钻石分拣系统的制作方法

专利名称：钻石分拣系统的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及ー种钻石分拣系统，并且具体地、但并不排它地涉及ー种自动化钻石分拣系统。
背景技术：
钻石是天然石头，其根据颜色和净度等特性来分级。钻石分级可用来确定其应用价值，例如制造珠宝。通常由经过培训的专业人员进行分级，专业人员在十倍放大下观察钻石。专业人员可通过观察钻石的颜色和净度来将钻石分级，并且通过寻找钻石表面的瑕疵以及钻石内的杂质来确定净度。专业人员在观察和分级大量钻石一段时间后，其眼睛会疲劳。此外，随着年齢的增长，专业人员的视力会衰退。这些因素会导致错误的钻石分级。本发明的目的是提供一种改进的钻石分拣系统或者至少为公众提供ー种有用的选择。

发明内容
第一方面，本发明主要在于ー种钻石分拣系统，包括钻石源，用于供应一颗或者多颗待分级的钻石；视觉系统，被设置为从钻石源中接收钻石以用于分级，并且其具有一台或者多台照相机，被设置为获取钻石的一幅或者多幅图像，以及处理器，被设置为从一台或者多台照相机中接收表示一幅或者多幅图像的数据， 并且对数据执行运算，从而将钻石分级；钻石收集単元，被设置为从视觉系统中接收已分级的钻石；以及机电钻石运输机，被设置为从钻石源将待分级的钻石运输到视觉系统，并且进ー 步被设置为将已分级的钻石从视觉系统运输到钻石收集単元。优选地，钻石源包括钻石供料机，被设置为将调整好方位以便分级的钻石运输到钻石运输机。优选地，钻石供料机包括容纳ー颗或者多颗待分级钻石于其内的容器以及从所述容器延伸的振动平台，以沿着平台将ー颗或者多颗钻石运输到毗邻钻石运输机的位置处。优选地，钻石运输机包括在钻石源和视觉系统之间移动的机械手臂，其用于将钻石从钻石源运输到用于分级的视觉系统。优选地，机械手臂包括主体部，其可在毗邻钻石源的拾取位置和毗邻视觉系统的投放位置之间旋转。优选地，手臂从主体部延伸，并在手臂末端包括吸盘，其中吸盘被设置为当主体部在拾取位置吋，施加吸力以从钻石源中拾取钻石，并且当主体部在投放位置吋，至少去除部分吸力，以将钻石释放到视觉系统上，以用于分级。优选地，手臂可枢转地联接到主体部上，从而当主体部在拾取位置或者投放位置吋， 使吸盘能够朝向钻石或者远离钻石枢转。优选地，钻石运输机包括机械手臂，其可在视觉系统和钻石收集单元之间移动，从而将已分级的钻石从视觉系统运输到收集单元。优选地，机械手臂包括第一主体部，其可在毗邻视觉系统的拾取位置和毗邻收集単元的投放位置之间旋转。优选地，手臂从主体部延伸并在手臂末端包括吸盘，其中吸盘被设置为当主体部在拾取位置吋，施加吸力以从视觉系统拾取钻石，并且当主体部在投放位置吋，至少去除部分吸力以将钻石释放在收集单元处。优选地，手臂可枢转地联接到主体部上，从而当第一主体部在拾取位置或者投放位置吋，吸盘能够朝向钻石或者远离钻石枢转。优选地，机械手臂进ー步包括第二主体部，第一主体部可旋转地联接到其上，并且第二主体部可绕着与第一主体部的轴线大体平行且间隔开的轴线旋转。优选地，钻石运输机包括两个分开的机械手臂。优选地，钻石收集単元被分成多个分区，每个分区对应于特定的钻石等级。更优选地，钻石收集単元包括分区平台，每个分区对应于特定的钻石等级。优选地，钻石收集単元包括分区平台，每个分区具有存放特定等级的钻石的容器。优选地，可在视觉系统和钻石收集単元之间移动的机械手臂可在收集单元的任何ー个容器上方移动。优选地，容器以矩阵形式布置。优选地，所述系统进ー步包括计算机，其被设置为驱动钻石运输机运动。优选地， 计算机驱动钻石供料机振动。优选地，视觉系统被设置为通过颜色或者净度将钻石分级。更优选地，视觉系统被设置为通过颜色和净度将钻石分级。优选地，视觉系统包括至少一台照相机和用于存放待由所述至少一台照相机成像的钻石的成像区域。更优选地，第一照相机包括被设置为捕捉适用于钻石的颜色分级的图像的镜头，并且第二照相机包括被设置为捕捉适用于钻石的净度分级的图像的镜头。优选地，为了将钻石分级，仅需要从所述第一照相机和第二照相机中的每台获取一幅图像。优选地，每台照相机包括电耦合(charged-couple)设备。优选地，所述视觉系统包括积分球，其被设置为接收钻石并且在待成像的钻石周围提供大体上均勻的光分布。更优选地，积分球包括可移动平台，其用于将钻石运输到积分球内以成像，并且将钻石从积分球内输出以运输到收集单元。优选地，平台是可旋转的并且穿过积分球中的狭縫，从而将平台上的钻石移入和移出积分球。优选地，平台是具有至少ー 个用于存放钻石的嵌入式台阶的圆盘。更优选地，所述圆盘具有三个径向间隔的嵌入式台阶，使得在成像期间，ー个台阶在积分球内，一个台阶毗邻运输系统以用于从钻石源接收钻石，并且ー个台阶毗邻运输系统以用于将已分级的钻石传送到收集单元。优选地，视觉系统包括光源，其被设置为照亮待成像的钻石。优选地，视觉系统包括一根或者多根光纤维，其被设置为将光从光源运输到积分球。优选地，所述系统进ー步包括存放所述视觉系统、钻石源、运输系统以及所述数据收集单元的外売。优选地，所述系统进ー步包括在所述外壳中的粉尘电离器，其用于中和所述外壳中的静电荷。在第二方面，本发明主要在于ー种钻石分拣的自动化方法，其包括以下步骤将钻石从钻石源运输到视觉系统的步骤；
获取钻石的一幅或者多幅图像的步骤；对表示所述图像的数据进行处理从而将钻石分级的步骤；将钻石运输到对应于所述钻石的等级的钻石收集单元的分区中从而根据钻石的等级将钻石分拣至钻石收集单元中的步骤。优选地，通过钻石的颜色将钻石分级。更优选地，提取钻石图像的饱和度数值，从而将钻石的颜色分级。优选地，通过钻石的净度将钻石分级。更优选地，识别钻石图像中的大的强度变化，从而将钻石的净度分级。在第三方面，本发明主要在于ー种钻石分级的自动化方法，其包括以下步骤获取钻石的一幅或者多幅图像；对表示所述图像的数据进行处理从而将钻石分级。优选地，通过钻石的颜色将钻石分级。更优选地，提取钻石图像的饱和度数值，从而将钻石的颜色分级。优选地，通过钻石的净度将钻石分级。更优选地，识别钻石图像中的大的强度变化，从而将钻石的净度分级。在本说明书和权利要求书中使用的术语“包括”是指“至少部分由…构成”。当解释本说明书中每个包含术语“包括”的表述时，也可能存在除其之外的特征或者那些由所述术语引出的特征。至于例如“包括”(comprise)和“包括”(comprises)等的术语也使用相同方式进行解释。本发明在于上述的内容并且还包括下述仅仅作为示例的构造。


将仅通过示例方式并參考附图来描述本发明的优选实施方式。图Ia是本发明优选实施方式的钻石分拣系统的透视图；图lb，c和d是图Ia中的钻石分拣系统的俯视图，正视图和侧视图；图2是图Ia中的钻石分类系统的、不带外壳的、更详细的透视图；图3a是图2中的钻石分拣系统的运输系统的第一机械手臂的透视图；图北是图2中的钻石分拣系统的运输系统的第二机械手臂的透视图；图4是从钻石分拣系统的钻石供料机中收集钻石的第一机械手臂的透视图；图5是将图4中的钻石运输到钻石分拣系统的视觉系统的第一机械手臂的特写透视图；图6是将图5中的钻石投放到视觉系统上的第一机械手臂的透视图；图7是从所述视觉系统收集已分级的钻石的运输系统的第二机械手臂的透视图；图8是将图7中的钻石运输到钻石分拣系统的钻石收集単元上的第二机械手臂的特写透视图；图9是将已分级的钻石投放到所述收集単元的适当的收集容器中的、图8中的第 ニ机械手臂的透视图；图10是钻石分拣系统的可替换形式的钻石供料机的透视图；图11是优选形式的钻石分拣系统的视觉系统外部的透视图12是显示了图11中视觉系统的内部的剖面透视图；图13是将待分级的钻石放置在图11中的视觉系统的平台上的第一机械手臂的特写透视图；图14是显示了当钻石进入视觉系统的积分球时图13中的平台的旋转的特写透视图；图15是显示了当钻石退出所述视觉系统的积分球时图14中的平台的旋转的特写透视图；图16是从上部显示了在视觉系统的积分球内的钻石的、所述视觉系统的透视图；图17是显示了在积分球内部的、图16中的钻石的剖面透视侧视图；图18显示了一系列各种颜色等级和净度等级的钻石；图19是用于确定钻石的颜色等级和净度等级的算法流程图；图20是用于确定钻石的颜色等级的算法流程图；以及图21是用于确定钻石的净度等级的算法流程图。
具体实施例方式本发明主要涉及自动化钻石分拣系统，其可通过机电钻石移动系统和基于视觉系统的图像处理将钻石分拣为不同等级。參考图la-ld，可使用钻石分拣系统100通过自动化处理将钻石分级。钻石分拣系统100包括用于在所述系统内运输钻石的机电系统。所述钻石分拣系统100还包括视觉系统160，其根据该钻石的特定特性为每颗钻石分级。可通过钻石的颜色、净度、或者两者、或者任何其他适合的特性将每颗钻石分级。通常，所述机电系统140将钻石从钻石源150运输到视觉系统160以便分级。一旦分级，机电系统140将钻石从视觉系统160运输到钻石收集单元180中。所述钻石分拣系统100可以设置在外壳或者箱体200内。所述箱体可在由金属、 木材、塑料或者任何其他合适材料制造的下部210内封装所述系统的处理器或者计算机以及例如发动机等的致动器。所述下部还提供了用于支撑系统组件130、140、150、160以及 180的平台215。所述箱体还包括上部玻璃区220，从而可以在使用分拣系统时察看到系统组件。可使用由任何合适材料制造的框架230来支撑上部220和下部210。在示出的优选实施方式中，钻石分拣系统100被封装在高910mm、宽560mm、深 560mm的结构中。应意识到，所述系统可以封装在其他尺寸的结构中，这取决于所述系统的复杂程度以及所使用的组件的尺寸。參考图2，所示出的系统100没有外壳200。机电系统140包括两个机械手臂141 和145。第一机械手臂141可在钻石源150和钻石视觉系统160之间移动，从而将钻石从钻石源150传送到视觉系统160进行分拣。第二机械手臂145可在所述视觉系统160和钻石收集单元180之间移动，在钻石收集单元180中，根据钻石的等级收集已分级的钻石并对其分組。在外壳200中设置粉尘电离器130，用于中和所述外壳200中的静电荷。机电系统和钻石收集単元机电系统140包括钻石运输机，其被设置为将钻石从钻石源150运输到视觉系统 160以进行分级。一旦钻石被分级，钻石运输机还被设置为将所述钻石从视觉系统160运输到钻石收集単元180。钻石运输机可以包括一台単独的设备，其被设置为在所述系统的所有区域周围运输钻石。可选择地，钻石运输机可以包括两台或者多台设备，其中每台设备可被设置为在所述系统特定区域周围运输钻石。所述钻石运输机可以包括一个或者多个机械手臂或者任何其他被设置为移动钻石的合适的机构或者设备。在示出的优选形式的钻石分拣系统中，所述钻石运输机包括第一机械手臂141，其被设置为将钻石从钻石源150运输到视觉系统160。所述钻石运输机还包括第二机械手臂 145，其被设置为将已分级的钻石从视觉系统160运输到钻石收集単元180。其他实施方式的钻石分拣系统可以仅包括一个机械手臂，其被设置为将钻石从钻石源150移动到视觉系统160，然后移动到钻石收集单元180。參考附图3和北，第一机械手臂141包括可如箭头AA’所示的顺时针方向和逆时针方向旋转的主体部142。第二机械手臂145包括下主体部146和上主体部147，其分別可如箭头BB’和CC’所示的顺时针方向和逆时针方向旋转。主体部142，146和/或147的旋转可通过受例如钻石分拣系统100的计算机控制的电动机来驱动。第一机械手臂141还可包括手臂组件143，所述手臂组件143在其近端枢转地联接到所述主体部142上。第二机械手臂145还可包括手臂组件148，所述手臂组件148在其近端枢转地联接到下主体部146 上。手臂143和148中的每ー个可以绕着枢转轴线向上和向下枢转，如箭头DD’和EE’所示。手臂143和148的枢转轴线优选地分別大体上垂直于主体部142和146/147的旋转轴线。手臂143和/或148的枢转运动可以通过受例如钻石分拣系统100的计算机控制的电动机来驱动。上述提及的用于控制电机的计算机可以被封装在图Ia中的外壳200下部210 内或者任何其他合适位置。具体地，第一机械手臂141包括联接有主体142于其上的单个铰接接头A，其允许主体142在顺时针方向和逆时针方向上的自由圆周运动。手臂组件143从主体部142横向延伸并可枢转地铰接到主体部142上，从而实现手臂143的上下运动DD’，以用于拾取和投放钻石。这样设计运输系统140，使得主体部142的旋转度和手臂143的长度至少适于使手臂143的末端能够到达钻石源150和视觉系统160两者。在手臂143末端设置真空吸头 144，其用于从钻石源150拾取钻石并将钻石放置在视觉系统160上。第二机械手臂145包括两个铰接接头Bl和Cl。这些接头允许主体部146和147 分別在顺时针方向和逆时针方向两个方向上的自由圆周运动。主体部146和147在接头Bl 处联接，并且它们的旋转轴线相间隔但彼此平行。这允许手臂148延伸进入其工作范围内的任何X-Y坐标系中，从而到达所界定的区域并且从系统100的剰余部分无阻碍地缩回或者“折叠”。此外，在手臂148末端的Z轴真空吸头149的协助下，实现了用于拾取和放置钻石的上下运动。这有利于将已分级的钻石10从视觉系统160运输到收集单元180。如图4，5和6所示，可控制第一机械手臂141，使其吸盘144移动并与在钻石源 150处等候的钻石10相接触。然后，吸盘141会将吸カ施加到钻石10上，使得第一机械手臂141拾取钻石并且将其移动到视觉系统160。然后，从钻石10上去除吸力从而投放钻石 10。类似地，參考图7，8和图9，可控制第二机械手臂145，使其吸盘149移动并与在视觉系统160输出处等候的已分级钻石10相接触。然后，吸盘149可对钻石10施加吸力，使得第二机械手臂145拾取钻石并且将其移动到钻石收集单元180中。然后，从钻石10上去除吸力从而将钻石投放到收集单元180的合适位置183a上。吸盘144/149可以由塑料、橡胶或者任何其他合适材料制造。钻石分拣系统100 可包括通过例如软管等连接到吸盘144/149上的气动系统，使得吸盘144/149能够产生吸力。可以通过计算机控制所述气动系统。可以使用除吸力之外的任何适于拾取、运输并放置钻石的方法。在本说明书中，术语“投放”或者“正投放” _在涵盖将钻石轻轻释放到或者放置在表面上并且不必从一定高度释放的情形。再次參考图4和图5，在优选实施方式中，钻石源150包括钻石供料机151，其被设置为将钻石10提供至在已知位置和方位上的第一机械手臂141。钻石供料机151可包括用于夹持多颗待分级的钻石10的容器152。通常，夹持在容器152中的钻石10处于混乱方式(未显示)。钻石供料机151可以包括振动轨道153，其振动从而使钻石10定位并且促进了钻石沿着轨道长度的运输。钻石供料机151可振动，从而使ー颗或者多颗钻石10从容器152中振动到振动轨道153的底部上。然后，钻石沿着振动轨道153的长度振动，直到其到达容器壁顶部的端部，准备好供机械手臂141拾取。在钻石10沿着轨道运动期间，钻石 10被定位到已知位置。例如，当被切割为使其一端比另一端大或者重(磨光刻花法)的钻石沿着轨道153的长度而振动时，可能最终以其较小、较轻的端部放置。起初，钻石10伏在容器152中的ー侧上。等到钻石沿着振动轨道153振动时，钻石可变换方向，从而使其置于台上。通常，如果多颗钻石沿着振动轨道153振动，在到达轨道153末端之前，它们最终都处于相同方位，使得它们准备好由第一机械手臂141拾取，以运输到视觉系统160。供料机和容器可不必是所示出的形式并且可以采取任何形状，例如图10所示的碗状物155。振动轨道也可以采取不同的形状，例如环绕碗状物155螺旋状物156。如果系统100需要，可以采取任何适合长度的轨道。作为替代，可以使用料斗或者任何其他调整钻石10使其处于适于分级的方位的合适的钻石源150。參考图4，5和图6，在将钻石10从钻石供料机151运输到视觉系统160的输入处吋，第一机械手臂141的主体142可朝向振动轨道153的顶部旋转。然后，手臂143可枢转，使得吸盘144与在振动轨道153顶部的钻石10接触(图4)。然后将吸力施加到钻石 10上，并且然后手臂143可以相反方向枢转，从而将钻石10拾起。然后，主体142可使夹持钻石10的手臂143朝向视觉系统160的输入处旋转(图5)。一旦毗邻视觉系统160的输入处，手臂143可朝向视觉系统160的输入处枢转，从而将钻石10放置在合适位置上(图 6)。去除吸カ从而将钻石10留在视觉系统160的输入处的已知方位上。然后，主体142和手臂143可旋转远离视觉系统160并等候指令以从供料机150拾取下ー颗钻石。參考图8和图9，钻石收集単元15包括分区平台181，分区平台181在每个分区具有存放特定等级的钻石的收集箱183。在优选实施方式中，钻石收集単元180包括设有多个孔182的台181，其被设置为容纳收集已分级钻石10的收集箱或者收集容器183。每个收集容器183对应于特定的钻石分级。例如，一个收集容器可对应于疵瑕级净度和近乎无色的钻石分级，而另ー个收集容器可对应于疵瑕级净度和淡黄色的钻石分级，且再一个收集容器对应于微瑕级净度和近乎无色的钻石分级。所提供的收集容器的数量应该等于可能的净度分级数量乘以可能的颜色分级数量。可设置ー个收集容器用于可能的净度分级与每一种可能的颜色分级的每ー种组合。如所示出的，孔182和收集容器183以矩阵形式布置，从
10而以净度和颜色的行和列来组织钻石分级。计算机可在存储器中具有数据库或者地址表， 其指示每个对应于钻石的特定等级的收集容器183位于台181上的何处。利用这种信息， 一旦钻石10被分级为特定等级，计算机会提取适当的收集容器183的行和列地址，并且给机械手臂145发指令使其移动到适当位置并将已分级的钻石10放置在收集容器183中。 对多颗钻石10重复这种程序多次可使得相同分级的钻石被分拣在相同的收集容器183中。 然后，使用者可以取回通过其等级而被分拣的钻石10。第二机械手臂145优选地能够到达台181上的所有收集容器183，使得能够将钻石 10存放在任何一个适当的收集容器183中。现在同样參考图7，在将钻石10从视觉系统160的输出处运输到钻石收集単元 180期间，第二机械手臂145的主体部146和147可朝向视觉系统160旋转。一旦毗邻视觉系统160的输出处，手臂148可枢转，以使吸盘149与在视觉系统160的输出处的钻石10 接触(图7)。然后在钻石10上施加吸力，接下来手臂148可在相反方向上枢转，从而拾取钻石10 (图8)。主体部146和147可朝向钻石收集単元180旋转，以使钻石10与钻石收集単元180的适当的收集容器183对准并悬置于所述适当的收集容器183上方(图9)。可去除吸力，从而使钻石10落入适当的收集容器183a中。在优选实施方式中，第二机械手臂145包括两个主体部146和147，每ー主体部绕着平行但间隔的轴线旋转。这种布置使得手臂148 (具体是指手臂148的端部，吸盘149在该处延伸)能够移动越过携带有收集容器183的台181的所有区域。此外，或者在可选择的实施方式中，台181也是可移动或者可旋转的，以使其可在机械手臂145的运动之前、期间或者之后能适当地运动，从而协助与在适当的收集容器183 上方悬置的钻石10的对准。參考图9，台181可包括多个用于在其中存放收集容器183的堆叠式托盘181a_c。 托盘181a和181b可包含一組相同但错开的孔18 和182b，其分别用于通过ー对所示出的错开的孔以对角方式接收每个收集容器183。这使得每个收集容器倚靠在其对应的孔 18 / 外围上。设置用于支撑每个收集容器183底部的基盘181c。销钉184在托盘181a-c 之间延伸，从而分隔、联接托盘181a-c并使其彼此对齐。可以使用任何其他适于收集已分级钻石10的方法或者布置。通常，钻石分拣系统100可以为0. 8mm至3mm的钻石分级，然而也可以为任何适当尺寸的钻石分级。对于被设置为对0. 8mm至3mm的钻石进行分级的系统而言，对机械手臂 140和机电视觉系统160的控制精度或者控制准确度可下至0. 08mm。应注意的是，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以使用任何适当的方式将钻石从钻石源150运输到视觉系统160，并且一旦分级，就从所述视觉系统160运输到钻石收集单元180。可以使用任何恰当的方式来驱动机电系统140的所有运动部件或者机械设备。例如，电动机可以驱动机械手臂141和145运动，或如下进ー步描述的系统160中的任何运动部件的运动，以及台181的运动(如果其是可运动/可旋转的)。具有与钻石供料机151相关的非対称重量的电动机可驱动钻石供料机151中的振动。可通过与钻石分拣系统100相关的一台或者多台计算机或者处理器来控制致动器。可选地或者此外，可以采用与任何运动部件相连接的液压系统。
粉尘电离器再参考图2，在优选实施方式中，设置粉尘电离器130以用于中和外壳200内的静电荷。在优选形式中，一旦开启机器/系统100，粉尘电离器130会不断运行。电离器130产生导致与粉尘和抗混滤波器(an-aliasing flter)的电子交换的正负离子流，为粉尘颗粒提供中和电荷。在没有静电荷时，颗粒不会彼此粘着，从而能够容易地从系统100上去除所有的粉尘。这确保了用于颜色和净度分级的钻石表面的清洁和光亮。粉尘电离器130还有助于消除运行中的振动供料机151的轨道153之内的静电荷。在没有静电荷的情况下，钻石不会粘着在供料机151的轨道153的顶部。这确保了在自动化过程期间稳定供应钻石。并不一定需要在系统100中采用粉尘电离器130，然而其是优选特征，因为其利于测量静电、中和静电荷、持续监控粉尘颗粒并且保护在工厂的加工和测试环境中的生产区域免受粉尘颗粒影响。视觉系统参考图11和图12，视觉系统160被设置为通过机电系统140从钻石源150接收钻石10。视觉系统160包括一台或者多台被设置为获取钻石10的一幅或者多幅图像的照相机(未显示)。图像处理系统可处理所述图像或者表示由照相机获取的图像的数据，从而将钻石10分级。优选地，视觉系统160包括位于视觉系统160的任一侧上的两台照相机。一台照相机被设置为捕捉用于钻石10的颜色分级的图像，并且另一台照相机被设置为捕捉用于钻石10的净度分级的图像。每一台照相机可具有被设置为协助捕捉与钻石10的颜色或者净度相关的信息的对应的镜头161。优选地，照相机是数码的并且包括CCD芯片、CMOS芯片或者任何其他适当设备。可选择地，钻石分类系统100可包括三台或者任何其他适当数量的照相机。可将钻石10放置在用于捕捉图像的积分球162内。积分球可以是容器或者收集箱，其被设置为从内部接收钻石以提供成像区域，并且在积分球中，其内部基本上与外部光线和其他干扰隔绝或者密封。可使用塑料、金属或者任何其他适当材料制造积分球162。积分球160的内部表面163可涂覆有反射涂层以促进漫反射。积分球162的内部表面163可以涂覆有硫酸钡或者任何其他适当的涂层。可通过光源(未显示)照明积分球162的内部。可以在积分球内部使用LED灯以降低来自钻石的镜面反射的量。通常，当捕捉钻石10的图像时，积分球提供投射到钻石10上的均勻光分布。这避免了可能影响钻石10的分级的过度照明或者照明不足的钻石10的区域。例如，可在积分球162内部使用白色涂层来提供均勻的光场。可通过一根或者多根光学纤维(图15中示出的169)将来自光源的光导向积分球162。然而，可以任何适当的方式将光引入积分球内。可选择地，可以在积分球162自身内设置光源。参考图13至15，可通过旋转平台164将钻石10引入积分球162内，其中旋转平台164在优选实施方式中是圆盘形式的。如图13所示，可通过机电系统140，例如第一机械手臂141，将钻石10放置在旋转圆盘164上。如先前讨论的，携带有钻石10的手臂141被设置为将钻石10从吸头143释放并将其放置在视觉系统160的输入处。然后。然后旋转圆盘164可旋转(如图14中箭头RR’所示)并将钻石10携带进入积分球162内以用于成像。旋转圆盘164可穿过积分球162中的狭缝(在图中被旋转圆盘164遮盖)。旋转圆盘可包含一个或多个嵌入式台阶165，供钻石搁置在其上，以便钻石能移动通过狭缝而不会从旋转圆盘上被刷落。旋转圆盘164可包括三个或者更多个嵌入式台阶165，以便可以在任何一段时间内将未分级的钻石10放置在旋转圆盘164上的视觉系统160的输入处160(参见图13和14)，可在积分球162内设置一颗钻石，并且一颗已分级钻石10可位于视觉系统160的输出处并准备从旋转圆盘164移除(参见图1 。每一个嵌入式台阶165可包括又一平凹槽166，用于在其中搁置钻石10。平凹槽166可以包括通过旋转圆盘164的窗户，以便，例如如果在旋转圆盘164下方提供照相机，能够从下方获取图像。包含平凹槽166的嵌入式台阶165可以形成为蓝宝石台阶。可以通过例如步进电机等的电动机167来驱动旋转圆盘164运动。可以通过计算机来控制旋转圆盘164的动作。如果存在三个等间隔的台阶165，那么旋转圆盘164可被设置为根据来自计算机的每一个指令旋转120度。一旦分级，旋转圆盘164旋转，从而露出已分级的钻石10，如图15所示，其准备在视觉系统160输出处被拾取。参考图16和图17，积分球162的内部可以基本上是球形。积分球162可包括用于光源和照相机镜头161的孔168。旋转圆盘164可将钻石10移入积分球162的底部，以对钻石10成像。优选地，视觉系统被设置为将钻石移入积分球162底部的中心位置，从而执行图像捕捉和采集。在积分球的内表面内设置涂层163以用于促进漫反射。旋转圆盘164可以被同时视为视觉系统160的输入和输出处。例如，可以通过机电系统140(尤其是机械手臂141)将已被调整方位的钻石放置在旋转圆盘164上。然后，可通过旋转圆盘164将钻石10移入积分球162内以进行成像。然后，可以通过机电系统140(尤其是手臂145)将钻石移出积分球162并且移除。需要注意的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以使用任何为钻石10成像的适当系统。例如，钻石10可以悬置在或者搁放在平台上进行成像，并且可以使用任何数量和类型的适当的照相机来为钻石成像。此外，视觉系统160可适于一次为两颗或者多颗钻石成像并进行处理/分级，从而提高了整个系统100的操作速度。图像处理参考图18，可以根据若干特征中的一个或者多个(包括钻石颜色和钻石净度)来将钻石10分级。例如，美国珠宝协会(GIA)钻石分级标准将钻石颜色分级为D (无色)至Z (淡黄色)。类似地，GIA钻石净度分级标准将钻石净度分级为FL (无瑕疵的)至I3 (有瑕疵的)。钻石分拣系统100能够以类似的标准为特定的钻石颜色和净度分级。一旦视觉系统160捕捉到钻石的一幅或者多幅图像，那么将所述图像或者表示所述图像的数据馈送到计算机或者处理器，以便执行图像处理算法，从而根据颜色和净度将钻石分级。在优选实施方式中，通过处理器执行钻石图像的实时分析，从而将钻石分级。处理器可在存储器内具有表示带有已知的颜色和净度分级的大量钻石样品的信息或者数据库或者查阅表。净度分级信息或者数据可以包含大量关于带有已知的内含物或表面瑕疵或者任何其他内含物或表面瑕疵的钻石样品的信息，所述已知的内含物或表面瑕疵为例如云状、羽裂纹、疖、解理裂纹、磨损纹、晶界、伤痕、针点、缺口等。净度分级或者信息或数据还可包含有关内含物或者表面瑕疵的尺寸的信息。可建立数据库或者查阅表，对从钻石10上捕捉到的颜色和净度信息进行比对或者将其进行关联，从而将钻石分为特定的颜色或者净度等级。在优选实施方式中，只需要钻石的一幅数字图像用于实时分析并就颜色分级，并且只需要钻石的一幅数字图像用于实时分析并就净度分级。这缩短了钻石分级所需要的处理时间。参考图19，其示出了将钻石的颜色和净度进行分级的一般算法。在这个系统中，视觉系统160包括两台照相机，然而在可选实施方式中，可以使用任何适当数量的照相机。第一照相机36a可以用于颜色分级并且第二照相机36b可以用于净度分级。每台照相机获取钻石的图像，然后预处理每幅图像。预处理可包含从背景中提取钻石的图像。然后，可对每幅图像上或者对表示每幅图像的数据执行图像处理算法，从而获取钻石的颜色和净度分级。所采用的图像处理技术可包含过滤、边缘检测、图像分割、缺陷检测、合成或者任何其他适当的图像处理技术。例如，可以使用边缘阈值算法来检测钻石边缘，使得不使用任何钻石外部的数据来确定钻石的等级。可以对图像进行过滤以消除任何噪声。然后，将数据用于确定钻石10的颜色分级和净度分级。可执行颜色分级算法50以确定颜色分级。类似地，可执行净度分级算法52以确定净度分级。参考图20，可以通过察看预处理过的图像的RGB (红-绿-蓝)色域中的蓝色来评估钻石的颜色。这是由于钻石可吸收蓝光的事实。然而，在不同的钻石颜色等级之间可能存在微小的色差。因此，可选择地，可以通过察看预处理过的图像的HSV(色度-饱和度-纯度)色域中的饱和度数值来评估钻石的颜色。具有相同颜色分级的不同尺寸的钻石具有不同的饱和度数值，因此可能有必要从基于已知的已分级的钻石的尺寸范围的查阅表或者数据库中选择校准过的颜色饱和度数值(步骤50a)。可以分割在这点处的或者甚至之前的图像，以将钻石和背景分离(步骤50b)。然后可在钻石图像的HSV色域中计算最稳定的饱和度数值(步骤50c)。最后，将该饱和度数值与包含在数据库或者查阅表中的信息进行比对或者将其进行关联，以确定钻石的最终颜色等级(步骤50d)。参考图21，可以对钻石图像执行边缘检测算法以发现钻石内的较大强度变化(步骤52a)。然后，可将钻石图像分割成单独区域以进行分析，同时将检测到的边界作为边缘，从而与具有类似强度的邻近像素进行组合(步骤52b)。这些邻近像素都可表示一个特定内含物或表面瑕疵。可执行区域统计测定，以确定每个单独区域是否为内含物或者表面瑕疵(步骤52c)。每个单独区域的统计测定可包含标准偏差、熵、均勻性以及任何其他适当的统计测定。然后可以通过将所识别的内含物与具有已知的净度等级的钻石样品进行比对或者对其进行关联，由此确定钻石图像的总净度等级(步骤52d)。然后可以对已知的等级数据库进行颜色分级和净度分级的归一化，从而获取最终的颜色和净度等级。一旦获取等级，处理器或者计算机可控制机电系统140，从而将钻石存放在收集容器183中或者存放在对应于那个特定分级的指定区域。上述图像处理方法是优选实施方式并且本发明并不排除其他用于确定分级所需的钻石品质的图像处理方法/算法。本发明的上述说明包含其优选形式。可以在不偏离由所附权利要求书限定的本发明范围的情况下对本发明进行改进。
权利要求
1.一种钻石分拣系统，包括钻石源，用于供应待分级的一颗或多颗钻石，视觉系统，被设置为从该钻石源接收钻石以将该钻石分级，且所述视觉系统具有一台或多台照相机，被设置为获取该钻石的一幅或多幅图像，以及处理器，被设置为接收表示来自该一台或多台照相机的一幅或多幅图像的数据，并对该数据执行算法，从而将钻石分级，钻石收集单元，被设置为从该视觉系统接收已分级的钻石，以及机电钻石运输机，被设置为将待分级的钻石从该钻石源运输到该视觉系统，并且进一步被设置为将已分级的钻石从该视觉系统运输到该钻石收集单元。
2.根据权利要求1所述的钻石分拣系统，其中，该钻石源包括钻石供料机，该钻石供料机被设置为将为调整好方位以便分级的钻石提供给该钻石运输机。
3.根据权利要求2所述的钻石分拣系统，其中，该钻石供料机包括用于容纳一颗或多颗待分级的钻石于其内的容器，和从所述容器延伸的振动平台，以沿着该平台将一颗或多颗钻石运输到毗邻该钻石运输机的位置处。
4.根据前述权利要求中任一项所述的钻石分拣系统，其中，该钻石运输机包括可在该钻石源和视觉系统之间移动的机械手臂，该机械手臂用于将钻石从该钻石源运输到该视觉系统，以便分级。
5.根据权利要求4所述的钻石分拣系统，其中，该机械手臂包括可在毗邻该钻石源的拾取位置和毗邻该视觉系统的投放位置之间旋转的主体部。
6.根据权利要求5所述的钻石分拣系统，进一步包括从该主体部延伸并在其末端具有吸盘的手臂，该吸盘被设置为当该主体部位于该拾取位置时，施加吸力以从该钻石源拾取钻石，并且当该主体部位于投放位置时，至少部分去除该吸力，以将钻石释放到该视觉系统上，以便分级。
7.根据权利要求6所述的钻石分拣系统，其中，该手臂可枢转地联接到该主体部，从而当该主体部位于该拾取或者投放位置时，使该吸盘能够朝向或者远离钻石枢转。
8.根据前述权利要求中任一项所述的钻石分拣系统，其中，该钻石运输机包括可在该视觉系统和该钻石收集单元之间移动的机械手臂，以便将已分级的钻石从该视觉系统运输到该收集单元。
9.根据权利要求8所述的钻石分拣系统，其中，该机械手臂包括可在毗邻该视觉系统的拾取位置和毗邻该收集单元的投放位置之间旋转的第一主体部。
10.根据权利要求9所述的钻石分拣系统，其中，手臂从该第一主体部延伸并在其末端包括吸盘，该吸盘被设置为当该第一主体部位于拾取位置时，施加吸力以从该视觉系统拾取钻石，并且当该主体部位于投放位置时，至少部分去除该吸力，以将钻石在该收集单元处释放。
11.根据权利要求10所述的钻石分拣系统，其中，该手臂可枢转地联接到该第一主体部，从而当该主体部位于该拾取或者投放位置时，该吸盘能够朝向或者远离钻石枢转。
12.根据权利要求9至11中的任意一项所述的钻石分拣系统，其中，该机械手臂进一步包括第二主体部，该第一主体部可旋转地联接到其上，该第二主体部可绕着大体上平行于该第一主体部的旋转轴线并与该旋转轴线隔开的轴线旋转。
13.根据前述权利要求中任一项所述的钻石分拣系统，其中，该钻石收集单元被分割成多个分区，每个分区对应于特定的钻石等级。
14.根据权利要求13所述的钻石分拣系统，其中，该钻石收集单元包括分区平台，每个分区具有用于存放特定等级的钻石的收集箱。
15.根据前述权利要求中任一项所述的钻石分拣系统，其中，该系统包括被设置为驱动该钻石运输机运动的计算机。
16.根据权利要求3所述的钻石分拣系统，其中，计算机驱动该钻石供料机振动。
17.根据前述权利要求中任一项所述的钻石分拣系统，其中，该视觉系统被设置为通过颜色或净度或者通过两者将钻石分级。
18.根据前述权利要求中任一项所述的钻石分拣系统，其中，该视觉系统包括至少一台照相机和用于存放待由该照相机成像并被分级的钻石的成像区域。
19.根据权利要求18所述的钻石分拣系统，其中，第一照相机包括被设置为捕捉适用于钻石的颜色分级的图像的镜头，并且第二照相机包括被设置为捕捉适用于钻石的净度分级的图像的镜头。
20.根据前述权利要求中任一项所述的钻石分拣系统，其中，该视觉系统包括积分球， 该积分球被设置为接收钻石并在待成像的钻石周围提供大体上均勻的光分布。
21.根据权利要求20所述的钻石分拣系统，其中，该积分球包括可移动平台，用于将钻石运输到该积分球内以进行成像，并且一旦分级，则将钻石运输出该积分球，以运输到所述收集单元。
22.根据权利要求21所述的钻石分拣系统，其中，该平台是可旋转的并穿过积分球中的狭缝，从而将该平台上的钻石移入并移出该积分球。
23.根据权利要求22所述的钻石分拣系统，其中，该平台为圆盘，该圆盘具有至少一个用于存放钻石的嵌入式台阶。
24.根据权利要求23所述的钻石分拣系统，其中，该圆盘包括三个径向隔开的嵌入式台阶，以使得在成像期间，一个台阶位于该积分球内，一个台阶毗邻该运输系统以从该钻石源接收钻石，并且一个台阶毗邻该运输系统，以将待传送的已分级的钻石提供给该收集单元。
25.根据权利要求18至M中任意一项所述的钻石分拣系统，其中，该视觉系统包括被设置为照亮待成像的钻石的光源。
26.根据前述权利要求中任一项所述的钻石分拣系统，进一步包括用于存放该钻石源、 该视觉系统、该运输系统以及该数据收集单元的封闭的封闭式外壳。
27.根据权利要求沈所述的钻石分拣系统，进一步包括位于该外壳中的粉尘电离器， 用于中和该外壳中的静电荷。
28.一种分拣一颗或多颗钻石的自动化方法，包括以下步骤将钻石从钻石源运输到视觉系统，获取该钻石的一幅或几幅图像，处理表示该图像的数据，从而将所述钻石分级，以及将该钻石运输到对应于该钻石的等级的钻石收集单元的分区。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，通过该钻石的颜色将该钻石分级。
30.根据权利要求四所述的方法，其中，提取该钻石的图像的饱和度数值，从而将钻石的颜色分级。
31.根据权利要求观至30中任一项所述的方法，其中，通过该钻石的净度将该钻石分级。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，识别该钻石的图像中的大的强度变化，从而将该钻石的净度分级。
33.一种将钻石分级的方法，包括以下步骤 获取钻石的一幅或多幅图像；处理表示该图像的数据，从而将该钻石分级。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，通过该钻石的颜色将该钻石分级。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，提取该钻石的图像的饱和度数值，从而将该钻石的颜色分级。
36.根据权利要求33-35中任一项所述的方法，其中，通过该钻石的净度将该钻石分级。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，识别该钻石的图像中的大的强度变化，从而将该钻石的净度分级。
全文摘要
一种钻石分拣系统，包括用于供应一颗或多颗待分级的钻石的钻石源；具有一台或者多台被设置为获取所述钻石的一幅或多幅图像的照相机的视觉系统；以及被设置为接收所述图像数据并对数据执行算法从而将钻石分级的处理器。所述分拣系统进一步包括被设置为从视觉系统接收已分级的钻石的收集单元，和用于将待分级的钻石从钻石源运输到视觉系统的机电钻石运输机，并且其进一步被设置为将已分级的钻石从视觉系统运输到钻石收集单元。
文档编号B07C5/342GK102596433SQ201080035015
公开日2012年7月18日 申请日期2010年9月22日 优先权日2009年9月22日
发明者庐仲辉 申请人:永生制造厂有限公司