控制宝石的抛光的改进方法与流程

发明领域

本发明涉及用于控制宝石的抛光的方法的方法和系统，并且涉及用于执行该方法的某些步骤的计算机程序。更具体地，本发明涉及在宝石被固定在抛光设备的夹持件(dop)中时在抛光期间控制宝石刻面参数(例如抛光过程中的坡度角、方位角和深度)的领域。本发明的实施例在本文中特别参照对钻石抛光的控制进行描述，但是本领域技术人员将理解，本发明也适用于其它类型的贵重宝石和半贵重宝石。此外，本发明既适用于粗糙宝石又适用于抛光宝石以及半抛光宝石。

背景

为了从粗糙宝石获得所需的光学/美学性能，在设计好的定向上抛光各个刻面，以获得所需的刻面间的角度和比率。目前这是由抛光工人在宝石被保持在抛光设备的柄脚(tang)的抛光夹持件中时完成的。夹持件是手持宝石固定装置。柄脚位于抛光轮或砂轮(scaife)附近，使得固定在夹持件上的宝石可以放置在抛光轮上方，其中待抛光的刻面与抛光轮接触。柄脚通常配备有测量标尺，以显示对正在抛光的刻面的定向的测量。主标尺可以具有1度的最小刻度，其中可选的游标卡尺可以具有0.1度的最小刻度。这些读数不是绝对的，因为夹持件的坡度角很大程度上取决于夹持件轴线与抛光轮平面的水平对齐。

当切割者抛光石块时，切割者把石块固定在夹持件里。为了抛光预定的刻面，重要的是正确设置坡度角和方位角，并将刻面抛光至所需的深度。对于至少一些切割(例如非圆形花式切割和不对称圆形切割)而言，目前可用的技术不允许达到所需精度，见下表1。

表1.圆形和花式切割的近似夹持件分辨率和精度

*使用侧螺旋调节装置。

此外，在石块仍被固定在夹持件中的情况下，切割者不可能以高于夹持件精度的精度检查刻面是否被正确抛光。此外，除了在正被抛光的刻面和其它的被抛光刻面之间的标记线和比率之外，切割者不具有控制抛光深度的工具。

在现有技术的抛光方法中，必须将石块从夹持件的凹口中移除以验证被抛光刻面，例如通过在适当的3d扫描仪中扫描该宝石。切割者将石块从夹持件的凹口中移除以在3d扫描仪上进行扫描或检查光学对称性以及将石块放回夹持件中会显著降低处理速度。此外，不能保证抛光过程的改进，即不能保证获得具有设计参数的期望的被抛光刻面。通过3d扫描仪进行的石块扫描允许确定石块切割参数是否正确，以及确定特定刻面的误差。当收集到该确定信息时，切割者可以再次将石块固定在夹持件中，以继续抛光并尝试修复所发现的误差。在将石块重复固定在夹持件中的过程中，可能会增加随机定位误差。当切割者将石块固定回夹持件中并调节刻面参数时，切割者仍然没有机会检查他是否以正确的方式改变刻面参数，除非他再次将石块从夹持件中移除。该验证和修正过程是漫长且反复的，并且不总是收敛的。

提高精度的部分解决方案将是提高夹持件的精度。然而，这不是一项简单的任务。事实上，由于切割过程会导致设备的加热和夹持件中的强温度梯度，因此很难制造出具有高绝对精度的夹持件。因此，夹持件的机械部分可能会不均匀地膨胀。此外，由于被抛光的宝石不同，它们将导致夹持件的不同加热。因此，不可能制造出在处理不同的石块时将在加热过程中以相同的方式发生变化的夹持件。此外，高温不允许使用电子量表(electronicscale)进行精确的相对测量。此外，增加夹持件的绝对精度将导致其尺寸的增加，这使得由切割者进行的夹持件的手持使用变得复杂。此外，夹持件绝对精度的提高将导致其价格的大幅上涨。此外，待抛光的刻面的定向的绝对精度还取决于夹持件方位轴线和砂轮表面(宝石在其上被抛光)之间的夹持件坡度角。抛光工人必须定期试验并将夹持件方位轴线与砂轮表面垂直对齐，因为刻面或刻面深度的变化会使该角改变。

因此，直到现在，具有高绝对精度、低重量和可接受成本的系统还不存在。此外，考虑到上面提到的一些问题，对于重量限制不太严格的机器人系统同样很难制造具有高绝对精度的系统。现有的机器人系统仅仅为具有用于刻面的固定方位位置的对称的圆形明亮式切割效力。使用固定方位位置会给价值优化带来压力。即使对于典型的圆形明亮式切割(rbc)，在大多数情况下，允许直至特定限制的不对称性允许推动价值恢复2％至3％。所以越来越多的抛光工人想要抛光具有已知的(设计的)不对称性的钻石。在目前可用的夹持件中产生不对称rbc是具挑战性的。

发明概述

本发明的实施例旨在提供用于控制宝石的抛光的方法和系统，并且特别是允许改进抛光参数设置的方法和系统，从而产生更高的精度。

根据本发明的第一方面，提供了用于控制宝石的抛光的方法，所述方法包括：

a.获得宝石的三维模型；

b.将宝石固定在抛光设备的柄脚的夹持件中，其中待抛光的初始刻面在夹持件中对齐；这通常意味着待抛光的初始刻面平行于抛光设备的抛光轮的表面布置；

c.当宝石位于柄脚中时，获得待抛光的初始刻面的图像，使得可以从至少一个图像确定初始刻面的轮廓；

d.基于所获得的反射图像和所获得的三维模型，确定用于位于待抛光的初始刻面和期望的被抛光刻面之间的第一计划刻面的至少第一夹持件设置参数；

e.基于用于第一计划刻面的第一夹持件设置参数，设置夹持件以获得具有接近于第一计划刻面的被抛光刻面的被抛光宝石；并相应地抛光该宝石；

f.当宝石位于柄脚中时，获得被抛光刻面的至少一个图像，使得可以从所述至少一个图像确定被抛光刻面的轮廓；

g.基于所获得的被抛光刻面的至少一个图像和三维模型，确定用于另外的计划刻面的至少另外的夹持件设置参数；

h.基于用于另外的计划刻面的另外的夹持件设置参数，设置夹持件以获得具有接近于另外的计划刻面的被抛光刻面的被抛光宝石；并相应地抛光该宝石；

i.如果需要，重复步骤f-h，直到获得宝石的期望的最终被抛光刻面。

使用本发明的方法的实施例，不是通过增加预设刻面参数的绝对精度，而是通过基于被抛光刻面的轮廓(即基于其形状)分析该被抛光刻面的定向，解决了现有技术问题。因为将被抛光刻面与计划刻面进行比较，并且基于该比较确定另外的夹持件设置参数，所以该方法实际上近似地以切割者用他的眼睛进行测量的方式使用了相对测量。在上述步骤c至i期间，宝石保持固定在夹持件中(即宝石保持在夹持件中的相同位置)，并且夹持件的设置(即夹持件本身的位置的调节)是基于宝石的所获得的被抛光刻面的至少一个图像和三维模型。

此外，使用本发明的方法的实施例，通过分析刻面的相对角度，切割者可以容易地解决将石块的边缘抛光到一点的任务。切割者可以定义他应该在哪里使刻面倾斜以使边缘达到一点，以及在什么点上他需要通过以增加的验证频率连续反复来停止抛光。请注意，通过设置刻面的绝对角度、方位和深度很难解决这个问题。

此外，本发明的方法的实施例允许抛光石块，使得刻面以正确的参数(刻面的坡度角、方位角和深度)进行抛光，并且使得相邻刻面利用作为点的连接部(junction)进行抛光。

本发明的方法的实施例使用被抛光刻面的形状(轮廓)，而不是绝对刻面坐标设置。使用从被抛光刻面的至少一个图像和所获得的3d模型导出的刻面形状来完成用于另外的抛光步骤的夹持件设置参数的计算。

在现有技术解决方案中，通过直接测量来控制深度是非常困难的，尤其是当相邻刻面形成的刻面间的角度非常小时。仅仅5微米的过度抛光(over-polish)可能会使相邻刻面连接部扩展至超过25微米。根据本发明的方法的实施例，通过使用如上所述的图像来控制刻面形状，以10微米和更高的精度来测量连接部是可能的，这提供了足够的精度来控制刻面深度。

根据示例性实施例，步骤g包括：基于所获得的被抛光刻面(f1)的至少一个图像和三维模型，更新该三维模型；以及使用所更新的三维模型来获得另外的夹持件设置参数。

根据示例性实施例，在步骤c中获得初始刻面的至少一个图像和/或在步骤f中获得被抛光刻面的至少一个图像包括通过用与垂直指向所述刻面的光轴同轴的光照射初始/被抛光刻面并且通过感测在该光轴的方向上反射的光来获得反射图像。用于执行步骤c和f的成像设备可以是市场上可买到的反射成像设备。成像设备也可以是能够获得反射图像和结构光照图像两者的成像设备、反射扫描仪或能够获得被固定在夹持件中的宝石的被抛光刻面的轮廓的任何其它合适的成像设备。

根据示例性实施例，在步骤e和/或f中设置夹持件包括以下中的至少一项：调节夹持件相对于抛光设备的研磨盘(lap)的坡度角、调节夹持件的方位角以及设置抛光深度。通常，抛光深度取决于抛光持续时间和压力两者，并且设置抛光深度可以包括设置抛光持续时间和/或调节抛光压力。

根据示例性实施例，用于第一计划刻面的夹持件设置参数代表：在第一计划刻面和初始刻面(f0)之间夹持件的坡度角的差异、在第一计划刻面和初始刻面(f0)之间夹持件的方位角的差异以及第一计划刻面的抛光深度。

根据示例性实施例，对另外的计划刻面的设置代表：在第一被抛光刻面(f1)和另外的计划刻面之间夹持件的坡度角的差异、在第一被抛光刻面(f1)和另外的计划刻面之间夹持件的方位角的差异以及另外的计划刻面的抛光深度。

大多数抛光设备具有夹持件，该夹持件可绕第一水平轴线旋转以调节夹持件相对于抛光设备的研磨盘的坡度角，并可绕与夹持件的轴线相对应的第二方位轴线旋转。然而，也可以设想其它抛光设备，其中待抛光的刻面的定向可以使用例如平移运动结合旋转运动来调节；更一般地，可以使用任何适合于在夹持件中定向宝石的待抛光的刻面的装置。

根据示例性实施例，在步骤(d)期间，确定用于第一计划刻面的第一夹持件设置参数以及用于位于待抛光的初始刻面和期望的被抛光刻面之间的一个或更多个另外的计划刻面的另外的夹持件设置参数；并且其中，在步骤(g)期间，确定用于另外的计划刻面的至少另外的夹持件设置参数包括基于在步骤(f)中所获得的至少一个图像来验证先前所确定的用于该另外的计划刻面的另外的夹持件设置参数是否正确，并且在必要时，调节用于该另外的计划刻面的另外的夹持件设置参数。

根据示例性实施例，在步骤(g)中，确定用于另外的计划刻面的至少另外的夹持件设置参数通过以下步骤来完成：

-基于宝石的三维模型计算初始刻面(f0)和期望的最终被抛光刻面(fd)之间的多个不同的可能刻面；

-将所述多个不同的可能刻面的轮廓与从所获得的至少一个图像中导出的被抛光刻面的轮廓进行比较；

-基于比较的结果确定该另外的夹持件设置参数。

根据示例性实施例，在步骤(i)之后，基于所获得的最终被抛光刻面改变宝石的三维模型，并且对下一个待抛光的刻面重复该方法。

根据本发明的又一方面，提供了用于控制宝石的抛光的系统，所述系统包括：

-3d扫描仪，其被配置用于获得宝石的三维模型；

-抛光设备，其包括抛光轮和带有夹持件的柄脚；

-图像捕捉设备，其被配置用于在宝石位于柄脚中时获得宝石的刻面的至少一个图像，使得可以从所述至少一个图像确定该被抛光刻面的轮廓；

-控制单元，其被配置为基于所获得的至少一个图像和所获得的三维模型确定用于位于待抛光的初始刻面和期望的被抛光刻面之间的计划刻面的夹持件设置参数。

根据示例性实施例，控制单元被配置为基于所获得的被抛光刻面(f1)的至少一个图像和三维模型来更新该三维模型；并且使用所更新的三维模型来获得夹持件设置参数。

根据示例性实施例，图像捕捉设备被配置为通过用与垂直指向所述被抛光刻面的光轴同轴的光照射初始/被抛光刻面并且通过感测在光轴的方向上反射的光来获得被抛光刻面的至少一个图像。图像捕捉设备可以是市场上可买到的反射成像设备。成像设备也可以是能够获得反射图像和彩色结构光照图像的成像设备、反射扫描仪或能够获得被固定在夹持件中的宝石的被抛光刻面的轮廓的任何其它合适的图像捕捉设备。

根据示例性实施例，图像捕捉设备具有用于柄脚的支撑结构，并且该图像捕捉设备被布置成使得当柄脚位于支撑结构上时，图像捕捉设备的光轴基本上垂直于布置在该柄脚中的宝石的被抛光刻面。

根据示例性实施例，图像捕捉设备包括透明板，该透明板被布置成位于放置在支撑结构上的柄脚中的宝石下方一定距离处，其中图像捕捉设备的光轴(o)在透明板上竖直定向。这种透明板将保护图像捕捉设备的光学部件，例如免受灰尘的影响。此外，优选在透明板和宝石之间具有一定距离，以便获得更清晰的图像。

根据示例性实施例，柄脚包括支撑在支撑脚上的框架，并且支撑结构包括用于柄脚的支撑脚的支撑表面和用于柄脚的框架的支撑元件，其中优选地，支撑脚和/或支撑元件被配置成允许调节柄脚的框架的位置，使得在柄脚中的宝石的被抛光刻面的定向可以被调节。这将允许将被抛光刻面的定向微调成垂直于图像捕捉设备的光轴。

该方法和系统的优选实施例被公开在从属权利要求中。该方法的实施例的上述优点在细节上作必要的修改后也适用于该系统。

根据本发明的另外的方面，提供了一种计算机程序，其包括计算机可执行指令，以便当该程序在计算机上运行时执行上述公开的方法的任何一个实施例的一个或更多个步骤。根据本发明的另外的方面，提供了一种计算机设备或其它硬件设备，其被编程为执行上述公开的方法的任何一个实施例的一个或更多个步骤。

根据另外的方面，提供了一种数据存储设备，其以机器可读和机器可执行的形式进行程序编码，以执行上述公开的方法的任何一个实施例的一个或更多个步骤。

附图简述

附图用于说明根据本发明的设备的当前优选的非限制性示例性实施例。当结合附图阅读时，本发明的特征和目的的上述和其它优点将变得更加明显并且从以下详细描述中将更好地理解本发明，在附图中：

图1是示意性地图示了用于块状、半抛光或粗糙宝石的根据本发明的方法的第一示例性实施例的流程图；

图2是示意性地图示了用于块状、半抛光或粗糙宝石的根据本发明的方法的第二示例性实施例的流程图；

图3a-图3g图示了使用例如图1或图2的步骤对半抛光石块的刻面进行逐步处理的实施例，其中线框宝石模型连同与宝石的3d模型对齐的刻面的反射图像一起被示出；

图4示意性地图示了抛光设备；

图5示意性地图示了根据本发明的系统的一部分的示例性实施例，该系统包括反射图像捕捉设备，该反射图像捕捉设备允许在钻石被固定在夹持件中时获取刻面反射图像；

图6a-图6j图示了被用在根据本发明的方法的实施例中的基于刻面反射图像进行刻面参数估计的过程的又一示例性实施例；

图7示意性地图示了根据本发明的系统的一部分的示例性实施例，该系统包括反射图像捕捉设备，该反射图像捕捉设备在钻石被固定在夹持件中时允许获取刻面的刻面反射图像以及石块的aset图像；

图8a-图8c示出了用图7所示的图像捕捉设备获取的钻石反射和结构光(aset)图像的示例；以及

图9a和图9b示意性地图示了根据本发明的系统的一部分的另外两个示例性实施例，该系统包括允许获取刻面反射图像的反射图像捕捉设备。

实施方式描述

图1图示了用于控制宝石的抛光的方法的第一示例性实施例。该方法包括下面详细讨论的主要步骤(a)-(i)。

该方法适用于块状、半抛光和最粗糙的石块。假设初始石块和计划宝石之间的关系是已知的。通常，该信息可以在系统的软件中获得。

步骤(a)-获得宝石的三维模型

在步骤(a)中，使用合适的扫描仪获得宝石的三维(3d)模型。在有利的实施例中，这可以是如us9,292,966所公开的3d扫描仪，其内容通过引用包括于此。

步骤(b)-将宝石固定并对齐在柄脚的夹持件中

在步骤(b)中，宝石被固定在抛光设备的柄脚的夹持件中，并且待抛光的初始刻面被选择并在抛光设备的柄脚的夹持件中对齐。图4中示出了抛光设备的示例。抛光设备1000包括柄脚100和抛光轮200(也称为研磨盘或砂轮)。柄脚100包括框架110，该框架110带有支撑脚150和枢转地附接到框架110的夹持件120。在使用中，柄脚立在支撑脚150上，并且宝石d固定在夹持件120中。见箭头s，夹持件120枢转地附接到框架110。这样，抛光轮200和夹持件120的方位轴线a之间的坡度角是可调节的。此外，其上固定有钻石d的宝石固定部分121可绕夹持件120的方位轴线a旋转。以这种方式，钻石可以定向成使得待抛光的刻面平行于抛光轮定向。另外的调节装置140和弹簧130允许调节框架110的高度h。待抛光的刻面可以通过设置夹持件坡度角、夹持件方位角和抛光深度来设置。通过使夹持件120围绕平行于抛光轮200的水平轴线旋转(见箭头s)，可以调节夹持件坡度角，并且通过使宝石固定部分121绕方位轴线a旋转，可以调节夹持件方位角。通过调节抛光时间和/或抛光操作参数，可以调节抛光深度。

如上所述，本发明也适用于使用不同移动装置和不同设置参数以用于将其上固定有宝石的固定部分放置在合适的位置以进行抛光的其它抛光设备。

步骤(c)-获得反射图像

在步骤(c)中，当宝石位于柄脚中时，待抛光的初始刻面的反射图像被获得。获得反射图像可以用成像设备来执行，该成像设备具有垂直于待成像的刻面的光轴。用于获得反射图像的合适的成像设备是被lexus商业化的avalonplus设备。在反射图像中，待抛光的初始刻面以及该刻面的周围区域(焦点外)都将是可见的。典型地，获取刻面的反射图像，使得焦点在待成像的刻面(这里是指待抛光的初始刻面)上，并且使得石块的与该刻面相邻的其它部分在焦点外。因此，通常只获取限定的平坦刻面(这里是指待抛光的初始刻面)的精确反射图像。优选地，反射图像将允许获得刻面几何形状的绝对和相对测量。

图3a图示了宝石d的初始刻面f0的图像。在图3a-图3g和图6a-图6j中，所使用的术语涉及以下内容：

“角”是指如上定义的坡度角；

“方位”是指如上定义的方位角；

“深度”是指如上定义的刻面的深度值。

注意，任何坐标系都可以用于定义刻面的位置，并且本文描述的实施例仅仅是示例。

步骤(d)-至少确定第一计划刻面

在步骤(d)中，基于所获得的反射图像(步骤(c))和所获得的三维模型(步骤(a))来确定用于位于待抛光的初始刻面f0和期望的被抛光刻面fd之间的第一计划刻面的第一夹持件设置参数。这种确定可以通过软件或熟练的抛光工人来完成。软件可以首先确认初始刻面f0在宝石的3d模型中被找到。

在图1所图示的可能实施例中，创建预测计划以便实现期望的目标，即，以便获得期望的被抛光刻面。可以在该步骤中确定该抛光将执行多少连续步骤，并且对于每个连续步骤，可以确定相应的计划刻面和夹持件设置参数。但是请注意，这不是必要的。用于另外的抛光步骤的另外的夹持件设置参数也可以稍后确定，参见进一步的描述。

用于第一计划刻面的第一夹持件设置参数可以包括第一计划刻面的夹持件坡度角、夹持件方位角和抛光深度的差值，或者适合于执行抛光设备的设置的相应参数，即适合于调节夹持件的宝石固定部分相对于抛光设备的研磨盘的位置和/或定向的相应参数。

步骤(e)-基于确定的第一夹持件设置参数设置夹持件的位置；和宝石的抛光

在步骤(e)中，基于用于第一计划刻面的第一夹持件设置参数来设置夹持件的宝石固定部分的位置和定向，如步骤(d)中所确定的，以获得具有接近于第一计划刻面的被抛光刻面的被抛光宝石。接下来宝石被相应地抛光。

在步骤(e)中的设置可以包括以下中的至少一项：调节夹持件相对于抛光设备的研磨盘的坡度角、调节夹持件的方位角以及设置抛光深度。

步骤(f)-当宝石位于柄脚中时，获得被抛光刻面的反射图像

在步骤(f)中，当宝石位于柄脚中时，获得另外的反射图像，但是现在该反射图像将是被抛光刻面的图像。这在图3b中图示，见宝石d的被抛光刻面f1。在图3b中也图示了期望的刻面fd。很明显，第一被抛光刻面f1位于初始刻面f0和期望的被抛光刻面fd之间。

步骤(g)-至少确定另外的计划刻面

在步骤(g)中，基于所获得的被抛光刻面f1的反射图像，确定用于另外的计划刻面的另外的夹持件设置参数。

注意，软件或切割者可以做出自适应预测/计划，在该预测/计划中，应当通过获得反射图像来检查抛光过程的另外的一个或更多个时刻。这可能取决于其它参数，例如抛光速度。如果在步骤(d)中已经确定了另外的计划刻面，则软件基于第一被抛光刻面的反射图像来确定是否可以使用先前确定的设置参数或者是否需要调节这些参数，参见图1中的编号12。如果第一被抛光刻面f1的刻面参数(例如，坡度角、方位角、深度)在预定精度范围内，则抛光根据步骤(d)中确定的计划进行。如果刻面参数在预定精度范围之外，则先前确定的计划被调节，导致先前确定的另外的参数设置的调节。

步骤(h)-基于确定的另外的夹持件设置参数设置夹持件的位置；和宝石的抛光

在步骤(h)中，基于用于另外的计划刻面的另外的夹持件设置参数来设置夹持件的宝石固定部分的位置和定向，以获得具有接近于另外的计划刻面的被抛光刻面的被抛光宝石。接下来宝石被相应地抛光。

这可以以与上述步骤(e)类似的方式完成。

步骤(i)-重复前面的步骤(f)-(h)

如果需要，重复步骤(f)-(h)，直到获得期望的被抛光刻面。

在图3a-图3g中示出了使用上述步骤逐步处理半抛光石块中的刻面的示例。线框宝石模型连同在3d线框宝石模型内对齐的成像刻面的反射图像一起在图3a-图3g中示出。图3a示出了在3d线框宝石模型内的待抛光的初始刻面f0。图3b-图3g显示了连续的被抛光刻面f1、f2、f3、f4、f5、f6，其中刻面f6对应于最终被抛光刻面。

一旦刻面抛光完成(在期望公差内f6等于fd)，可以使用刻面的确定位置用最终被抛光刻面f6来修改扫描的3d模型。切割者现在可以进行下一个刻面。

所述过程可用于逐步控制块状或半抛光石块的整个抛光过程。使用图1的程序可以控制刻面参数，而无需从夹持件移除石块。该方案允许切割者调节其处理石块的工作，而无需将石块从夹持件中移除，并实现计划的石块参数。这将提高石块处理的速度和精度。

这种处理方法允许创建一种新型的自动抛光系统，包括用于石块的最终抛光的系统。这种新型系统不会有现有系统在抛光过程中通过绝对参数(刻面的角度、方位和高度)设置来工作的缺点。对于当前的自动化系统来说，在控制给定刻面的参数方面存在显著的问题。刻面抛光深度是通过测量绝对深度以及像钻石这样的宝石具有方向硬度(directionalhardness)(这导致任意刻面的切割速度差异很大)的事实来控制的，绝对深度由于前面描述的加热问题而具有低的精度。因此，在这些现有技术机器上，刻面连接部经常抛光不足或抛光过度。

所描述的过程可用于控制粗糙石块的抛光过程。图1的过程流程也适用于粗糙钻石，尤其是当它们的形状满足某些要求时。例如，当粗糙石块的形状具有允许刻面位置识别的一些不同特征时，该方法将是可能的。如果粗糙石块具有接近圆形或椭圆形的形状(这使得刻面位置的明确识别过程复杂)，那么可以使用现有技术方法在石块上抛光至少一个刻面，由此可以使用本发明的方法的实施例。事实上，增加的刻面可以具有足够大的尺寸，以帮助识别未来被抛光的刻面。

图2图示了当石块被安装在夹持件中时控制宝石的抛光的方法的又一示例性实施例。在该实施例中，假设抛光计划对于切割者是已知的，但是它不一定存在于与正在分析该石块的3d扫描和反射图像数据的软件相同的软件中。步骤(a)-(c)类似于图1的步骤(a)-(c)。在步骤(d)中，切割者可以输入期望的被抛光刻面的期望参数(例如，坡度角、方位角、深度)，然后软件可以计算从反射图像导出的参数和该输入参数之间的差异。步骤(e)类似于图1的步骤(e)。在步骤(f)中，由切割者决定何时需要获得被抛光刻面的反射图像，并且接下来基于该反射图像中的数据更新石块的3d模型。在步骤(g)中，切割者基于所更新的3d模型确定待使用的另外的参数设置。在步骤(h)中，切割者基于所确定的另外的参数设置来设置夹持件的宝石固定部分的位置和定向，并继续抛光。在步骤(i)中，如果需要，重复步骤(f)和(g)。当切割者决定当前刻面抛光完成时，切割者根据其计划选择下一个待抛光的刻面。

换句话说，即使在软件中没有定义最终计划，但切割者知道该最终计划(该计划可以在第三方软件中，或者其可以是手动创建的配置)，该系统也允许当钻石被固定在夹持件中时在抛光期间测量刻面参数。在这种情况下，系统将在宝石被安装在夹持件中时测量被抛光刻面的实际参数，并将该信息传达给切割者，同时切割者可以决定如何使用该信息来实现他的计划。

图5图示了本发明的系统的部分的示例性实施例，该系统包括布置在反射图像捕捉设备300中的柄脚100，当钻石固定在柄脚100的夹持件120中时，该反射图像捕捉设备300允许获取刻面反射图像。反射图像捕捉设备300包括光源301、聚焦透镜302、孔303、第一表面镜304、分束器305、微距透镜306、照相机307、平板玻璃台308形式的透明板以及支撑结构，该支撑结构包括支撑表面310和致动器309形式的用于支撑柄脚100的支撑元件，使得固定在柄脚100的夹持件120中的钻石d的待成像的刻面基本上垂直于光轴o定向。致动器309和柄脚100中的任何调节装置可以允许对被抛光刻面的定向进行微调。

在本发明的方法的实施例中，待抛光的刻面在图4的带有柄脚100的抛光设备1000中抛光，接着柄脚100被转移到图5的反射图像捕捉设备300，以便获得被抛光的刻面的反射图像。这些步骤可以重复多次，如上面参考图3a-图3g所说明和解释的，以便获得被抛光刻面f1、f2等的一系列反射图像。

图6a-图6j图示了在本发明的方法的实施例中使用的基于刻面反射图像的刻面参数估计过程的示例性实施例。根据图示的示例性实施例，用于另外的计划刻面的夹持件设置参数的确定通过以下来完成：

-基于宝石的三维模型，计算初始刻面(f0)和期望的最终被抛光刻面(fd)之间的多个可能刻面(例如具有不同的深度和/或方位角和/或坡度角)；如下文解释的，这可以在不同的步骤中完成；在下面的示例中，首先改变深度，然后改变方位角和坡度角，但是其它优化策略也是可能的；

-将所述多个不同的可能刻面的轮廓与从反射图像导出的被抛光刻面的轮廓进行比较；这可以使用各种不同的方法来完成，这将在下文解释；

-基于比较的结果确定另外的夹持件设置参数；典型地，选择多个可能刻面中的第一个刻面，所选择的刻面是最匹配的刻面；由此确定另外的夹持件设置参数。

图6a示出了待抛光的定义初始钻石刻面f0。在初始阶段中钻石的参数由精密3d扫描仪进行测量。换句话说，包括定义刻面f0在内的所有钻石刻面的参数(坡度角、方位角和深度)在初始阶段是已知的。初始刻面f0的绝对参数可以用作进一步测量的基础。

图6b示出了当钻石被固定在夹持件中时，例如在旨在获得计划刻面fd的一个或更多个抛光步骤之后(见图6c)，获取的被抛光钻石刻面f2的反射图像。软件可以限定被抛光刻面f2的轮廓。图6c示出了经过多次抛光步骤后切割者希望实现的计划刻面fd。在初始阶段，计划刻面fd的参数也是已知的。

图6d示出了计划刻面fd的轮廓和实际被抛光刻面f2的轮廓之间的对称差异(symmetricdifference)，该对称差异被计算为多边形并集(polygonsunion)，没有交集。

通过计算在达到最终计划刻面fd1(＝fd)之前一系列后续深度的中间计划刻面fd2、fd3、fd4、fd5、fd6以及通过计算每个计划刻面fd1-fd6的对称差异的面积，由被抛光刻面的轮廓和计划刻面的轮廓形成的多边形的对称差异的面积可以实现最小化，也参见图6e。

图6e示出了在梯度最小化方法的第一阶段中由软件建模的具有不同深度的多个中间建模刻面(fd1至fd6，其中fd1对应于最终计划刻面)。多个建模刻面不限于图6e所示的刻面fd1至fd6，并且更多的刻面可以被使用。对于那些建模刻面中的每一个，软件可以基于宝石的刻面参数和3d模型来限定刻面轮廓。

代替使用对称差异的面积作为度量来确定最佳拟合建模刻面，还可以使用其它度量来确定被抛光刻面f2的轮廓和建模刻面fd1-fd6的轮廓之间的差异，例如被抛光刻面f2的轮廓和建模刻面fd1-fd6的轮廓之间的均方距离(meansquaredistance)，以及其它合适的度量。换句话说，可以使用不同的目标函数来估计两个多边形之间的匹配度，使用对称差值或标准偏差值仅仅是示例。

此外，可以使用不同的方法来找到这些目标函数的极值。例如，其可以是梯度下降或最小化方法。换句话说，目标函数和找到其极值的方法两者都可以改变，并且本发明的实施例不限于这些方法。可以使用其它方法来获得类似的结果。

图6f示出了为图6e所示的所有建模刻面fd1-fd6计算的并集和交集面积。根据计算结果，对于建模刻面fd4，可以实现并集面积和交集面积之间的最小面积差。

图6g示出了基于实际被抛光刻面多边形f2和建模刻面多边形fd4之间的对称差异的示例性比较过程。为了完整性，重复一下，该比较过程可以通过以下步骤来进行：对齐被抛光刻面f2的轮廓和建模刻面轮廓fd4；计算两个轮廓之间的并集面积；计算两个轮廓之间的交集面积；以及计算两个轮廓f2和fd4之间的对称差异。这种差异可用于选择与实际刻面f2轮廓最相似的建模刻面fd4(具有已知参数)。

图6h示出了在梯度最小化方法的第二阶段中由软件建模的具有不同参数(坡度角和方位角)的多个刻面(az1至az8)。多个建模刻面不限于图6h所示的刻面，更多的建模刻面可以被计算。

图6i示出了为图6h所示的建模刻面az1至az8计算的并集面积和交集面积。根据计算结果，对于建模刻面az4，可以实现并集面积和交集面积之间的最小面积差。如上所述，也可以使用其它度量来计算被抛光刻面f2和建模刻面az1至az8之间的差异。

图6j示出了基于实际被抛光刻面多边形f2和建模刻面多边形az4之间的对称差异的示例性比较过程。使用较小参数步长(坡度、方位、深度)的进一步优化步骤可用于计算另外的建模刻面，以便进一步最小化差异，从而实现f2刻面参数估计的更高精度。

使用az4(或甚至进一步优化的建模刻面)的参数的知识，可以设置另外的抛光步骤的抛光参数，以便实现最终计划表面fd。

图7图示了本发明的系统的部分的又一示例性实施例，该系统包括布置在反射图像捕捉设备400中的柄脚100，当钻石被固定在柄脚100的夹持件120中时，反射图像捕捉设备400允许获取刻面反射图像以及钻石aset(角度频谱评估技术(angularspectrumevaluationtechnology)图像。反射图像捕捉设备400包括光源401、镜子402、aset照明圆顶件403、环形led灯404、照相机和透镜单元406；用于柄脚100的支撑结构，其包括支撑表面410和以用于调节高度的致动器形式的支撑元件409；和透明板408。布置在夹持件120中的钻石d在透明板408的距离处定位在环形led灯404上方。

在本发明的方法的实施例中，待抛光的刻面在图4的带有柄脚100的抛光设备1000中抛光，然后柄脚100被转移到图7的反射图像捕捉设备400，以便获得被抛光的刻面的反射图像和aset图像。这些步骤可以重复多次，如上面参考图3a-图3g所说明和解释的，以便获得被抛光刻面f1、f2等的一系列反射图像和aset图像。

反射图像数据通常为具有三角形形状的刻面的刻面参数估计提供足够的数据。但是在某些情况下，对于具有四边形形状的刻面，仅基于反射图像来估计刻面参数是困难的，因为刻面倾斜可以通过偏移来补偿，并且可以有可能给出相似的反射图像的多个刻面位置。然而，在这种情况下，甚至对于所有多边形刻面，包括反射图像数据和彩色结构光照图像(例如aset)数据的组合数据集可以给出足够的数据来估计刻面参数。图7示出了图像捕捉设备400的示例，该图像捕捉设备400允许获取刻面反射图像以及彩色结构光下的钻石图像，参见上文中的描述。通常，对于彩色结构光照，光源坡度和方位用颜色编码，使得不同的刻面反射来自不同方向的光，产生具有不同颜色的刻面。这种彩色结构光照图像可用于提高从反射图像获得的刻面轮廓的精度。

图8a示出了在图7的设备上获取的钻石图像。图像521是钻石反射图像，其示出了钻石多边形刻面522的反射。图像523是结构光(aset)下的钻石图像，该钻石图像包括多种颜色的多个刻面(在黑白照片中不可见，但是技术人员熟知)，其中例如红色可以表示最亮的区域；绿色可以表示从间接源返回的不太亮的光，而蓝色可以表示对比图案。从左边的反射图像521获得的刻面轮廓522可以与从图像523获得的刻面数据进行比较，以改进从反射图像521导出的轮廓数据。

图8b示出了在图7的设备上获取的钻石图像。图像501是钻石反射图像，其示出了钻石多边形刻面502的反射。图像503是结构光(aset)下的钻石图像，该钻石图像包括第一刻面504、505(红色，表示最亮的区域)；第二刻面506、507(绿色，表示从间接源返回的不太亮的光)以及第三刻面508(蓝色，表示对比图案)。从左边的反射图像501获得的刻面轮廓502可以与从图像503获得的刻面数据进行比较，以提高精确度。

图8c示出了在图7的设备上获取的钻石图像的又一示例。图像511是钻石反射图像，其示出了钻石多边形刻面512的反射。图像513是结构光(aset)下的钻石图像，该钻石图像包括第一刻面514(红色)、第二刻面515、516、517、518(绿色)。从左边的反射图像511获得的刻面轮廓512可以与从图像513获得的刻面数据进行比较，以提高精确度。

在通常情况下，反射图像给出关于当前刻面轮廓的足够精确的信息，并且反射图像是信息的主要来源。然而，附加的aset图像可以给出关于被抛光刻面和相邻刻面之间的布置的信息，并且可以进一步改进从反射图像导出的轮廓数据。

图9a和图9b示出了允许在空间结构光照中捕捉图像的图像捕捉设备的又一示例。图9a图示了冠状反射系统的部分的示例性实施例。在发明人名下的名称为“methodandapparatusforexaminingadiamond(用于检查钻石的方法和装置)”的美国专利7,259,839b2中描述了一种类似的系统，该专利通过引用被包括在本文中。该方法包括照射钻石，以在从预定位置观看时从视觉上将一个刻面和相邻刻面进行区分，然后在从该预定位置观看时捕捉钻石的图像。然后，分析图像，以通过识别从钻石传输到观察位置的光的性质的不连续性来确定位于刻面边缘上的至少一个点的位置。美国专利7,259,839b2主要描述了对穹形物(pavilion)的分析，但是对于本申请，它也可以用于获得钻石冠部的图像数据。图9a的图像捕捉设备包括台式反射设备600，其包括照射显示器601、球面镜602、50-50镜603、透镜604和606、led光源605、配准光学系统/照相机607。图9a进一步示出了该台的反射图像608的示例。尽管未示出，但是本领域技术人员理解，图9a的系统可以设置有用于柄脚的支撑结构，其中支撑结构被配置为将包括具有宝石的夹持件的柄脚放置在正确的位置，以获得夹持件中的宝石的被抛光刻面的反射图像。

图9b图示了图像捕捉系统的部分的又一示例性实施例，该图像捕捉系统包括冠状反射设备610，该冠状反射设备610包括照射显示器601、球面镜602、50-50镜603、透镜604和606、led光源605、配准光学系统/照相机607。图9b还示出了上半反射图像611、冠状主刻面反射图像612和星形刻面反射图像613的示例。

本领域技术人员将容易认识到，上述各种方法的某些步骤可以由编程计算机来执行。在本文中，一些实施例还旨在覆盖程序存储设备，例如数字数据存储媒介，它们是机器可读的或计算机可读的，并且编码机器可执行或计算机可执行的指令程序，其中所述指令执行所述的上述方法的一些或全部步骤。程序存储设备可以是例如数字存储器、诸如磁盘和磁带的磁存储媒介、硬盘驱动器或光学可读数字数据存储媒介。这些实施例还旨在涵盖被编程为执行上述方法的所述步骤的计算机。

尽管上面结合具体实施例阐述了本发明的原理，但是应当理解，该描述仅仅是作为示例而不是作为对由所附权利要求确定的保护范围的限制。