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专利名称：对珍珠进行检测和光泽分级的装置及方法
技术领域：
本发明属于珍珠的质检领域，特别涉及一种对珍珠进行检测和光泽分级的装置和方法。背景技术：
珍珠是一种传统的有机宝石，历史悠久，底蕴丰富，然而珍珠的检测和光泽分级一直以来都是困扰宝石鉴定部门的难题。虽然在检测珍珠方面，我国已经出台了国家标准GB/ T18781-2008《珍珠分级》，对国内珍珠、珍珠饰品生产和销售有着深远意义，但是该标准中主要还是采用肉眼观察的方式进行的，存在较大的随机性，容易产生误差，因此，目前我们的珍珠检测迫切需要一种行之有效的量化方法。有关激光共聚焦显微镜的基本原理和应用已有报道，1971年，Davidovits等发明了以激光为光源的透镜扫描系统，1978年，Sheppard等推出载物台扫描装置。多年来激光共聚焦显微镜已经发展的越来越成熟，其应用也越来越广泛。中国专利文件CN1619293A (CN200410100285. 2)公开了一种扫描激光显微镜，将激光共聚焦显微镜进行优化设计，成功的应用到了生物活体中来，参见CN1424574A(CN02154529. 4)。CN101957312A(CN201010516426. 4)提高一种珍珠真伪鉴别的无损检测装置，包括齒素鹤灯光源，光纤分光镜，固定光纤分光镜的机械部件，能实现对珍珠的二维扫描并成像珍珠的内部结构，既可以鉴别真假珍珠，还可以鉴别出天然海水珍珠或者淡水养殖珍珠。CN202049112U (CN201120085850. 8)公开了一种珍珠质量检测装置，将珍珠置于正立显微镜的载物台上，激光经显微镜照射到珍珠表面，其表面反射的拉曼特征光谱被置于显微镜顶端的光谱仪收集，通过对光谱仪中显示的拉曼信号的波长和峰值分布进行分析，可以实现珍珠中特定微量元素的精确检测，从而判断珍珠质量。以上所述的CN101957312A(CN201010516426. 4)是基于分光光度计的原理，提供了一种鉴别真假珍珠、以及区分天然海水珍珠和淡水养殖珍珠的装置，对珍珠二维扫描并成像珍珠的内部结构；CN202049112U(CN201120085850. 8)在拉曼散射原理的基础上设计了一种检测珍珠中特定微量元素的装置；该两个发明有助于珍珠的鉴别，但是对于珍珠表面形貌的检测和光泽分级却难以实现。目前国内检测技术对于珍珠表面形貌的高倍清晰观察以及珍珠光泽度分级存在很大的困难。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种结构简单、精确度高的对珍珠进行检测和光泽分级的装置及方法。本发明是通过如下技术方案实现的
一种对珍珠进行检测和光泽分级的装置，包括载物台以及通过机械臂与载物台连接的光学部分，其特征在于所述光学部分内安装有半导体激光器光源，半导体激光器光源一侧设置有分束镜，分束镜下方由上至下设有微分干涉棱镜和物镜，分束镜上方由下往上依次设置有双针孔结构和扫描探测器，双针孔结构由两个相同的共聚焦针孔结构上下平行叠放构成，每一个共聚焦针孔结构都由光电倍增管、针孔和透镜组成，针孔位于像平面位置，透镜位于分束镜上方的光路上，分束镜与半导体激光器光源输出的激光和微分干涉棱镜均呈 45度夹角。本发明保护一种采用激光的共聚焦显微镜，检测时，珍珠样品置于物镜的焦平面上，所述的激光经分束镜反射后垂直进入微分干涉棱镜，再照射到物镜上，物镜镜头对准载物台上的珍珠样品，由珍珠样品反射的光经物镜透射和微分干涉棱镜会聚后，垂直进入双针孔结构和扫描探测器。本发明的更优方案为
所述物镜一侧连接有步进电机，扫描探测器与计算机连接，步进电机可以控制物镜在垂直样片台的方向上移动，这样可以在样品表面的不同层次上聚焦，依次步进，如此便可在扫描探测器上依次递进的获得不同层次上样品表面的形貌图，再由计算机将不同层次的形貌整合，获得样品表面的三维立体图像，在此三维立体图像的基础上，便可以计算样品的表面粗糙度。所述物镜由多个物镜镜头组成，可以实现不同放大倍数的观察，且与半导体激光器的波长匹配，以避免像差。所述载物台上设置有粗调旋钮和细调旋钮，粗调旋钮和细调旋钮能使载物台上下移动，调节载物台的高度，从而将样品表面聚焦在武警的焦平面上。所述针孔的直径为25飞OMffl，双针孔结构可以使光源、被照物点和扫描探测器处于彼此对应的共轭位置，光源经物镜在样品表面聚焦呈颜射限制的斑点，其反射光或透射光再次通过物镜在共聚焦针孔平面成像，提高了显微镜的分辨率。所述载物台上设置底面光滑、上表面有半圆形凹孔的载玻片，用于放置珍珠。所述载玻片长度为6 9cm、宽度为3 4cm、厚度为3 10cm,半圆形凹孔的直径为 2 20mm，载玻片上表面为磨砂面，凹孔间距为I飞mm，以与检测的珍珠样品直径相适配，并很好的稳固住珍珠样品。本发明所述的对珍珠进行检测和光泽分级的方法，主要包括如下步骤
(1)将珍珠样品放到载玻片的半圆形凹孔上，置于物镜镜头下的载物台上；
(2)开启半导体激光器光源，激光经分束镜反射后垂直进入微分干涉棱镜，再照射到物镜上，将物镜镜头对准珍珠样品，选取最小倍率的物镜，调节旋钮使样品表面位于物镜的焦平面上，光源经物镜在样品表面聚焦成衍射限制的斑点，其反射光或透射光再次通过物镜在共聚焦真空平面成像，从扫描探测器上获得样品表面的形貌；依次更换较大倍率的物镜， 直至扫描探测器上清楚呈现珍珠表面细微的形貌，再启动步进电机，在纵向范围内扫描，获取珍珠样品的三维立体图像；
(3)通过与扫描探测器连接的计算机，对所得的三维立体图样进行分析，表面具有定向划痕的样品是经过抛光处理的，在根据所得三维立体图样，分别计算样品的表面粗糙度，依次确定出珍珠的光泽等级。本发明在现有激光共聚焦显微镜基础上特设了微分干涉棱镜，将一束光分解成偏振方向不同的两束光，偏振光照射到样品表面，光发生了相移后，在经过物镜的汇聚达到微分干涉棱镜上，棱镜将两束互相垂直的偏振光重新组合成同一束光，并将相位差转换到振幅上，从而形成具有明暗差别的图像。
本发明还将共聚焦针孔平面成像部分设置为双针孔结构，可使光源、被照物点和扫面探测器处于彼此对应的共轭位置，光源经物镜在样品表面聚焦成衍射限制的斑点，其反射光或透射光再次通过物镜在共聚焦针孔平面成像，提高了显微镜的分别率。本发明还优选了激光器与物镜的匹配，针孔直径光源的光波长匹配等，以获得最好的三维立体图像。本发明设备结构简单，使用简便快捷，测量精确度高，检测方法对样品无损伤，可以在更高的分辨率先观察到珍珠表面的三维形貌，并获得其缺陷情况和表面粗糙度。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。图I为本发明装置的核心部分结构示意图2为本发明装置的外部结构示意图3为珍珠样品的载玻片结构示意图。图中，I半导体激光器光源，2分束镜,3微分干涉棱镜，4物镜,5扫描探测器,6光电倍增管，7针孔，8透镜，9步进电机，10粗调旋钮，11细调旋钮，12载物台，13载玻片，14 凹孔。
具体实施方式
实施例I :
一种对珍珠进行检测和光泽分级的装置，包括载物台12以及通过机械臂与载物台12 连接的光学部分，所述光学部分内安装有半导体激光器光源1，半导体激光器光源I 一侧设置有分束镜2,分束镜2下方由上至下设有微分干涉棱镜3和物镜4,分束镜3上方由下往上依次设置有双针孔结构和扫描探测器5，双针孔结构由两个相同的共聚焦针孔结构上下平行叠放构成，每一个共聚焦针孔结构都由光电倍增管6、针孔7和透镜8组成，针孔7位于像平面位置，透镜8位于分束镜2上方的光路上，分束镜2与半导体激光器光源I输出的激光和微分干涉棱镜3均呈45度夹角；所述物镜4 一侧连接有步进电机9，扫描探测器5与计算机连接；所述物镜4由多个物镜镜头组成，且与半导体激光器的波长匹配；所述载物台 12上设置有粗调旋钮10和细调旋钮11 ;所述针孔7的直径为25 50Mffl ;所述载物台12上设置底面光滑、上表面有半圆形凹孔14的载玻片13 ;所述载玻片13长度为6 9cm、宽度为 3 4cm、厚度为3 10cm，半圆形凹14孔的直径为2 20mm，载玻片13上表面为磨砂面，凹孔14 间距为I 5_。利用上述的装置，进行珍珠检测和光泽分级的方法，步骤如下
样品为5粒直径约IOmm的珍珠，圆度佳。将样品依次放置到载玻片13上，并一起置于物镜4镜头下的载物台12上。开启半导体激光器光源1，激光经分束镜2反射后垂直进入微分干涉棱镜3，再照射到物镜4上，将物镜4镜头对准第一粒珍珠样品，选取最小倍率的物镜，调节粗调旋钮、细调旋钮，使样品表面位于物镜4的焦平面上。光源经物镜4在样品表面聚焦成衍射限制的斑点，其反射光或透射光再次通过物镜4在共聚焦针孔平面成像，此时可从扫描探测器5上获得样品表面的形貌；依次更换到较大倍率的物镜，直至可以看清珍珠表面更细微的形貌；再启动步进电机9，在一定纵向范围内扫描，获取第一粒样品的三维立体图像。移动载物台12，更换样品，重复上述步骤，依次获取第二粒至第五粒样品的三维立体图像。对所得三维立体图像进行分析，如果表面具有定向的划痕，则说明样品经过抛光处理；根据所得三维立体图像，计算样品的表面粗糙度，划分出该五粒珍珠的光泽等级。实施例2
珍珠检测和光泽分级的装置如实施例1，珍珠检测和光泽分级的方法，步骤如下 样品为I粒直径4. 5_左右的珍珠，圆度佳，但表面有缺陷。将样品放置到载玻片13中心凹孔出，并一起置于物镜4镜头下。将物镜4镜头对准珍珠样品，选取最小倍率的物镜， 调节粗调细调旋钮，使样品表面位于物镜4的焦平面上，此时可从探测器5上获得样品表面的形貌；依次更换到较大倍率的物镜，直至可以看清珍珠表面更细微的形貌；再启动步进电机9，在一定纵向范围内扫描，获取样品的三维立体图像。然后观察此三维立体图像，得到缺陷的形状和三维尺寸；最后，根据此三维立体图像，计算样品的表面粗糙度，划分出珍珠的光泽等级。实施例3
珍珠检测和光泽分级的装置如实施例1，珍珠检测和光泽分级的方法，步骤如下 样品为I粒左右的椭圆形珍珠。将样品置于载玻片13中心凹孔14处,并一起置于物镜4镜头下。将物镜4镜头对准珍珠样品，选取最小倍率的物镜，调节粗调细调旋钮，使样品表面位于物镜4的焦平面上。此时可从探测器5上获得样品表面的形貌；依次更换到较大倍率的物镜4，直至可以看清珍珠表面更细微的形貌；再启动步进电机9，在一定纵向范围内扫描，获取样品的三维立体图像；然后观察此三维立体图像，如果表面具有定向的划痕，则说明样品经过抛光处理；最后，根据此三维立体图像，计算样品的表面粗糙度，划分出珍珠的光泽等级。实施例4:
根据GB18781-2008《珍珠分级》国家标准，珍珠分级是根据珍珠的类别(海水珍珠、淡水珍珠)，分别从颜色、大小、形状、光泽、光洁度、珠层厚度(有核珍珠)等六个方面质量因素进行评价，其中颜色、光泽、光洁度需要与国家标准样品对比给出级别；多粒珍珠饰品需要进行总体质量因素和匹配性级别确定；最后根据珍珠质量因素级别，将用于装饰的珍珠划分为珠宝级珍珠和工艺品级珍珠两大等级
(I)珍珠鉴定和分类
珍珠的鉴定需区分出是天然珍珠还是养殖珍珠，颜色等方面是否经过人工处理，同时根据产出水域分出海水珍珠和淡水珍珠。(2)质量因素级别评价
从颜色、大小、形状、光泽、光洁度、珠层厚度(有核珍珠)等六个方面质量因素进行评价。a.颜色
颜色珍珠的体色、伴色及晕彩综合特征。珍珠的体色分为白色、红色、黄色、黑色、及其他五个系列。珍珠可能有伴色，如白色、粉红色、玫瑰色、银白色或绿色等伴色；珍珠可能有晕彩，晕彩划分为晕彩强、晕彩明显、晕彩一般。b.大小大小单粒珍珠的尺寸。正圆、圆、近圆形珍珠以最小直径来表示，
其他形状珍珠以最大尺寸乘最小尺寸表示。c.形状级别
形状珍珠的外部形态。淡水珍珠形状级别
圆形类正圆Al、圆A2、近圆A3;
椭圆形类短椭圆BI、长椭圆B2、含水滴形、梨形；
扁圆形类高形Cl、低形C2 ；
异形D。海水珍珠形状级别
正圆Al、圆A2、近圆A3、椭圆(含水滴、梨形)B、扁平C、异形D。d.光泽级别
光泽珍珠表面反射光的强度及映像的清晰程度。光泽级别极强A、强B、中C、弱D0e.光洁度级别
光洁度珍珠表面由瑕疵的大小、颜色位置及多少决定的光滑。洁净的总程度。光洁度级别无暇A、微暇B、小暇C、瑕疵D、重暇E。f.珠层厚度级别
珠层厚度从珠核外层到珍珠表面的垂直距离。目前检测方法包括X光照相法、OCT光学相干层析法珠层厚度检测方法和直接测量法。珠层厚度级别
特厚 A >= O. 6mm、厚 B >= O. 5mm、中 C >= O. 4mm、薄 D >= O. 3mm、极薄 E <= O. 3mm。(3)确定珍珠等级
按珍珠质量因素级别，用于装饰用的珍珠可划分为珠宝级珍珠和工艺品级珍珠两大等级。a.珠宝级珍珠质量因素最低级别要求
光泽级别中(C);
光洁度级别最小尺寸在9mm (含9mm)以上的珍珠瑕疵(D)；
珠层厚度(有核珍珠)薄(D)。b.工艺品级珍珠达不到珠宝级珍珠要求的为工艺品级珍珠。
权利要求
1.一种对珍珠进行检测和光泽分级的装置，包括载物台(12)以及通过机械臂与载物台(12)连接的光学部分，其特征在于所述光学部分内安装有半导体激光器光源(I )，半导体激光器光源(I) 一侧设置有分束镜(2),分束镜(2)下方由上至下设有微分干涉棱镜(3) 和物镜(4)，分束镜(2)上方由下往上依次设置有双针孔结构和扫描探测器(5)，双针孔结构由两个相同的共聚焦针孔结构上下平行叠放构成，每一个共聚焦针孔结构都由光电倍增管(6 )、针孔(7 )和透镜(8 )组成，针孔(7 )位于像平面位置，透镜(8 )位于分束镜(2 )上方的光路上，分束镜(2)与半导体激光器光源(I)输出的激光和微分干涉棱镜(3)均呈45度夹角。
2.根据权利要求I所述的对珍珠进行检测和光泽分级的装置，其特征在于所述物镜 (4)一侧连接有步进电机(9)，扫描探测器(5)与计算机连接。
3.根据权利要求I或2所述的对珍珠进行检测和光泽分级的装置，其特征在于所述物镜(4)由多个物镜镜头组成，且与半导体激光器的波长匹配。
4.根据权利要求I或2所述的对珍珠进行检测和光泽分级的装置，其特征在于所述载物台(12)上设置有粗调旋钮(10)和细调旋钮(11 )。
5.根据权利要求I或2所述的对珍珠进行检测和光泽分级的装置，其特征在于所述针孔(7)的直径为25 50Mm。
6.根据权利要求I或2所述的对珍珠进行检测和光泽分级的装置，其特征在于所述载物台(12)上设置底面光滑、上表面有半圆形凹孔(14)的载玻片(13)。
7.根据权利要求6所述的对珍珠进行检测和光泽分级的装置，其特征在于所述载玻片(13)长度为6 9cm、宽度为3 4cm、厚度为3 IOcm,半圆形凹孔(14)的直径为2 20mm,载玻片(13)上表面为磨砂面，凹孔(14)间距为I飞mm。
8.根据权利要求I所述的对珍珠进行检测和光泽分级的方法，其特征在于主要包括如下步骤(I)将珍珠样品放到载玻片(13)的半圆形凹孔(14)上，置于物镜(4)镜头下的载物台(12)上；(2)开启半导体激光器光源(I )，激光经分束镜(2)反射后垂直进入微分干涉棱镜(3)，再照射到物镜(4)上，将物镜(4)镜头对准珍珠样品，选取最小倍率的物镜(4)，调节旋钮使样品表面位于物镜(4)的焦平面上，光源经物镜(4)在样品表面聚焦成衍射限制的斑点，其反射光或透射光再次通过物镜(4 )在共聚焦真空平面成像，从扫描探测器(5 )上获得样品表面的形貌；依次更换较大倍率的物镜(4)，直至扫描探测器(5)上清楚呈现珍珠表面细微的形貌，再启动步进电机(9 )，在纵向范围内扫描，获取珍珠样品的三维立体图像；(3)通过与扫描探测器(5)连接的计算机，对所得的三维立体图样进行分析，表面具有定向划痕的样品是经过抛光处理的，在根据所得三维立体图样，分别计算样品的表面粗糙度，依次确定出珍珠的光泽等级。
全文摘要
本发明属于珍珠的质检领域，特别公开了一种对珍珠进行检测和光泽分级的装置和方法。本发明在现有激光共聚焦显微镜基础上特设了微分干涉棱镜，将一束光分解成偏振方向不同的两束光，偏振光照射到样品表面，光发生了相移后，在经过物镜的汇聚达到微分干涉棱镜上，棱镜将两束互相垂直的偏振光重新组合成同一束光，并将相位差转换到振幅上，从而形成具有明暗差别的图像。本发明设备结构简单，使用简便快捷，测量精确度高，检测方法对样品无损伤，可以在更高的分辨率先观察到珍珠表面的三维形貌，并获得其缺陷情况和表面粗糙度。
文档编号G01B11/24GK102608076SQ201210070028
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月16日 优先权日2012年3月16日
发明者付芬, 徐现刚, 李建军, 田亮光, 程佑法 申请人:付芬, 国家黄金钻石制品质量监督检验中心