用于检查、计划和标记天然钻石的激光机 【技术领域】
本发明涉及用于检查、计划和标记天然钻石的激光机。
钻石是由纯碳组成的矿物。钻石是自然出现的最硬的物质及流行的宝石。因为极高的硬度，钻石有若干重要工业用途。钻石是如石墨那样的碳的特定形式。在矿山中，天然的钻石如同一块煤炭一自然岩石。珠宝分级钻石切割是一分开的专门的分支，涉及标记，劈开，切口，成块，锯割，散布，刻面及抛光。
在天然岩石内部可能有某些杂质。钻石内的杂质称为NATS和GERUMS。Nats是颗粒形非碳杂质，而Gerums是岩石种微小的裂缝形式的杂质。于是，这些杂质必须从于是中去除，这就是为什么天然岩石要以能够获得最大克拉重量(体积)的方式被切割。
背景技术
在切割天然岩石之前，要在头脑中通过想象计划从哪里切割以产生理想的价值和尺寸。由此对岩石作出标记。为了作出这一决定，需要考虑天然岩石的形状与杂质的数量和位置，因为这影响钻石的反射性和透明性。但是人类头脑的想象不能判断杂质的正确位置，并可能有错误，因而切割是随意进行地，于是可能有许多浪费。当切割岩石时，从一块岩石在尺寸和数目的形式上可以有变化和组合。当根据人的想象进行切割时，可能不能获得理想比例和数目，因而会有严重的损失。
为了避免这种损失，本发明提供了用于检查、计划和标记天然钻石的激光机。
本发明的公开
激光器(通过受激辐射的光放大)是一种如同电子振荡器那样的光学振荡器，由带有反馈的放大器组成以便产生振荡。激光是一种单色光，即有非常小的b和宽带的单波长，并因为单色光性质它能够用于可选的吸收。激光是高度相干的，即由激光源发射的光子在它们之间具有固定的相位关系，并在其由两个腔体反射镜之间的光子前后反射获得的光源传送时，激光是高度定向的或有低的散射性。因而激光能够集中到指定点。因为谐振器的腔体反射镜，光源发射的光被限制在非常小的立体角内，因而光强度很高。
根据当前的技术光学计划器以三个步骤实现：
1.钻石映射
2.定义锯割面
3.笔或激光标记
首先，光落在钻石上并从这种光的反射可测量距离。然后以全圆旋转即360°检测钻石的各边缘。在边缘检测之后，光学计划器给出钻石的立体图象。
然而本发明包括激光计划器，该计划器通过使其旋转360°可扫描钻石每一点，并于是给出该钻石特有的座标。该计划器在计算机监视器上显示出线框图象。
本发明的激光计划器包括：
1.激光扫描装置
2.使用带有线框形式3-D位置的激光3-D扫描系统
3.特定的模具
4.标记装置
5.用于在天然钻石中找出钻石克拉重量并拟合出最大适当尺寸钻石的软件。
6.电子组件
附图的简要说明
将参照以下附图更具体并清楚地说明本发明：
图1表示该机器的框图
图2表示该机器的侧视图
图3表示该机器的顶视图
图4表示该机器的前视图
图5表示该机器的侧视框图
图6表示该机器的顶视框图
图7表示该机器的前视框图
图8表示该机器的原理图
图9表示轴的运动的示意图。
图10表示扫描模块的流程图
图11表示模具和模具夹具
图12表示传感器标记
图13表示防松螺母
图14表示一滑块
图15表示一螺母壳体
本发明中，在主体I上装有两个轨道19和26。轨道19和26是为了规定运动的通路。在轨道19上，装有两个直线运动块18。直线运动块18是为了使垂直运动的摩擦很小。直线运动块通过螺母壳体3附有滑块6，该螺母壳体适配在滚珠螺杆组件17的螺母上。滚珠螺杆组件17是非常精确和精密研磨的及硬化的，并按每个命令准确地运动。这一滚珠螺杆组件17适配在两个轨道19和26之间的中心。滑块6适配在螺母壳体3的顶面和两个直线运动块18的顶面。滑块6还附有一传感器标志10，保证了滑块6的垂直运动终点限位。滑块6按照滚珠螺杆17的旋转上下运动。为了保持住滚珠螺杆17，配有主滚珠轴承。两个轴承16适配在滚珠轴承单元2，防松螺母8用来阻止轴向运动。主滚珠轴承单元2组件有两个防松螺母8和9及间隔11。间隔11置于在轴承16与防松螺母8和9之间。一个防松螺母8用于防止滚珠螺杆17的轴向运动，而另一防松螺母9用于固定轴承16在轴承盒2中的位置。电动机托架12适配在主滚珠轴承单元2上。电动机14附加在这一电动机托架单元12上。柔性联轴器15用来连接两个轴端，即滚珠螺杆23和电动机轴24。
对电动机13引起旋转运动，电动机通过联轴器15无间隙地驱转滚珠螺杆17。这一旋转运动通过滚珠螺杆17、直线运动块18、滑块6和螺母壳体3转化为直线运动。扫描仪27和光源的配置使得光落在放置在模具28上的岩石上。扫描仪27附加有计算机，使得在扫描天然岩石之后，岩石的结构和物理数据能够在计算机屏幕上看到。岩石的物理数据由安装在计算机中的计算机程序计算。
在这机器种使用两个步进/伺服电动机。一个用于垂直运动，而另一个用于旋转轴的操作。在旋转轴单元中，有一双轴电动机。旋转轴单元借助于直角铝支架安装。在顶轴上，模具夹具单元25借助于直角铝支架安装安装。在顶轴上，装有模具夹具单元，但装有专用的编码器碟用于原始位置的精密基准。
在电子组件中使用了两个PCB 20和21。一个PCB 21是隔离PCB，而另一PCB 20作为控制单元。PCB放置在PCB支架28上。整个单元放置在机体安装支架4上。
专门设计的模具安装在携带被计划/成形的钻石的模具夹具上。这是一个非常专门的模具并专门为这一特定的应用设计。这一模具有一基准切口，该切口总能保证在模具夹具中的一位置。
钻石可通过胶水或双面胶带的绑结固定在模具的顶部。笔用来标记钻石表面上的切割边缘，小面，平台。值得注意的特征是伺服控制的PWM笔激励器，该激励器控制标记动作。
电源连接到驱动卡PCB。驱动卡由四个相同的驱动电路构成，通过该这些电路驱动卡驱动两个电动机用于组件的垂直和旋转运动。另外两个单元与标记器相关-一个控制标记器的中继线圈，另一个管理泵以便控制墨液流。光隔离PCB使用光耦合器防止计划器单元在计算机内部发生的任何短路并反之也然。原位限定确定了组件的运动。
PCB检测并给出计划器单元预定的运动。在扫描一个钻石之后在放置下一个钻石时，PCB提供零基准以开始扫描新的钻石。
本发明中，模具的设计非常重要。模具具有1mm直径的一小孔。模具通过针安装到模具夹具上，针与电动机的上轴连接。在模具夹具的的上间隙内垫片是压配合，并在垫片内一个针是压配合。在上部留有针的1mm的距离以便以流畅平滑的方式使模具配合。借助于胶水岩石被放置在模具上。传感器通过组件的垂直运动检测距离。带有岩石的模具的垂直运动由于滑块的垂直运动而发生。岩石通过转轴被旋转。模具垂直向上运动并在机械止动器控制下。通过所有这些运动并借助于计算机程序，钻石的结构设计被存储在计算机中。这整个是一扫描模块。岩石被放置在模具的台子上。现在传感器将被启动，使得台子将运动到原始位置，在此所有的轴乘以零。岩石以一定速度旋转角度和分层步骤尺寸必须通过用户接口提供。扫描从第零层开始，即高度为零的层。岩石的所有数据保存在一个文件中，然后通过旋转钻石台再换一个角度重复所有的过程。当旋转单元完成一个回转时，垂直单元向上运动一步。扫描继续进行，直到传感器检测到岩石表面末端或模具材料为止。这样对于一个旋转运动结构数据被收集，然后在垂直步骤有特定的增量，并最后组合成天然岩石的3D图象。
机器的标记部分包括带有墨盒的一个泵。墨盒通过用于平滑供给墨液的中空的管路连接到笔。泵由一继电器控制。当继电器得到来自驱动卡高压脉冲形式的信号时，它被磁化并被激励从而压迫标记器笔接触并标记岩石。
然后岩石将被标记小面，平台和切割边缘。根据nats和gerums的出现，平面必须再次被判断并计算体积+质量。再次进行标记并然后找出平面。其结果是，获得最优的钻石。
线框的概念用来显示对象。使用四面体体积的概念，能够计算质量。而且计算机程序用于找出钻石的克拉重量，并适配出天然钻石中适合的最大尺寸钻石。激光计划器从天然岩石考虑最大重量和体积确定最佳适配”钻石。