транспортирующая система 102 содержит подающую платформу 103 и карусель 110.

Платформа 103 является круглой и поворотной вокруг оси 112. В рассматриваемом сортировальном аппарате 100 она вращается против часовой стрелки. Платформа 103 несет множество вакуумных сопел 114, расположенных по ее периметру. В вакуумных соплах 114 с помощью неизображенного вакуумного насоса поддерживается постоянный вакуум. В результате приложения к соплам 114 вакуума вблизи их концов создается присасывающее усилие. Поэтому сопла 114 способны извлекать (захватывать) камни из измельченной руды (далее - рудный материал, РМ), находящейся в питателе 108. При вращении платформы 103 камни транспортируются к множеству мест измерения.

Измерительная система 104 содержит измерительные устройства 104а, 104b, сконфигурированные для определения параметров камня, транспортируемого к каждому месту измерения. Измерительное устройство 104а представляет собой отбраковочное устройство, предназначенное определять, содержит ли камень алмазный материал. Измерительное устройство 104b является тестирующим устройством для детектирования борта, т.е. для определения того, является ли камень бортом. В варианте измерительной системы 104 по фиг. 1A-1E имеется также установочное место, в которое может быть помещено третье измерительное устройство 104с. Хотя на фиг. 1 соответствующее установочное место показано свободным от каких-либо устройств, в данном и других вариантах измерительной системы 104 в нем может находиться третье измерительное устройство 104с для определения формы камней. Измерительная система 104 является фиксированной. Поэтому при вращении платформы 103 сопла 114 и транспортируемые на них камни поочередно проходят через каждое из измерительных устройств.

Распределительная система 106 сконфигурирована для подачи камня к одной из множества зон в зависимости от результата определения, проведенного измерительной системой 104. Распределительная система содержит распределительные клапаны 106a-106d, расположенные на периферии распределительной пластины 116. Распределительные клапаны 106a-106d подсоединены к источнику сжатого воздуха (не изображен), обеспечивающему приложение к камню усилия, достаточного, чтобы преодолеть усилие, создаваемое вакуумом. В результате распределительные клапаны 106a-106d способны сдувать камень с сопла 114. Распределительная пластина 116 и распределительные клапаны 106а-106с являются фиксированными. Поэтому при вращении платформы 103 сопла 114 и транспортируемые на них камни поочередно проходят мимо каждого из распределительных клапанов 106a-106d.

Таким образом, платформа 103 выполнена вращающейся по отношению как к измерительной системе 104, так и к распределительной системе 106.

Питатель 108, имеющий круглую форму, снабжен желобом 118, проходящим по его периметру, и выпуклой пластиной 120, закрывающей место установки держателей питателя 108. Питатель 108 смещен в поперечном направлении относительно платформы 103 таким образом, что их периферийные области взаимно перекрываются. Более конкретно, область платформы 103, несущая сопла 114, перекрывает часть желоба 118. Питатель 108 приводится во вращение по часовой стрелке, т.е. в направлении, противоположном направлению вращения платформы 103. Эта конфигурация позволяет соплам 114 двигаться в зоне взаимного перекрытия платформы 103 и питателя 108 примерно с той же скоростью, что и камни в соответствующей зоне желоба 118. Это облегчает извлечение камней соплом 114.

Платформа 103 наклонена по отношению к питателю 108. Другими словами, плоскость вращения платформы 103 расположена под углом к плоскости вращения питателя 108. Это значит, что при вращении платформы 103 сопла 114 опускаются в сторону желоба 118, а затем поднимаются, отходя от него. В рассматриваемых сортировальных аппаратах плоскости вращения и платформы 103, и питателя 108 могут быть наклонены по отношению к горизонтальной плоскости. Такое расположение позволяет увеличить угол между платформой 103 и питателем 108 без использования слишком большого угла к горизонтальной плоскости и обеспечить больший зазор между концами сопел 114 и питателем 108, когда они отходят от него. В других вариантах сортировального аппарата 100 плоскость вращения платформы 103 может быть параллельна плоскости вращения питателя 108. В этих вариантах для опускания сопел 114, когда они проходят над желобом 118, могут применяться соответствующие механизмы, например кулачковый привод.

Карусель 110, расположенная ниже платформы 103, содержит группу расположенных по кругу приемных гнезд 110a, 110b, 110c… Карусель 110 смещена относительно платформы 103 таким образом, что их периферийные области перекрываются. Это значит, что область платформы 103, несущая сопла 114, перекрывает область карусели 110, несущую гнезда 110а, 110b, 110c… Более конкретно, зона перекрытия совпадает с местонахождением распределительного клапана 106d, так что активирование распределительного клапана 106d вызовет падение камня в гнездо 110а, 110b, 110c… карусели. Направление вращения карусели (по часовой стрелке) противоположно направлению вращения платформы 103 в конце ее цикла вращения, что позволяет обеспечить перемещение сопел 114 в зоне взаимного перекрытия платформы 103 и карусели 110 со скоростью, примерно равной скорости гнезд 110а, 110b, 110c…

Кроме того, сортировальный аппарат 100 содержит накопительные контейнеры 122а, 122b, 122с для приема камня после того, как он был выведен с платформы 103. Контейнеры 122а, 122b, 122с расположены под распределительными клапанами 106а, 106b, 106с соответственно.

При использовании аппарата в бункер (не изображен), находящийся над питателем 108, загружают определенное количество сырьевого (рудного) материала в виде агрегатов, имеющих заданные размеры. Под бункером установлена пара вращающихся в противоположных направлениях роликов, которые медленно выводят этот материал с производительностью, задаваемой уровнем РМ, уже находящегося на расположенном под ними вращающемся питателе 108. Таким образом, РМ подается с управляемым расходом из бункера к питателю 108 с обратной связью, обеспечиваемой детектором (не изображен), находящимся в непосредственной близости к питателю 108 и сконфигурированным для измерения уровня РМ в питателе 108. Детектор, измеряющий уровень РМ, посылает бункеру команды подавать к питателю 108 большее или меньшее количество сырьевого материала. Питатель 108 дополнительно содержит щетки (не изображены), предназначенные для удерживания РМ в желобе 118 питателя 108. Это способствует согласованию позиций индивидуальных камней в составе агрегатного РМ с соплами 114, закрепленными по периметру вращающейся платформы 112, когда они проходят через зону перекрытия.

К платформе 102 и, следовательно, к соплам 114 приложен постоянный вакуум. Поэтому, когда сопла 114 проходят над камнями, распределенными по желобу 118, конец сопла 114 извлекает один камень. Размеры сопел 114, установленных на платформе 103, зависят от размеров кусков РМ, подлежащего сортировке. Аппарат 100 может быть сконфигурирован с возможностью, в случае захвата одним соплом 114 двух камней, сбивать их с сопла 114 до начала любых измерений.

Камень, перенесенный на конец сопла 114, транспортируется им в результате вращения платформы 103 к местам измерения, расположенным вблизи измерительной системы 104. В сортировальном аппарате 100 предусмотрены три таких места, расположенные вблизи периферии платформы 103 и соответствующие трем измерительным устройствам 104а-104с.

Камень сначала транспортируется мимо отбраковочного устройства 104а, которое при этом определяет, содержит ли он алмазный материал или является неалмазосодержащим материалом. Затем камень транспортируется мимо второго измерительного устройства 104b, которое при этом определяет, классифицируется ли любой идентифицированный алмазосодержащий материал в качестве борта.

Выходные сигналы от измерительных устройств 104а-104с поступают в распределительную систему 106. Эта система 106 содержит контроллер, который, в зависимости от выходных сигналов, определяет, в каком месте должна производиться выдача камня. Данный, распределяющий контроллер, который может быть микропроцессором или иным подходящим электронным устройством, управляет функционированием распределительных клапанов 106a-106d. Каждый распределительный клапан 106а-106с соответствует одному из измерительных устройств 104а-104с. Таким образом, функционирование каждого распределительного клапана 106а-106с управляется в зависимости от выходного сигнала соответствующего измерительного устройства. Поэтому распределительный клапан 106а-106с расположен в направлении транспортирования камня за соответствующим измерительным устройством 104а-104с. В представленном сортировальном аппарате 100 все измерительные устройства 104а-104с расположены перед распределительными клапанами 106а-106с.

После того как камень был протестирован измерительными устройствами 104а-104с, он транспортируется к распределительной системе 106. К этому моменту выходные сигналы всех измерительных устройств 104а-104с были переданы контроллеру, который по результатам тестов определяет, какой из распределительных клапанов 106a-106d должен быть задействован. Если первое измерительное устройство 104а определяет пустую породу, т.е. устанавливает, что камень не содержит алмазного материала, то задействуется первый распределительный клапан 106а для подачи камня с сопла 114 в первый контейнер 122а. Если второе измерительное устройство 104b определяет, что камень представляет собой борт, задействуется второй распределительный клапан 106b для подачи камня во второй контейнер 122b.

Камни, которые не были выданы посредством любого предыдущего распределительного клапана, выдаются последним распределительным клапаном 106d, находящимся на платформе 103. Камни, выданные клапаном 106d, должны соответствовать качеству драгоценного камня. К распределительному клапану 106d приложено постоянное давление воздуха, заставляющее любой камень упасть с сопла 114. Освобожденное сопло 114 продолжает свое вращение, чтобы сблизиться с желобом 118 питателя 108, после чего описанный процесс начнется снова.

Как было описано выше, сортировальный аппарат 100 сконфигурирован с возможностью идентифицировать алмазосодержащий материал и классифицировать алмазосодержащий материал в качестве борта или алмаза, соответствующего качеству драгоценного камня. Весь неалмазосодержащий материал будет находиться в первом контейнере 122а, а весь борт - во втором контейнере 122b.

Камни, выданные через распределительный клапан 106d, падают в одно из гнезд 124а, 124b… карусели 110. При своем падении камни проходят через детектор формы (на фиг. 1А-1Е не изображен), который входит в состав измерительной системы 104. Эта операция будет подробно описана со ссылками на фиг. 2.

На фиг. 2 схематично изображен сортировальный аппарат 200. Он имеет схожую конфигурацию с сортировальным аппаратом 100, за исключением того, что содержит два измерительных устройства 204а, 204b, установленных у периферии платформы 203, и третье измерительное устройство 204с, установленное между платформой 203 и каруселью 210. На фиг. 2 показан также бункер 226, не изображенный на фиг. 1А-1Е.

Как и в описанном сортировальном аппарате 100, первое и второе измерительные устройства 204а, 204b определяют соответственно, содержит ли камень алмазный материал и представляет ли камень собой борт. После этого распределяющий контроллер (не изображен) активирует распределительные клапаны 206а и 206b для соответствующей выдачи камня.

Камни, которые не содержат алмазный материал и не представляют собой борт, выдаются посредством распределительного клапана 206с, функционирующего аналогично распределительному клапану 106d сортировального аппарата 100. Выданный посредством распределительного клапана 206с камень падает через измерительное устройство 204с, входящее в состав измерительной системы и представляющее собой детектор формы. Данный детектор содержит камеры 228, каждая из которых предназначена для получения изображения камня, когда он проходит через данное место измерения. Фиг. 2 соответствует наличию только двух камер. В конкретных сортировальных аппаратах может использоваться комплект камер, расположенных по кругу. В других сортировальных аппаратах комплект камер может иметь другую конфигурацию, например сферическую. Комплект камер сканирует камень с различных сторон и сортирует каждый камень по его форме. Форма камня, определенная измерительным устройством 204с, сообщается контроллеру. Камень продолжает падать до его приема гнездом карусели 210. Каждое гнездо карусели 210 имеет в своем основании независимо управляемое отверстие. Карусель 210 вращается, и гнезда проходят над контейнерами 224. Распределяющий контроллер управляет отверстием каждого гнезда так, чтобы обеспечить подачу камня в нужный контейнер в соответствии с определенной формой камня. Контейнеры 224, показанные на фиг. 2, соответствуют категориям, на которые могут разделяться камни. В состав контейнеров 224 входят, в частности, контейнер борта ("БОРТ"), в который может подаваться ранее не распределенный борт; контейнер отбракованного материала ("ОТБР МАТ"); контейнер для "индийских" пластинчатых алмазов ("ИНД ПЛ"); контейнер для отбракованных пластинчатых алмазов ("ОТБР ПЛ"); два контейнера для алмазов различных форм ("ФОРМА 1", "ФОРМА 2/3") и контейнер для повторной сортировки ("ПОВТОРИ").

Контейнер "ПОВТОРИ" предназначен для камней, возвращаемых в бункер для повторного прохода через сортировальный аппарат 100, 200. Следовательно, если один или более тестов, проведенных измерительными устройствами, дал промежуточный результат, камень может быть возвращен в бункер, чтобы сортировальный аппарат 100, 200 мог сделать еще одну попытку сортировки данного камня.

Таким образом, описанные сортировальные аппараты 100, 200 производят сортировку рудного материала из алмазной шахты на неалмазосодержащий материал, борт и алмазы с качеством драгоценных камней. Алмазы последней группы дополнительно сортируются в зависимости от их формы.

В других вариантах сортировальных аппаратов измерительные устройства 104а-104с, 204а-204b могут чередоваться с распределительными клапанами 106а-106с, 206а-206b. В таких вариантах важным условием является установка распределительного клапана в направлении вращения платформы за соответствующим ему измерительным устройством. Например, первый распределительный клапан может быть расположен сразу же за первым измерительным устройством, так что, если камень "не проходит" тест на первом измерительном устройстве, он будет выведен первым распределительным клапаном 106а сразу же по завершении теста и, следовательно, не придет ко второму месту измерения.

На фиг. 3А представлен пример отбраковочного устройства 300, которое детектирует алмазный материал, используя рамановскую спектроскопию. Устройство 300 содержит два лазерных источника 302а, 302b излучения, способных испускать оптическое (световое) излучение, падающее на камень 304. В конкретном варианте устройства 300 лазерные источники 302а, 302b могут испускать свет с длиной волны 660 нм и иметь выходную мощность 130 мВт. Оптоволоконный пучок 308 содержит три оптоволокна 308а, 308b, 308с. Первое лазерное устройство 302а оптически сопряжено с первым оптоволокном 308а. Второе лазерное устройство 302b оптически сопряжено с третьим оптоволокном 308с. Спектрометр 310, сконфигурированный для приема излучения, исходящего от камня 304, оптически сопряжен со вторым оптоволокном 308b. Три оптоволокна 308а, 308b, 308с в составе пучка 308 объединены на выходном участке 308d. Структура оптоволоконного пучка, выходной участок 308d которого представлен на фиг. 3В в поперечном сечении, будет рассмотрена далее.

Между выходом 308d оптоволоконного пучка 308 и камнем 304 расположена линза 312, предназначенная для фокусирования света, исходящего из первого и третьего оптоволокон 308а, 308с, в фокальной точке, находящейся на камне, и для сбора света от аналогичной фокальной точки для подачи к спектрометру 310. Спектрометр может быть фотолюминесцентным спектрометром, сконфигурированным для работы совместно с прибором DiamondPLus®, производимым фирмой Diamond Trading Company.

На фиг. 3B изображено поперечное сечение концевого участка 308d оптоволоконного пучка. Можно видеть три оптоволокна 308а, 308b, 308с, заключенные в наружную оболочку 316. В представленном варианте устройства 300 первое и третье оптоволокна 308а, 308с могут иметь диаметр около 100 мкм, а второе оптоволокно 314b - диаметр около 600 мкм.

Камень 304, транспортируемый соплом 306, которое удерживает камень 304 посредством вакуумного присасывания, как это было описано выше, подведен к месту измерения.

При использовании устройства 300 первый и второй лазерные источники 302а, 302b испускают световое излучение, которое распространяется по первому и третьему оптоволокнам 308а, 308с соответственно. Излучение фокусируется линзой 312 в фокальной точке, находящейся на камне 304, когда он подведен к месту измерения. Некоторая часть излучения испытывает, в результате рамановского эффекта, неупругое рассеяние и испускается на другой длине волны (данный процесс можно рассматривать также как форму фотолюминесценции). Излучение, испущенное камнем, собирается из фокальной точки линзой 312 и фокусируется на второе оптоволокно 308b. Это излучение подводится к спектрометру 310, где оно анализируется с целью определить, содержит ли камень алмазный материал. Рамановское рассеяние излучения алмазом приводит к появлению в спектре этого излучения характеристического пика. Смещение этого пика (измеряемое в волновых числах) относительно длины волны возбуждающего излучения составляет 1332 см^-1. Если этот пик имеется, спектрометр подтвердит, что в камне присутствует алмазный материал. При отсутствии этого пика камень классифицируется как порода, не являющаяся алмазом.

Расстояние от выхода отбраковочного устройства 300 до места измерения, к которому подводится камень 304, может составлять 15-25 мм. В конкретном варианте отбраковочного устройства это расстояние равно 20 мм.

Отбраковочное устройство 300 может быть способно производить измерение за время 2,5-22 мс. Длительность измерения рассчитывается в зависимости от размера камня, подлежащего измерению. Конкретный вариант отбраковочного устройства 300 может быть сконфигурирован для проведения измерения за 10 мс.

Как было упомянуто, распределительная система 106, 206 определяет место, в котором производится выведение камня 304, в зависимости от результата определения, выполненного отбраковочным устройством 300.

Другие варианты отбраковочного устройства могут содержать единственный лазерный источник. Соответственно, эти варианты могут содержать раздваивающийся пучок, состоящий из двух оптоволокон. Вместе с тем, в других отбраковочных устройствах можно использовать более двух лазерных источников при соответствующей модификации других компонентов.

На фиг. 4 представлен пример тестирующего устройства 400 для детектирования борта. Оно содержит камеру 402 и первый и второй светодиоды СД 404а, 404b, способные испускать излучение, падающее на камень 406, когда он находится в заданном месте измерения. Угол 408 между оптическими осями СД 404а, 404b составляет 40°-50°, в конкретном примере 50°. Первая и вторая линзы 410а, 410b предназначены для придания пучкам излучения от СД 404а, 404b требуемых параметров. В частности, первая и вторая линзы 410а, 410b сконфигурированы для формирования пучков с расходимостью примерно 15°. Поле 412 зрения камеры 402 выбрано достаточным для наблюдения всего камня 406. Камера 402 может, в частности, представлять собой ПЗС-камеру с интерфейсом FireWire, например камеру AVT Stingray 146b.

Увеличение, обеспечиваемое оптикой камеры 402, должно быть таким, чтобы камень 406 интересующего размера перекрывал значительную часть поля 412 зрения. В варианте по фиг. 4 диагональ поля 412 зрения составляет 22,4 мм, т.е. поле зрения, покрываемое использованной в камере ПЗС-матрицей, имеет размеры 17,9 мм × 13,4 мм. При этом оптика камеры должна обеспечивать глубину поля зрения, достаточную для того, чтобы камень 406 находился в фокусе по всей своей глубине.

В примере устройства по фиг. 4 используются сильноточные СД (Lumiled, Luxeon Rebel, 50lm.LXM2-PD01-0050). Были выбраны красные СД, потому что поглощение алмаза на испускаемых ими длинах волн слабее, чем на более коротких длинах волн. По этой причине цвет алмазосодержащего материала будет в меньшей степени влиять на пропускание излучения, чем в более коротковолновом диапазоне. Поглощение алмаза еще более снижается при смещении длины волны в ИК диапазон. Однако, хотя камера способна работать в ближней ИК области, при этом могут ухудшиться разрешение в изображении и чувствительность. Кроме того, обычные линзы, рассчитанные для видимой области, могут работать не столь эффективно.

При этом расположение СД 404а, 404b выбрано с учетом поля 412 зрения камеры 402 таким образом, что они находятся за пределами этого поля. Тем самым устраняется прямое попадание излучения, испущенного СД 404а, 404b, на камеру 402.

Устройство 400 содержит также процессор 414, расположенный в камере 402 (или ассоциированный с ней), который предназначен для обработки формируемых камерой изображений с целью определить, является ли камень 406 бортом.

При использовании устройства камни 406 транспортируются, например, на вакуумных соплах 114, 214 (как было описано выше) к месту измерения, т.е. к положению в поле 412 камеры 402. Камень 406 освещается СД 404а, 404b, расположенными на противоположной по отношению к камере 402 стороне камня 406 и направленными на него. Как было упомянуто, СД 404а, 404b расположены так, что они находятся вне поля 412 зрения камеры 402, т.е. невидимы для нее. Поле 412 зрения позади камня 406 должно быть темным. Чтобы определить, является ли камень 406 бортом, камера 402 формирует изображение камня и измеряет яркость этого изображения. Яркость изображения является показателем чистоты камня и, как следствие, его способности пропускать излучение. Борт обладает меньшей прозрачностью, чем алмаз с качеством драгоценного камня, так что яркость освещенного камня 406 служит индикатором того, является камень 406 бортом или обладает качеством драгоценного камня. Если яркость находится ниже порогового значения, камень 406 определяется как борт. Пороговый уровень может быть любой подходящей величиной, зависящей от требований к устройству. В частности, он может зависеть от размеров камня 406 и/или настроек СД 404а, 404b и камеры 402.

Дальнейшая квантификация может включать анализ изображения камня с целью идентифицировать включения. Могут быть также заданы дополнительные пороги для плотности расположения включений с целью задать порог на чистоту. С этой целью может быть применен модифицированный анализ методом линейного дискриминанта Фишера (ЛДФ). Базовая идея ЛДФ состоит в том, чтобы как можно в большей степени разделить индивидуальные классы. При детектировании борта задача состоит в разделении камней на две группы: борт и неборт. В группах борта и неборта имеются соответственно три и шесть индивидуальных классов. Поэтому при проведении анализа желательно объединить в один кластер все классы борта, а в другой - все классы неборта, но при этом максимизировать расстояние между двумя группами.

Вакуумные сопла 114, 214 могут иметь горизонтальную скорость около 400 мм/с. Чтобы изображения камней 406, формируемые камерой 402, не были размыты, один из вариантов устройства 400 для детектирования борта может быть сконфигурирован для импульсного освещения, так что движение камня "замораживается", т.е. используется стробоскопический эффект. С этой целью камера 402 и СД 404а, 404b могут быть синхронизированы для работы в импульсном режиме, в котором освещение камня и формирование его изображения происходят в течение короткого временного интервала. Длительность каждого импульса освещения может быть меньше, чем время, которое требуется камню, чтобы его изображение переместилось на один или два пикселя. В одном варианте устройства 400 один пиксель камеры 402 соответствует в пространстве изображений у места измерения 0,01 мм. Соответственно, длительность импульса освещения должна составлять

В этом случае движение камня не приводит к размыванию изображения.

Затвор камеры запускается таким образом, чтобы стробирующий импульс генерировался, когда камера 402 находится в режиме экспонирования. Поскольку камни 406, зафиксированные на соплах 114, 214, движутся в период экспонирования, положение алмаза по горизонтали в пределах поля зрения можно настроить путем изменения момента, в который, в пределах периода экспонирования, испускается стробирующий импульс. Дополнительное преимущество функционирования камеры 402 и СД 404а, 404b в импульсном режиме состоит в увеличении срока службы СД 404а, 404b.

Для управления СД 404а, 404b может использоваться контроллер (не изображен), сконфигурированный для выдачи стробирующих импульсов. Помимо выработки коротких сильноточных импульсов, контроллер может обеспечивать защиту СД 404а, 404b путем отслеживания того, чтобы их коэффициент использования не достигал уровня, приводящего к быстрому выходу этих СД из строя.

Описанное устройство формирует изображения камней таким образом, что яркость изображений тем больше, чем больше прозрачного алмазного материала содержится в конкретном камне. Это позволяет, при использовании соответствующих методов обработки, производить отнесение камней к различным категориям.

Как было описано выше, распределительная система 106, 206 может быть сконфигурирована для подачи камня 406 в ту или иную приемную зону в зависимости от результата определения, выполненного устройством 400 детектирования борта.

Специалисту в данной области будут ясны и другие варианты изобретения, не выходящие за пределы прилагаемой формулы.

Сортировальный аппарат (100) для классифицирования необработанных потенциально драгоценных камней в составе агрегатного материала. Аппарат содержит транспортирующую систему (102) для индивидуального транспортирования камня, извлеченного из агрегатного материала, по меньшей мере к одному месту измерения и измерительную систему (104), сконфигурированную с возможностью проводить, по меньшей мере в одном месте измерения, одно или более из следующих определений: содержит ли камень алмазный материал, содержит ли алмазный материал борт и какова форма камня. Аппарат содержит также распределительную систему (106), сконфигурированную для подачи камня из транспортирующей системы в одну из множества зон в зависимости от результатов определения, проведенного измерительной системой. 28 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Сортировальный аппарат для классифицирования потенциально драгоценных камней в составе агрегатного материала, содержащий:

транспортирующую систему для индивидуального транспортирования камня, извлеченного из агрегатного материала, по меньшей мере к одному месту измерения и

измерительную систему, сконфигурированную с возможностью проводить, по меньшей мере в одном месте измерения, одно или более из следующих определений:

содержит ли камень алмазный материал,

содержит ли камень борт и

какова форма камня;

при этом аппарат дополнительно содержит распределительную систему, сконфигурированную для подачи камня из транспортирующей системы в одну из множества зон в зависимости от результатов определения, проведенного измерительной системой.

2. Аппарат по п. 1, в котором измерительная система содержит отбраковочное устройство для определения того, содержит ли камень алмазный материал.

3. Аппарат по п. 2, в котором отбраковочное устройство сконфигурировано для определения того, содержит ли камень алмазный материал, посредством рамановской спектроскопии и содержит источник излучения, способный испускать оптическое излучение, падающее на камень, и спектрометр, способный принимать излучение, исходящее от камня.

4. Аппарат по п. 3, в котором отбраковочное устройство дополнительно содержит один или более оптических элементов, сконфигурированных с возможностью фокусировать испущенное излучение в первую фокальную зону на камне, собирать излучение, исходящее из второй фокальной зоны на камне, и направлять его в спектрометр, при этом первая и вторая фокальные зоны взаимно перекрываются.

5. Аппарат по п. 3 или 4, в котором отбраковочное устройство дополнительно содержит одно или более оптоволокон, способных принимать и подводить испущенное излучение к камню, а также принимать и подводить излучение к спектрометру.

6. Аппарат по п. 5, который содержит оптоволоконный пучок, состоящий из индивидуальных оптоволокон, каждое из которых способно принимать испущенное излучение и подводить его к камню или принимать излучение, исходящее от камня, и подводить его к спектрометру.

7. Аппарат по п. 2, в котором расстояние от отбраковочного устройства до центра по меньшей мере одного места измерения составляет 15-25 мм.

8. Аппарат по п. 2, в котором отбраковочное устройство сконфигурировано для проведения измерения в пределах временного интервала 2,5-22 мс.

9. Аппарат по п. 2, в котором распределительная система сконфигурирована для подачи камня в определенную зону в случае определения, посредством отбраковочного устройства, что камень не содержит алмазного материала.

10. Аппарат по п. 1, в котором измерительная система содержит тестирующее устройство для тестирования каждого камня на принадлежность к борту.

11. Аппарат по п. 10, в котором тестирующее устройство содержит по меньшей мере один источник излучения, сконфигурированный для испускания оптического излучения, и камеру, сконфигурированную для приема испущенного излучения после его прохождения через камень, когда он находится по меньшей мере в одном месте измерения.

12. Аппарат по п. 11, в котором по меньшей мере один источник излучения содержит первый и второй источники излучения.

13. Аппарат по п. 11 или 12, в котором по меньшей мере один источник излучения и камера расположены на противоположных сторонах по меньшей мере одного места измерения таким образом, что по меньшей мере один источник излучения находится вне поля зрения камеры.

14. Аппарат по п. 11, в котором по меньшей мере один источник излучения сконфигурирован для испускания оптического излучения, а камера сконфигурирована для формирования изображения при условии нахождения камня по меньшей мере в одном месте измерения, при этом тестирующее устройство дополнительно содержит процессор, сконфигурированный с возможностью определять яркость изображения и идентифицировать камень как борт, если указанная яркость находится ниже порогового значения.

15. Аппарат по п. 14, в котором по меньшей мере один источник излучения и камера синхронизированы для совместного функционирования в импульсном режиме.

16. Аппарат по п. 10, в котором распределительная система сконфигурирована для подачи камня в определенную зону, если тестирующее устройство определит, что камень содержит борт.

17. Аппарат по п. 1, в котором измерительная система содержит устройство для измерения формы.

18. Аппарат по п. 17, в котором устройство для измерения формы содержит комплект камер, каждая из которых обращена по меньшей мере к одному месту измерения.

19. Аппарат по п. 18, в котором камеры комплекта расположены по кругу.

20. Аппарат по п. 18, в котором комплект камер имеет сферическую конфигурацию.

21. Аппарат по любому из пп. 17-20, в котором распределительная система сконфигурирована с возможностью сбрасывания камня с первого уровня транспортирующей системы через устройство для измерения формы на второй уровень транспортирующей системы, а также с возможностью подачи камня в определенную зону в зависимости от результата определения формы камня.

22. Аппарат по п. 1, в котором транспортирующая система содержит круглую питающую платформу, выполненную поворотной относительно измерительной системы и распределительной системы.

23. Аппарат по п. 22, дополнительно содержащий вакуумное сопло, находящееся на периферии подающей платформы и сконфигурированное с возможностью забора камня посредством вакуумного присасывания.

24. Аппарат по п. 23, в котором распределительная система содержит распределительные клапаны, сконфигурированные с возможностью приложения сдувающего давления с целью преодоления вакуумного присасывания при распределении камней.

25. Аппарат по любому из пп. 22-24, дополнительно содержащий круглый питатель, способный вращаться в направлении, противоположном направлению вращения питающей платформы, и смещенный относительно нее в поперечном направлении при взаимном перекрытии периферийных областей питателя и платформы, причем питатель сконфигурирован с возможностью подачи агрегатного материала с целью извлечения из него камней на платформу для их дальнейшего транспортирования.

26. Аппарат по п. 25, в котором питающая платформа наклонена по отношению к питателю.

27. Аппарат по п. 25, дополнительно содержащий бункер, сконфигурированный для обеспечения подачи агрегатного материала с выдачей его на питатель.

28. Аппарат по п. 22, в котором транспортирующая система дополнительно содержит карусель, способную вращаться в различных направлениях, при этом питающая платформа и карусель расположены соответственно на первом и втором уровнях транспортирующей системы.

29. Аппарат по п. 28, в котором распределительная система сконфигурирована для выдачи камней с карусели.