CN111707666B - 一种钻石腰线观测仪及观测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻石腰线观测仪，包括支撑平台、成像调整系统、成像系统、钻石定位装置和钻石吸附旋转系统；成像系统包括显微镜头和与该显微镜头连接的相机，以用于拍摄显微镜中观察的钻石的腰线图片，显微镜头的轴线沿左右方向延伸；钻石定位装置包括手轮、凸轮轴、凸轮、配重块、滑动轴承、光杆和定位块，定位块的底部设置有用于让钻石的钻尖伸入该定位块的定位孔；钻石吸附旋转系统位于所述定位块的下方，钻石吸附旋转系统包括用于吸附钻石的台面的真空吸附装置和用于带动所述真空吸附装置转动的电机。本发明依据大量钻石的腰部成型的圆周分布特点，结合光学变倍成像原理、气动旋转吸附方法和图像处理技术，鉴定结果准确。

Description

一种钻石腰线观测仪及观测方法

技术领域

本发明属于珠宝玉石测量检测技术领域，更具体地，涉及一种钻石腰线观测仪及观测方法。

背景技术

钻石制品的加工状态是衡量钻石切工技术的重要信息，同时也是钻石制品独特的几何特性。钻石的腰线加工状态和几何形态，直接反映了钻石的加工和磨削水平，是钻石加工工艺能力和产品质量的重要体现，同时钻石腰线在圆周分布的几何尺寸是由钻石加工过程的各种工序自然形成的误差累积结果，不同钻石个体的腰线几何特征具有明显的差异性，是每个钻石产品的固有特征，可以作为单个钻石产品的身份标示信息加以应用，为钻石产品在流通过程进行身份识别、溯源和监管提供重要的依据。因此，研究钻石腰线的状态观测仪器，开展钻石腰线状态的准确观测和记录，对于钻石加工工艺改进，身份识别和鉴定具有重要意义。

目前一般是依靠珠宝鉴定师用肉眼来进行检验，而由于珠宝鉴定师的经验、状态存在着差异，因此难免会存在着鉴定误差，使得准确度不够高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种钻石腰线观测仪及观测方法，其依据大量钻石的腰部成型的圆周分布特点，结合光学变倍成像原理、气动旋转吸附方法和图像处理技术，鉴定结果准确。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种钻石腰线观测仪，其特征在于，包括支撑平台、成像调整系统、成像系统、钻石定位装置和钻石吸附旋转系统，其中：

所述成像调整系统安装在所述支撑平台上，并且所述成像调整系统上安装所述成像系统，以用于带动所述成像系统沿左右、前后和上下移动；

所述成像系统包括显微镜头和与该显微镜头连接的相机，以用于拍摄显微镜中观察的钻石的腰线图片，所述显微镜头的轴线沿左右方向延伸；

所述钻石定位装置包括手轮、凸轮轴、凸轮、配重块、滑动轴承、光杆和定位块，所述凸轮轴水平设置并且可转动安装在所述支撑平台上，该凸轮轴的一端连接所述手轮而另一端连接所述凸轮，所述凸轮承接所述配重块，以用于带动所述配重块上下移动，所述滑动轴承竖直安装在所述支撑平台上，所述光杆穿过所述滑动轴承，并且所述光杆的上端连接所述配重块而下端连接所述定位块，所述定位块的底部设置有用于让钻石的钻尖伸入该定位块的定位孔；

所述钻石吸附旋转系统位于所述定位块的下方，该钻石吸附旋转系统包括用于吸附钻石的台面的真空吸附装置和用于带动所述真空吸附装置转动的电机。

优选地，所述钻石定位装置还包括拉伸弹簧，该拉伸弹簧穿装在所述光杆上，该拉伸弹簧的一端固定连接所述配重块而另一端固定连接所述支撑平台，以使所述配重块始终与所述凸轮接触。

优选地，所述成像调整系统包括用于带动所述成像系统沿左右移动的调焦装置、用于带动所述成像系统沿上下移动的升级调整系统和用于带动所述成像系统沿前后移动的一维位置调整系统。

优选地，所述调焦装置为粗微调焦托架。

优选地，所述显微镜为连续变倍体现显微镜。

优选地，所述显微镜头上还安装有环形光源和/或同轴光源。

优选地，所述支撑平台在对应于凸轮的位置分别设置有第一限位销钉和第二限位销钉，并且在配重块到达最高处时，所述第一限位销钉与凸轮接触以进行限位，在配重块到达最低处时，所述第二限位销钉与凸轮接触以进行限位。

优选地，所述真空吸附装置包括旋转吸附主轴、真空腔体、电机和二维移动平台，所述旋转吸附主轴竖直设置，该旋转吸附主轴的下端穿过真空腔体后通过联轴器与电机相连接，所述二维位移调整台连接所述电机，以用于带动所述电机沿上下和前后移动。

优选地，所述真空腔体具有中央气室、两个主轴配合腔和两个密封圈安装槽，中央气室位于两个所述主轴配合腔之间，两个所述主轴配合腔位于两个所述密封圈安装槽之间，每个所述密封圈安装槽内均安装有密封圈，每个所述密封圈均固定套接在所述旋转吸附主轴上，所述中央气室的直径大于主轴配合腔的直径，主轴配合腔的直径大于旋转吸附主轴的直径，所述真空腔体上设有与所述中央气室连通的吸气孔，所述吸气孔处的内壁上设置有螺纹孔，以通过气密螺纹接头和管路与气泵相连接，沿所述旋转吸附主轴的轴向设置有竖直盲孔，所述竖直盲孔从所述旋转吸附主轴的顶端面向下延伸，沿所述旋转吸附主轴的径向设置有连通所述竖直盲孔和中央气室的径向孔。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种钻石腰线观测仪进行钻石腰线观测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将钻石的台面放置在真空吸附装置上，让真空吸附装置吸附钻石；

2）通过手轮旋转凸轮，使得光杆带动定位块下移，移动钻石使钻石的钻尖对准定位块的定位孔中，继续让定位块下移直至定位块与钻石接触，以完成钻石的对心定位，然后反方向转动手轮，使定位块上移从而与钻石分离；

3）调节成像调整系统和显微镜头，使相机采集到所需清晰度的钻石腰线图像；

4）采用相机上的线纹尺标定成像系统的视场宽度；

5）通过钻石的重量和切割方法获得钻石的腰线分布圆周的周长和半径；

6）根据步骤4）的视场宽度和步骤5）的钻石的腰线分布圆周的半径，获得单幅视场采集到的钻石弧长对应的圆心角α；

7）用360°除以圆心角α，将得到的商值向大数方向取最近的数值圆整，将360°除以圆整后的商值得到的数值作为新的圆心角β；

8）按照该圆心角β设置钻石吸附旋转系统中电机的单次旋转角度值，电机每旋转角度β，相机进行一次拍照和保存图像，通过交替的旋转和拍照，直至钻石旋转达360°，则获得钻石的腰线分布圆周所有位置的图像。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1）本发明的成像调整系统可以方便地调整成像系统的显微镜的位置，通过成像系统可以对钻石的腰线进行清晰地拍照，通过钻石定位装置可以对钻石进行对准和调心，通过钻石吸附旋转系统可以吸附钻石及旋转钻石，从而可以让成像系统对钻石的腰线进行360°的全方位拍照，便于通过钻石的腰线来进行身份识别和鉴定，鉴定结果准确。

2）本发明通过凸轮的转动来带动光杆和定位块上下移动，结构紧凑，可靠性高，使得钻石的钻尖能够伸入到定位块的定位孔内进行自适应的对准和调心，从而有利于成像系统对钻石的准确拍照和观察。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的左视图；

图3是本发明中旋转吸附主轴与真空腔体的装配示意图；

图4a是钻石的各部位示意图；

图4b是图4a中腰线在A处拍摄的图像。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照各附图，一种钻石腰线观测仪，包括支撑平台、成像调整系统、成像系统、钻石定位装置31和钻石吸附旋转系统，其中：

所述成像调整系统安装在所述支撑平台上，并且所述成像调整系统上安装所述成像系统，以用于带动所述成像系统沿左右、前后和上下移动；

所述成像系统包括显微镜头11和与该显微镜头连接的相机13，以用于拍摄显微镜头11中观察的钻石的腰线图片，所述显微镜头11的轴线沿左右方向延伸；

所述钻石定位装置31包括手轮312、凸轮轴314、凸轮310、配重块301、滑动轴承304、光杆303和定位块305，所述凸轮轴314水平设置并且通过径向轴承313可转动安装在所述支撑平台的竖直平板311上，该凸轮轴314的一端连接所述手轮312而另一端连接所述凸轮310，所述凸轮310承接所述配重块301，以用于带动所述配重块301上下移动，所述滑动轴承304竖直安装在所述支撑平台的水平支撑平板51中上，所述光杆303穿过所述滑动轴承304，并且所述光杆303的上端连接所述配重块301而下端连接所述定位块305，所述定位块305的底部设置有用于让钻石的钻尖伸入该定位块305的定位孔；定位块305的底部优选采用上大下小的锥形结构，定位孔设置在该锥形结构上，既保证上部的螺纹连接强度，又方便小尺寸的钻石快速定位到盲孔，同时锥面与显微镜头11轴线之间形成比较大的反射倾角，防止同轴光源14照射后背景光反射入显微镜头11的镜孔中造成干扰

所述钻石吸附旋转系统位于所述定位块305的下方，该钻石吸附旋转系统包括用于吸附钻石的台面的真空吸附装置和用于带动所述真空吸附装置转动的电机45。

进一步地，所述钻石定位装置31还包括拉伸弹簧302，该拉伸弹簧302穿装在所述光杆303上，该拉伸弹簧302的一端固定连接所述配重块301而另一端固定连接所述支撑平台，以使所述配重块301始终与所述凸轮310接触。

进一步地，所述成像调整系统包括用于带动所述成像系统沿左右移动的调焦装置21、用于带动所述成像系统沿上下移动的升级调整系统和用于带动所述成像系统沿前后移动的一维位置调整系统23。

进一步地，所述调焦装置21为粗微调焦托架，粗微调焦托架可以对显微镜的焦距进行粗调和微调。

进一步地，所述显微镜头连接变倍机构，所述变倍机构连接所述相机，所述变倍机构安装在所述成像调整系统上。显微镜头11优选采用apo（apochromatic）平场镜头或是暗场显微镜头，变倍机构12可以有多种类型，显微镜头11与变倍机构12具有多种形式的组合。

进一步地，所述显微镜上还安装有环形光源15和/或同轴光源14。参照图1，同轴光源14的发光点插在显微镜头11的镜筒里面，通过分光镜使得光线准直后与显微镜头同轴，提高了视觉的准确性和重现性，其接线端和散热器外露并对着支撑平台。

进一步地，所述支撑平台在对应于凸轮310的位置分别设置有第一限位销钉和第二限位销钉，并且在配重块301到达最高处时，所述第一限位销钉与凸轮310接触以进行限位，在配重块301到达最低处时，所述第二限位销钉与凸轮310接触以进行限位。在第一限位销钉和第二限位销钉的两个限位处，凸轮及其接触的所有运动部件，均可依靠重力作用保持稳定静止。

进一步地，所述真空吸附装置包括旋转吸附主轴41、真空腔体42、电机45和二维移动平台，所述旋转吸附主轴41竖直设置，该旋转吸附主轴41的下端穿过真空腔体42后通过联轴器43与电机45相连接，所述二维位移调整台47连接所述电机45，以用于带动所述电机45沿上下和前后移动。优选地，真空腔体42底部端面两侧分别装有第一L型筋板46和第二L型筋板48，第一L型筋板46和第二L型筋板48底部与二维位移调整台47相连接，起到加强支撑作用。二维位移调整台47的作用是将旋转吸附主轴的中心线与定位块的中心线同线，作用是用于仪器的装配的消除装配旋转中心和顶尖对心误差调整作用，一维位移调整装置23的作用是仪器装配时调整显微镜的光轴，使光轴与旋转吸附主轴的中心线与定位块的中心线共面，并且光轴所在的平面到定位块和旋转吸附主轴的距离相等，以消除人工装配的误差。二维位移调整台47和一维调整装置23均是用于装配观测仪时的调整作用，调整后锁紧，观测仪达到合格状态，在出厂以后测量使用时候，二维位移调整台47和一维调整装置23不允许做任何调整。

进一步地，所述真空腔体42具有中央气室422、两个主轴配合腔和两个密封圈安装槽，中央气室422位于两个所述主轴配合腔之间，两个所述主轴配合腔位于两个所述密封圈安装槽之间，分别为上主轴配合腔421和下主轴配合腔424，每个所述密封圈安装槽内均安装有密封圈，两个所述密封圈分别为上密封圈425和下密封圈426，每个所述密封圈均固定套接在所述旋转吸附主轴41上，所述中央气室422的直径大于主轴配合腔的直径，主轴配合腔的直径大于旋转吸附主轴41的直径，所述真空腔体42上设有与所述中央气室422连通的吸气孔，所述吸气孔处的内壁上设置有螺纹孔423，以通过气密螺纹接头和管路与气泵相连接，沿所述旋转吸附主轴41的轴向设置有竖直盲孔，所述竖直盲孔从所述旋转吸附主轴41的顶端面向下延伸，沿所述旋转吸附主轴41的径向设置有连通所述竖直盲孔和中央气室422的径向孔。竖直盲孔的深度大于旋转吸附主轴41的上端面到中央气室422中部的距离，径向孔可使旋转吸附主轴41上端面的外部气体依次通过旋转吸附主轴41的竖直盲孔、径向孔、中央气室422、螺纹管路与气泵保持连通状态。当钻石台面向下放置在旋转吸附主轴41端面并盖住竖直盲孔的开口时，开启气泵吸气，旋转吸附主轴41的竖直盲孔内部至上端面开口形成负压吸附力，确保钻石在旋转吸附主轴41转动过程中，牢固地吸附在旋转吸附主轴41的上端面，跟随旋转吸附主轴41同步转动，不发生滑移。

按照本发明的另一个方面，还提供了利用钻石腰线观测仪进行钻石腰线观测的方法，包括以下几个步骤：

1）将钻石的台面放置在真空吸附装置上，让真空吸附装置吸附钻石；

2）旋转凸轮旋转机构31的手轮312，使得光杆303带动定位块305下移，通过移动钻石使钻石尖部放入定位块305的定位孔中，继续下移定位块305直至定位块305与钻石接触，然后反方向手轮312，上移定位块305从而与钻石分离，完成钻石的对心定位。

3）调节成像调整系统（成像调整系统的调焦装置21和升降调整装置22），以及调整成像系统中的变倍机构12，使得相机13采集的钻石腰线图像大小合适，图像清晰，满足所需的清晰度；

4）采用线纹尺标定成像系统视场宽度值，具体计量测量标准标定方法可参考文献《基于线纹尺的视觉检测标定方法》。

5）通过钻石的重量和切割方法计算出钻石的腰线分布圆周的周长和半径，可参考参考GBT-16554-2017钻石分级；

6）根据步骤4）的视场宽度和步骤5）的钻石的腰线分布圆周的半径，获得单幅视场采集到的钻石弧长对应的圆心角α；

7）用360°除以圆心角α，将得到的商值向大数方向取最近的数值圆整，将360°除以圆整后的商值得到的数值作为新的圆心角β；

8）按照该新圆心角β的数值设置钻石吸附旋转系统中电机45的单次旋转角度值，重新让电机45带动钻石转动，电机45每旋转角度β，相机13进行一次拍照和保存图像，通过交替的旋转和拍照，直至钻石旋转到达360°，获得钻石的腰线分布圆周所有位置的图像。

进一步地，在观测仪重复使用过程中，该步骤4）可以省略。当观测仪首次使用时，或进行了步骤3）所述的变倍机构12的调整操作，则必须进行步骤4）的操作，以得到新的视场宽度值。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种钻石腰线观测仪，其特征在于，包括支撑平台、成像调整系统、成像系统、钻石定位装置和钻石吸附旋转系统，其中：

所述成像调整系统安装在所述支撑平台上，并且所述成像调整系统上安装所述成像系统，以用于带动所述成像系统沿左右、前后和上下移动；

所述成像系统包括显微镜头和与该显微镜头连接的相机，以用于拍摄显微镜中观察的钻石的腰线图片，所述显微镜头的轴线沿左右方向延伸；

所述钻石定位装置包括手轮、凸轮轴、凸轮、配重块、滑动轴承、光杆和定位块，所述凸轮轴水平设置并且可转动安装在所述支撑平台上，该凸轮轴的一端连接所述手轮而另一端连接所述凸轮，所述凸轮承接所述配重块，以用于带动所述配重块上下移动，所述滑动轴承竖直安装在所述支撑平台上，所述光杆穿过所述滑动轴承，并且所述光杆的上端连接所述配重块而下端连接所述定位块，所述定位块的底部设置有用于让钻石的钻尖伸入该定位块的定位孔，定位块的底部采用上大下小的锥形结构，定位孔设置在该锥形结构上；

所述钻石吸附旋转系统位于所述定位块的下方，该钻石吸附旋转系统包括用于吸附钻石的台面的真空吸附装置和用于带动所述真空吸附装置转动的电机；

所述成像调整系统包括用于带动所述成像系统沿左右移动的调焦装置、用于带动所述成像系统沿上下移动的升级调整系统和用于带动所述成像系统沿前后移动的一维位置调整系统；

所述显微镜头上还安装有环形光源和/或同轴光源，同轴光源的发光点插在显微镜头的镜筒里面，通过分光镜使得光线准直后与显微镜头同轴，提高了视觉的准确性和重现性；

所述真空吸附装置包括旋转吸附主轴、真空腔体和二维位移调整台，所述旋转吸附主轴竖直设置，该旋转吸附主轴的下端穿过真空腔体后通过联轴器与电机相连接，所述二维位移调整台连接所述电机，以用于带动所述电机沿上下和前后移动，二维位移调整台的作用是将旋转吸附主轴的中心线与定位块的中心线同线，作用是用于仪器的装配的消除装配旋转中心和顶尖对心误差调整作用，一维位置调整系统的作用是仪器装配时调整显微镜的光轴，使光轴与旋转吸附主轴的中心线与定位块的中心线共面，并且光轴所在的平面到定位块和旋转吸附主轴的距离相等，以消除人工装配的误差；

所述钻石腰线观测仪进行钻石腰线观测的方法包括以下步骤：

1）将钻石的台面放置在真空吸附装置上，让真空吸附装置吸附钻石；

2）通过手轮旋转凸轮，使得光杆带动定位块下移，移动钻石使钻石的钻尖对准定位块的定位孔中，继续让定位块下移直至定位块与钻石接触，以完成钻石的对心定位，然后反方向转动手轮，使定位块上移从而与钻石分离；

3）调节成像调整系统和显微镜头，使相机采集到所需清晰度的钻石腰线图像；

4）采用相机上的线纹尺标定成像系统的视场宽度；

5）通过钻石的重量和切割方法获得钻石的腰线分布圆周的周长和半径；

6）根据步骤4）的视场宽度和步骤5）的钻石的腰线分布圆周的半径，获得单幅视场采集到的钻石弧长对应的圆心角α；

7）用360°除以圆心角α，将得到的商值向大数方向取最近的数值圆整，将360°除以圆整后的商值得到的数值作为新的圆心角β；

8）按照该圆心角β设置钻石吸附旋转系统中电机的单次旋转角度值，电机每旋转角度β，相机进行一次拍照和保存图像，通过交替的旋转和拍照，直至钻石旋转达360°，则获得钻石的腰线分布圆周所有位置的图像。

2.根据权利要求1所述的一种钻石腰线观测仪，其特征在于，所述钻石定位装置还包括拉伸弹簧，该拉伸弹簧穿装在所述光杆上，该拉伸弹簧的一端固定连接所述配重块而另一端固定连接所述支撑平台，以使所述配重块始终与所述凸轮接触。

3.根据权利要求1所述的一种钻石腰线观测仪，其特征在于，所述调焦装置为粗微调焦托架。

4.根据权利要求1所述的一种钻石腰线观测仪，其特征在于，所述显微镜头连接变倍机构，所述变倍机构连接所述相机，所述变倍机构安装在所述成像调整系统上。

5.根据权利要求1所述的一种钻石腰线观测仪，其特征在于，所述支撑平台在对应于凸轮的位置分别设置有第一限位销钉和第二限位销钉，并且在配重块到达最高处时，所述第一限位销钉与凸轮接触以进行限位，在配重块到达最低处时，所述第二限位销钉与凸轮接触以进行限位。

6.根据权利要求1所述的一种钻石腰线观测仪，其特征在于，所述真空腔体具有中央气室、两个主轴配合腔和两个密封圈安装槽，中央气室位于两个所述主轴配合腔之间，两个所述主轴配合腔位于两个所述密封圈安装槽之间，每个所述密封圈安装槽内均安装有密封圈，每个所述密封圈均固定套接在所述旋转吸附主轴上，所述中央气室的直径大于主轴配合腔的直径，主轴配合腔的直径大于旋转吸附主轴的直径，所述真空腔体上设有与所述中央气室连通的吸气孔，所述吸气孔处的内壁上设置有螺纹孔，以通过气密螺纹接头和管路与气泵相连接，沿所述旋转吸附主轴的轴向设置有竖直盲孔，所述竖直盲孔从所述旋转吸附主轴的顶端面向下延伸，沿所述旋转吸附主轴的径向设置有连通所述竖直盲孔和中央气室的径向孔。