专利名称：宝石用激光划痕系统及划痕鉴别方法
技术领域：
本发明涉及在宝石表面上雕刻标记的领域，更具体讲，涉及一种采用Q调制脉冲激光器在宝石的一部分上进行划痕的系统。
背景技术：
如在通过参照而将其内容包含于文中的美国专利No.4392476中公开的一种已知的、对钻石进行雕刻的系统，其包括一个Nd:YAG(1.06微米、倍频)Q调制激光器，它通过表面石墨化作用在激光焦点对钻石进行划痕。光束位置由计算机控制以建立一个部分重叠的处理区域。但该系统已知实施例的精确度受振动和激光器转向系统精度的限制。
通过参照而将其内容包含于文中的美国专利No.4467172描述了一种激光束钻石雕刻系统，它设置有一种Q调制闪光灯泵浦YAG激光器(1.06微米、倍频)，并将钻石安装在一个计算机控制定位的工作台上以进行字母数字符号的雕刻。还可参看美国专利Nos.2351932、3407364、3527198、3622739、3775586和4048515以及外国专利JP00-48489和JP00-77989。
美国专利Nos.5410125和5149938描述了一些系统，它们采用一种受激准分子激光器(193纳米)，以利用掩膜划痕图像产生宝石划痕。这样，就不必为形成完整的符号或图形而进行位置的改变。钻石有选择地吸收受激准分子激光器的辐射，并经受部分同素异形化转换而不丧失其钻石结晶晶格结构。还可参看美国专利Nos.3527198和4401876。美国专利No.5410125是系列号No.595861的、以专利号No.5149938而公开的部分延续。
宝石消息，11/2/95，“激光雕刻的次序号”，和宝石商的关键公告，1996年6月，第76页，它们涉及采用次序号或划痕对宝石进行雕刻。
美国专利No.3537198涉及采用激光能量加工钻石的方法。美国专利No.5190024涉及钻石锯开过程。一个激光器可在一次操作中被同时用于划痕和锯开。还可参看美国专利Nos.671830、671831、694251、732118、732119、3527198和4392476以及外国参考文献GB122470。
美国专利No.4401876涉及一种系统，它采用一束高能量、高脉冲率、低次模的激光束进行诸如钻石的宝石切割。还可参看美国专利Nos.3440388、3527198和3700850，以及外国参考文献BE877326、DE130138、DE133023、GB1057127、GB1059249、GB1094367、GB1254120、GB1265241、GB1292981、GB1324903、GB1326775、GB1377131、GB1405487、GB1446806、GB2052369，美国激光研究所，“激光加工材料导则”1978；“工业钻石评论”，1980年3月，第90和91页；“激光应用摘录”，1(1)(1979年2月)；“新的超钇铝柘榴石”，对DLPY型4系统2000超钇铝柘榴石(YAG)激光器的研究；和“钻石”N.A.G.出版公司，第七章，第235、239-242页。
通过参考而包含于此文的美国专利No.4799786涉及一种钻石检验方法，在其提出的钻石检验方法中，将需检验的样品放置于一束预定波长的单色激光辐射束中。从样品发射出来的色散拉曼(Raman)辐射通过一个滤波器，此滤波器用于只能通过一种钻石特征频率的色散拉曼辐射。然后由眼或光电池装置对滤波后的辐射进行检测。还可参看美国专利Nos.4397556和4693377以及外国专利GB2140555；Melles Griot，光学入门，3，1985，第333、350、351页；和Solin等，物理评论(Physical Review)B，1(4)1687-1698页(1970年2月15日)。
通过参考而包含于此文的美国专利No.4875771涉及一种钻石质量评估方法，该方法采用激光拉曼分光计对钻石加以评估。一开始该系统采用具有已知质量特征的钻石加以标定，这些特征已通过例如通常的主观方法加以评估。然后将质量特征未知的钻石放置于分光计中，并用激光辐射加以照射，在此钻石的一个或多个方向，对从此钻石发出的色散拉曼信号的强度加以监视，最终的信号则是此钻石的特征，并确信能表示钻石的质量水平。还可参看美国专利Nos.3414354、3989379、4259011、4394580、4397556和4620284，以及外国专利FR643142、FR2696888、JP01-58544、GB1384813、GB1416568、GB2010474、GB0041348和GB2140555；S.A.Solin和K.A.Ramadas，钻石的拉曼光谱，物理评论，卷1(4)，第1687-1698页。
上述文件详细论述了各种部件、方法和系统、它们可应用于本发明的结构和操作中。
发明内容
本发明提出一种系统，该系统包括一个诸如Q调制激光二极管激励的Nd:YLF激光器的脉冲激光器，它在诸如钻石宝石的工件表面上产生一系列烧蚀或石墨化的斑点。该工件安装在一台能够移动的工作台上，用于激光束的聚焦和定位。
可移动工作台受计算机控制，用以产生一个复杂的刻痕图形。此计算机还可用于处理控制机成像，以及其它功能。
本发明提出的方法通常获得的定位精度约为±1微米。该激光器和可移动安装工作台尺寸紧凑，并最好刚性安装在一个共同平台上，从而得以有足够的抗拒共同模式振动的性能，这样，只需应用标准的振动缓冲器，而不是特别的缓冲器。因此，对平台或底盘采用了简单、小型的被动振动隔离安装架，而不要求如在已知系统中那样地安装主动振动抑制系统。
过程的光学反馈可通过一个或多个摄像机，如两台成直角设置的CCD成像器，进行。它们设置有包括激光焦点在内的视察场。这样，宝石的正确定位可由成像器对工件的正确对准加以保证。一个成像器指向沿激光轴线的工作表面，并具有包括激光焦点在内的焦点平面。通过成像器的光学反馈也用于监视划痕过程的进展，因而可用于调整工件定位以及在给定位置的雕刻速度、数目、强度、和/或脉冲率，以及用于验证划痕过程的进展。如一个成像器定向成察看工件的顶部，如垂直指向于钻石的平台表面，从而得以鉴别接触处表面的外形，则第二个成像器定向成察看工件的侧部，如外形，且还能对宝石的与镶嵌底板接触的边缘进行直接察看。这样，第二个成像器可用于对划痕过程进行实时察看。
光学反馈系统还使操作者得以进行刻痕设计、将刻痕定位于工件上、验证划痕过程、以及将工件和形成的划痕的图像加以归挡和贮存。
划痕本身也可具有不同的刻痕过程，即全自动刻痕如次序号；半自动刻痕，如具有固定和可变的部分；或完全常规刻痕包括图形在内。
一个实施例提出，宝石的雕刻由一个条形码限定，该条形码附着在宝石的包装内，或在一张先前打印的纸张上。为操作者装备了条形码阅读器以便将条形码输入至计算机中，从而无须重新打印数据，并降低出错风险。这样，一个刻痕可包括一个固定部分，如一个公司标记或商标；一个半可变部分，如宝石的规格或等级；以及一个超可变部分，如次序号。这时，例如一个公司标记或商标被预先加以编程，并可按次序雕刻在每一工件上。宝石规格或等级可扫描成条形码，打印在伴随宝石的一页纸张上，如打印在一张收据或一张表格上。次序号可自动确定，并例如打印在收据或表格上，用作适用于该宝石的独有识别符。雕刻的符号不必限于字母数字符号，实际上，它们可以是多种语言的字体、划线符号、常规符号或图形表示。
工件可附带有数据，这些数据贮存在与工件直接相伴随的工质上，或贮存在通过应用工件鉴别器可进入的远程工质上。此附带的存储器是一个永久性存储器，诸如安装电池的随机存取器、电可擦除只读存储器、铁电体存储器、或其它贮存工质，诸如磁带、旋转磁工质、光学存储器、以及打印物体。
可在工件上设置装饰性刻痕作为常规或半常规刻痕，它可设置成计算机版本、图形或计算机扫描图像。划痕系统可用于对宝石接触边缘以外的其它部位进行划痕，例如对平台面进行划痕。因此，对于这种装饰性刻痕，其企图是提供一种可见痕，以强化工件的感知价值，而不是提供一种不引人注目的显微镜识别或鉴别划痕。
在许多情况，希望每一被雕刻工件可单独加以识别。这可通过在宝石上进行独有划痕或一个划痕和易于识别工件的符号，如重量、形状、类型等的独有组合而达到。在一个实施例中，划痕本身形成一个代码，诸如一个字母数字代码或条形码，它可通过对工件的检查进行电子或自动阅读或确定。
经划痕工件的图像可成形或打印在与工件相伴随的证明书上，从而可通过研究图像，对应证明书比较实际工件来验证工件。图像最好包括全部或部分划痕，以及工件的识别特点，诸如接触边缘的外形、界标、边缘、刻面等。这样，包括诸如划痕和围绕的接触边缘在内的图像可用作工件的识别“指纹”。证明书上的图像可采用照相或电子方法来形成。这样贮存图像时，不需通过CCD成像器或划痕系统来形成，因而可作为单独步骤加以产生。
雕刻程序的完整划痕或位图的图像最好贮存在数据库中，以便在工件对比及以后的工件鉴别时加以应用，从而防止偶然或不利的复制划痕。可进行电子或照相储存，从而，数据库可保存在磁或光磁工质、微缩胶片、纸张或胶片、全息晶体、磁或光带、或其它已知工质上。
本发明的一个方面提出，与划痕装置一体地设置了一种防止复制功能，它不能由使用者取而代之，如用以防止无意或故意的错用系统。这时，激光系统可包括一个锁定电路，它在非授权情况下阻止激光控制和定位系统的起动。这样的锁定可设置在装置的电源或其它关键子系统上。
在划痕系统的使用基础上，可由计算机/控制器产生一个报告。由于刻痕是一个光栅烧蚀图像，这样的报告最好包括编程刻痕作为图像输出，或包括可由光学反馈成像系统，如摄像机，得到的一个图像。如上所述，此报告也可包括或附带在鉴别书的证明书中，如包括含划痕的工件图像的传真件。通过参考已包含于此的美国专利No.5499294中公开了一种已知的图像鉴别方案。
整件工件一般安装在一个可进行精确定位的可移动工件台上。这样，为使结构紧凑，夹具可放置最大尺寸小于约30毫米的工件，虽然此工作台可以更大的距离范围进行精确定位。工作台一般可沿卡氏坐标系的三个轴向X、Y、和Z进行移动，但也可包括其它的轴线，如旋转轴线。例如一块多角形切割的钻石是径向对称的。因此，在需要围绕钻石接触边缘进行雕刻或划痕时，可通过调节Z轴方向的移动，将钻石夹持在焦点中，并在激光脉冲期间通过沿X和Y轴线方向的移动限定刻痕。一种替代方案是，开始时钻石可适当沿X、Y和Z轴定位，接着围绕一个轴线转动，并顺序地沿Y轴线移动以限定刻痕。这时，Z轴，可能X轴，也可被用于保持聚焦状态。这里，X、Y和Z轴被用于进行自动控制，而手动转动的控制最好按均匀期间有停顿地进行。
定位系统用于相对激光焦点移动工件，它也可包括，或由光束转向系统构成，诸如镜子、电光学器件、空间调光器，如德克萨斯仪器数字镜装置(“DMD”，也以数字光处理器“DLP”而为人们所知)、全息或衍射器件、或其它光学系统。但是，可移动工作台是一种将聚焦激光能量引至工件要求部位的最佳装置。
一般，工件安装在一个夹具上，该夹具则可折卸地安装至可移动工作台上。这样，在另一工件被雕刻的同时，可在设备之外适当地将一件工件安装在夹具上。还可通过这些夹具与工件的匹配或它们的不同尺寸和形状来增加装置的通用性。例如，对圆形、椭圆形、心形、卵形或其它式样的切割钻石中的每一种单独设置最佳夹具；此外，如需要，各种尺寸范围的钻石可由不同夹具来安放。
另一实施例提出，被安装好的工件，如在镶嵌底座中的一块钻石，可在不是隐蔽的部位进行雕刻。例如，在一种尖齿镶嵌底座中，一部分接触边缘可加以暴露，从而它就可用于进行划痕。这时可设置一种多重连接夹具或一组夹具以便将工件适当地定位在装置的雕刻腔内。可设置夹具以容纳镶嵌在戒指、耳环、坠子、可能还有手镯、胸针以及其它普通形式中的宝石。
计算机化的控制系统为使用者提供了一个接口，使使用者可使用各种功能，并可进一步使用、操作和/或要求的活动，使之更为安全。因此，可对计算机化的控制系统进行编程以限制危及工件、周边安全或鉴别步骤的活动，或其它不利的活动。因此，计算机化的控制系统可要求使用者出具鉴别书，应用工件的视频图形识别，特别是在工件上划痕的视频图形识别，以及激光系统的控制器操作以避免危及系统部件或具体的工件。此系统还可要求获得操作者的图像、指纹、视网膜图像或其它安全识别记号。
此系统还包括一个钻石或宝石分析系统以描述工件的质量和/或特征。此系统可应用这一分析以优化划痕过程、产生将在工件上划痕的数据、和/或贮存根据划痕识别工件的数据。此系统可自动或半自动运行。注意，当采用宝石自动分级装置时，一般将应用失效保险分级流程，它备有人工分级或首先进行预分级。这样，错划痕或错分级的风险将由此冗余技术而降低。工件的特征可用于控制划痕过程的参数。
当需要划痕的钻石具有抛光的接触边缘时，一般单通雕刻就足够了，且一个自动光学反馈系统就可可靠地控制运行。但是，钻石上光滑接触边缘的光学吸收率很低，因此，要求在表面上进行染料或墨水的涂敷，以保证激光能量的吸收。当接触边缘是粗糙时，为产生要求的划痕可能必须进行雕刻装置的多次通过。通常，粗糙接触边缘的光学吸收足够高，从而可省去对光学吸收染料或墨水的需求。虽然重复执行可自动进行，但最好有使用者的控制，这样的控制可通过应用摄像机来进行，摄像机指向工件，它在计算机监视器上显示一个实时图像。
可采用装置内的成像系统和工件的贮存图像以便在工件从系统中移走后，如在初始雕刻过程后，将工件与相应要求的坐标系统对准。这样，在工件上的固有界标或工件上的雕刻划痕为对准或重新对准提供了参考点。因此，此系统在要求对刻痕进行修改或固定时，使工件得以重新安装。此外，由于此工件可重新定位于其雕刻和成像期间的原先方位，因此可应用相同或相似设备，以便例如通过对鉴别工件的图像进行对比，来验证划痕和/或刻痕是经鉴别的。
在一个最佳实施例中，虽然对准过程是手动控制的，且可，例如要求进行工件位置的手动调节，但是，在计算机控制工件定位系统中再增加一个控制轴线，得以使工件在固有和划痕界标与描述这些固有和划痕界标的存贮数据进行对比的光学图形识别的基础上，加以自动定位。不能获得这样的重新对准是与原先图像错误匹配的一个标记。为加速对准，可应用由两个成像器，如CCD摄像机，获得的视频图像，确实，为此目的可设置第三轴向视图。
虽然，由于有可能对未对准的图像数据进行数字补偿，因此，对于鉴别，不要求工件严格对准，但一般认为，对于先前雕刻的复位或修改必须有能力获得这样精确的对准，这也为鉴别提供了一个较为简单的基础，即无需在对比或修正之前进行大量的图像处理。
可手动将光学吸收染料或墨水施加在工件上，诸如通过记号笔，或者采用多孔记号喷嘴将染料自动施加在需划痕的表面上。这些墨水或光学吸收染料最好能保持在工件的表面，而不会渗透。一般，所选的染料在划痕之后可应用诸如酒精的溶剂容易地去除。可人工去除染料，或通过自动过程，采用诸如一种溶剂浸透的垫料加以擦除。
在另一实施例中，通过调制激光脉冲，或在要求的位置有选择地对工件进行多层烧蚀或石墨化，有可能进行减荷雕刻。这样的减荷划痕对简单的字母数字或数字式代码雕刻一般不必要，但对公司标记、图形、光栅图像的去伪、二元或菲涅耳类型的光学器件、衍射光学效应、及剽窃或反复制装置、或在其它情况是有利的。
在设置有两台摄像机的系统中，有可能对工件进行视频显示轮廓，它可用于确定进行划痕的工件最佳位置，从而不要求在每一部位都检查焦点。双摄像机也使定位和察看得以在同一视频屏幕上进行，但其中每一摄像图像在单独图像窗口提供。摄像机对确定适当的划痕位置、确保激光束聚焦、对准宝石以及监视划痕过程的进展都是有用的。
计算机化的控制系统得以在图形和字体雕刻的结构、选择和实现等方面具有通用性。在一个最佳实施例中，应用了Borland字体。但是，也可应用其它字体或一些字体的组合，例如Borland字体、Postscript字体、TrueType字体、Plotter字体，或可应用其它类型的字体或字面。此外，可将划痕系统安装成，与Adobe Postscript、Microsoft、Windows GDL、MacintoshQuickDraw，HP-GL或其它绘图标准相适应。
一种最佳激光系统是具有内装倍频器的自持续激光二极管泵浦Q调制Nd:YLF激光器。这样的系统不要求具有大电源和严格环境控制的比较大的YAG激光器、外部倍频器、水冷系统、大尺寸和重量，避免固有的不稳定性以及长的光路。
在激光的输出口设置了绿色滤波器，用以有选择地过滤激光二极管的发射，同时允许绿色(530-540纳米)激光发射得以通过。激光二极管的照明是不希望有的，因为它中和垂直(Z轴)摄像机屏幕上激光斑点区域的图像，阻止对接触边缘和雕刻进行方便的察看。
推荐的可移动工作台布置克服了激光转向系统中通常受限的光学运动范围，从而要求雕刻操作以多个区域进行的这一事实，并给出良好的绝对定位重复性。但是，本发明的某些实施例提出，也可应用其它类型的光束定位装置，诸如光束转向系统。
在宝石上设置划痕有若干理由。首先，假如宝石丢失或和其它宝石混杂时，可用于认别宝石。划痕还可用于识别来源或起源。这时，划痕可针对票面价值产生。
但是，在某些情况，伪造或模仿的风险要求有进一步安全措施。因此，最好确保宝石由指定的机构划痕，或者宝石与加于其上的划痕对应。这要求在至少两种方案中进行一种。首先，宝石的特征是独有的，并非常难于模仿。例如，宝石的某些尺寸或比例是有些随机变化的，因此，具有几分不可控值的范围。天然瑕疵和其它特征一般按本质也是随机的，因此也难于模仿。因此一块宝石不可能与另一块宝石一致，从而也不可能通过伪造使另一块宝石完全与确定的尺寸和比例一致。
因此，本发明的一个方面提出，将这些难于复制的特征用作编码信息的一个完整检验。这些特征可进行测量或记录并加以贮存。这些测量和特征最好从连同划痕过程一起抓拍到的宝石图像中导出。事实上，通过贮存这样的一些图像，并为图像设置一个指示，如一个次序号，则要进行对比的测量或特征就不必预先确定。因此，按照这样的一个方案，宝石只需包含一个数据库记录的指示，该数据库包含与需鉴别宝石有关的数据。这得以使与宝石特征有关的信息，它可能是难于重复确定，或多少有些主观的，能连同宝石或宝石的证明书一起保存。如上所述，鉴别证明书上的宝石图像可用于检验宝石是否经过鉴别，同时还提供了识别宝石的有形记录。
另一方案则替而代之依靠于，难于复制一个相同的划痕，这其中有微妙的因素，也有划痕激光束与宝石本身的相互作用问题。这样，划痕本身就是能自我鉴别的。因而，由于激光划痕技术的工艺限制，和/或确定所有编码信息的信息不足，看来复制划痕的企图是要失败的。
这样，为鉴别一块宝石，或需对划痕单独进行分析，或需对划痕连同宝石特征或物理性质一起分析。在一种方案中，雕刻在宝石上的划痕包括与宝石特征相关联的信息，这些特征难于复制，其重现罕见，因而使划痕得以自我鉴别。在另一方案中，雕刻在宝石上的划痕与存储在贮存器中的数据库记录一致，因而要求与贮存器进行联系以获得鉴别信息。宝石的手工切割过程使其难于或不可能将宝石的所有可测方面复制成一模一样，特别当它们与诸如天然瑕疵的其它物理特征联系在一起时，更是如此。这些物理性质包含，例如在预定位置上的接触边缘的宽度。此位置可例如由一个雕刻划痕识别，或由单独检查宝石时不明显的一个划痕分支加以识别。但是，对于任何给定的宝石，可将这样的一个或多个位置加以存储，从而增加了模拟测量的困难。此外，这样的一些测量通常由雕刻系统的成像系统可方便地获得或确定。
已知一些诸如拉曼色散分析的高精技术可提供有关特定天然晶体结构的独有信息。虽然推荐的系统并未应用拉曼色散分析，但这样的分析可连同本发明提出的实施例一起使用。
一个最佳实施例提出，可应用珠宝工的放大镜，通过对比真实宝石与宝石图像来鉴别宝石，这样的宝石图像诸如可设置在鉴别证明书上，或连同鉴别证明书一起提供。由于每块宝石的特征各不相同，这些特征有划痕、切割细节、以及划痕与图像中接触处边缘的轮廓和/或宝石的界标之间的关系，因而图像可用作指纹，它使每块宝石都基本成为独有的。除宝石的图像外，证明书还可包括诸如下文将讨论的加密代码。这样，宝石和伴随的证明书两者都包含识别信息。
这样，本发明还包括安全证明书，即一些文件，它们能防伪、防复制，带有划痕宝石的图像、安全特征和鉴别特征。在美国专利Nos.5393099；5380047；5370763；5367316；5243641；5193853；5018767；4514085；4507349；4247318；4199615；4059471；4178404；和4121003中公开了已知的安全文件及制作安全文件和/或划痕的方法，这些专利内容通过参考而明白地包含于此。通过参考而明白的地包含于文中的美国专利No.4414967公开了一种潜伏的图像打印技术，它可用于制作一件工件的划痕。美国专利Nos.5464690和4913858与装有全息照相安全装置的证明书有关，这些专利也通过参考而包含于此。
在另一种方案中，无须采用鉴别证明书就可鉴别宝石，如通过采用珠宝工应用的，诸如珠宝工放大镜和电话的简单工具就可进行宝石的鉴别。因此，本发明的一个实施例提出，由一个珠宝工应用一个放大镜阅读裸眼看不见的宝石上的字母数字刻痕。此字母数字刻痕或其部分包含如一个次序号的有关宝石的识别信息，此信息通过如电话按钮发射板而输入至鉴别系统中。然后从数据库检索在划痕过程中，或在其前后确定的宝石特征。一般，这些的特征包括等级、尺寸、瑕疵的识别号及可能的位置、以及宝石图像，同时包含独有或准独有特征。这样，可存储划痕的图像，以及宝石或部分宝石，如围绕宝石的界标，诸如接触处边缘轮廓的图像。然后通过诸如声音合成器、图像传真件、或其它方法将部分或全部这些特征传送给珠宝工。当有鉴别证明书时，可重制这一证明书，并有传真件传送给珠宝工，得以对包含于其上的所有信息进行鉴别。然后，珠宝工将检索到的尺度和指标与宝石的进行比较。假如宝石与存储的信息一致，看来此宝石是真的。另一方面，假如宝石与存储的信息不一致，则该宝石可能就是伪造的。
数据库存储的工件识别信息包括，诸如划痕或刻痕信息、有关工件的图像信息，其中图像信息包含诸如划痕图像以及围绕接触处边缘的轮廓图像、有关物理特征的信息、主观分级、所有权和分析报告。这样的信息有助于确保分析的一致性。
在另一实施例中，鉴别系统要求珠宝工提供一系列测量值，这些测量值可应用千分尺或放大镜中的刻线获得，与此同时，不向珠宝工提供正常的值，这样，当鉴别失败时，不需作出说明，从而使伪造更为困难。当然，系统也可应用更为高精的设备进行宝石特征的测量和通讯，其中包括全自动分析和通讯系统。
在另一实施例中，宝石是自我鉴别的。这样，替代与存储在数据库系统中尺度数据进行比较的是，雕刻在宝石本身上的划痕就包含了一个加密信息，信息中包含的数据与宝石特征有关。可应用若干不同类型的信息。例如，诸如可从RSA，Redwood CA获得的、所谓公众密匙/私人密匙加密草案，可用于以一个“数字式署名”来标记工件。见由R.L. Rivest，A.Shamir和L. Adelmann撰写的、发表于ACM通讯(Communications ofACM)21(2)第120-126页(1978年2月)的文章“获得数字式署名的一种方法和公众密匙加密系统”，其内容通过参考而明白地包含于此。这时，编码方应用一种适当的算法以所谓的私人密匙对数据加以编码。为对信息进行解码，人们必须具有第二个代码，由于它可分发给公众，并与编码方相关联，因此称为公众密匙。应用此公众密匙，使加密信息得到译解，并证实了编码方的特性。被译解信息中的数据包括一组宝石独有或准独有特征。因此，人们只需将从译解信息中得到的信息与宝石进行比较，从而检验宝石的来源及其鉴别性。在此方案中，不须将检验过程通知编码方。除异常鉴别过程外，对此方案的已知变动允许在两方之间进行私人通讯或出现第三者保存的密匙以确保数据的安全。
在美国专利5426700(和07/979081)；5422954；5420924；5388158；5384846；5375170；5337362；5263085；5191613；5166978；5163091；5142577；5113445；5073935；4981370；4853961；4893338；4995081；4879747；4868877；4853961；4816655；4812965；4637051；4507744；和4405829中公开了一些典型的加密和文件编码方案，它们可全部或部分结合于本发明提出的系统和方法中以产生安全证明书和/或划痕，以上专利的内容通过参考而包含于文中。还可参见W.Diffie和M.E.Hellman撰写、发表于IEEE Trans.Information Theory，第IT-22卷，第644-654页，1976年11月的“加密图形的新方向”；R.C.Merkle和M.E.Hellman撰写的、发表于IEEE Trans.Information Theory，第IT-24，525-530页，1978年9月的“将信息和署名隐藏在活动背包中”；Fiat和Shamir撰写的、发表于86年Crypto论文集第186-194页(1986年8月)的“如何证明你自己鉴定和署名问题的实际解决方法”；“DSS数字式署名算法的说明书”，标准和工艺国立研究所，草案，1991年8月；和H.Fell和W.Diffie撰写的，发表于Crypto论文集(1985年)第340-349页的“基于多项式替换的公众密匙入门分析”，以上内容均通过参考而明确地包含于文中。
另一种编码方案采用DES型加密系统。它不允许公众对信息进行译解，而只允许经授权的、具有代码的人员进行译解。因而这一方案要求编码方介入，它将信息进行译解，并帮助进行宝石鉴别。
为达到持久的鉴别，希望在宝石上对多重代码进行编码，它们将不同信息包含于不同的方案中，这样，假如一个代码的安全被破坏，或有被破坏的危险，则可利用另一代码，通常是更为复杂的代码进行鉴别。例如，第一代代码可以一个14位的字符串形式出现。此外，可雕刻一个具有128-512符号的线性条纹码。还可雕刻一个两维的点矩阵，如采用烧蚀中心位置的细微变动、双重烧蚀、激光功率调制、及其它具有将高达约1K-4K或更高的符号，采用多值调制进行编码的精巧方案，将它作为一个图案叠加在字符串上。这些代码中的每一个都变得越来越复杂，转而也就更难于阅读和译解。
由于受系统限制和宝石表面变化的双重影响，划痕的烧蚀图案也承受随机干扰。这样，即使是自我鉴别的代码，一般也希望在划痕过程完成后，将有关宝石的图像信息存储在数据库中。然后此数据库可通过图像比较或特征摘引而用于进一步检验或鉴别。
这样，若干鉴别方案可同时加以应用。最好不同信息用不同方法进行编码，并将较原始的信息用较不复杂的编码方案进行编码。复杂信息包括分光光度计数据、图像信息、和几何尺寸拓扑结构。这样，基于这一推论，即较为复杂的代码一般将要求在后期进行释解，因而只有必须时才购买检验这种信息的设备。
在美国专利5367148；5283422；449438；4814589；463020/和4463250中公开了一些已知技术，它们采用ID数和/或加密技术以防止安全证明书或划痕被假冒，以上专利通过参考而明显地包含在此。
还要指出，信息也可采用全息照相方法而贮到在结晶物体中。因而，本发明提出，可将鉴别全息照相数据存储在晶体中。应用这种全息照相方法形成和阅读编码信息的技术是已知的，但是将这样的编码信息应用于鉴别宝石则是本发明的一部分。这样，信息可作为全息图存储在宝石的晶体结构内，或作为立体或相位全息图而存储在证明书上。因此，可直接从宝石制成全息图，它最好是光学放大的。由于激光划痕包括烧蚀斑点，它们将显露在全息图中。此外，由于划痕过程包括一台激光器，应用修改的光学系统，该同一激光器可用于对全息图进行曝光。例如，可为每块宝石单独制作两个铬酸盐全息图，一张放置在证明书上，而另一张则存储在划痕的原著者处。证明书还可包含已知的安全特征。
当有工件的原著全息图可加以利用时，可通过将全息图与工件进行光学关联，使鉴别自动进行。这一方法对于宝石中的微细变化非常敏感，因此特别具有防伪性。全息图和工件的光学关联图案最好在最终全息图产生或显像后加以存储，以抵消加工期间的任何变化。此光学关联图案可用照片或数字式加以存储。
因此，发明这一方面的特征是，为识别一块宝石，由存储于其上的信息来识别与宝石相关的数据库记录，并包含与此相关的信息，或被存储信息本身与宝石特征相关。
按照发明的一个方面，最初成像系统被放置成能观察宝石的部分接触处边缘及其一个轮廓。因此当宝石被安装在装置中时，一般希望从成像系统中导出需要的与宝石有关的信息。当刻痕本身包含已编码的特征时，这些特征可由装置借助通过成像系统对宝石进行成像而施加，并根据成像系统的输出，即通过应用回馈定位，进行刻痕。还可获得经雕刻宝石的图像，并将其存储。如上所述，刻痕可以容易显示的信息，诸如一个经雕刻的字母数字代码加以显示编码，或刻痕可包含转换信息，诸如烧蚀斑点相对宝石界标的布置、光束的调制、远距离烧蚀斑点之间的间距、以及赝随机烧蚀划痕。划痕还可包含制作于关键部位，诸如在接触边缘的界边的标记。
本发明的一个方法提出，将需划痕的宝石进行成像，对图像进行分析，将抽出的信息与数据库中的信息进行比较。数据库最好是一个中央数据库，它与划痕装置相隔甚远，且信息以数字式形式进行存储。将图像与至少涉及对比宝石的一个子集图像的数据进行对比。然后建议在宝石的接触处边缘的一个位置上进行编码划痕，它或是绝对独有的，或当与宝石的一个易于限定的特征在一起时是独有的。应用数据库系统以防止在一些对比宝石上有相同划痕，因为如果一个建议的划痕与数据库中任何其它宝石的划痕太相似的话，则建议的划痕的验收就要失败。这样，本发明的此方面提出，每块宝石具有一个独有的代码，因而只在极为罕见的情况下，才会发现一块宝石会接受与先前已雕刻宝石相同的划痕，并符合相同的代码准则。在一个简单实施例中，数据库为每块宝石指定一个独有的次序号，并阻止使用重复的次序号。另一方面，在一个较为复杂的方案中，假如宝石的其它特征可用于区分选择物的话，则次序号就不必一定是独有的。
发明的另一方面得出，划痕过程在精度和重复性方面的固有局限可用于提供宝石的独有编码。这样，接触处边缘的表面不完美性和烧蚀过程本身相互配合，阻止获得一个理论上理想的划痕。因为这些效应可能是由振动、供电线路的脉动、激光不稳定等引起的，它们在若干划痕操作范围内趋于随机。这些效应也由于宝石的特征造成。因此，即使应用先进的设备，但企图将一个划痕复制成在细节上都水平很高，也将永远遇到困难。这样，通过存储真实划痕的高分辨率图像，可能的话，包括偏轴图像或散焦图像，以获得烧蚀深度信息，对划痕可进行鉴别。
同样，在划痕上可施加有目的的或“赝随机”不规则性(看上去是随机的，但携带有数据形式的信息)，以便在一个划痕图案的顶部进行附加信息的编码。在划痕过程中这样的一些不规则性可包括光束调制、双重烧蚀、烧蚀位置的精细改变、烧蚀位置重叠程度的变化、及激光脉冲期间激光焦点的变化。如果不了解编码图案，则位置的不规则性将似乎为随机跳动，而强度的不规则性则似乎为随机性的。由于赝随机图案是叠加在随机噪声图案上的，因此最好相对真实编码位置或先前已成形的划痕强度，应用向前和/或向后误差修正代码，有差异地对赝噪声进行编码。这样，借助应用真实划痕图案而不是理论图案的反馈，赝随机信息的振幅可降低得更接近真实噪声的振幅，同时使信息的检索更可靠。通过减少赝随机信息水平以及调制在真实噪声上的赝随机信号，从而使得不预先知道编码方案，就更难于复制划痕，更难于检测代码。
虽然字母数字代码和其它容易看清的代码可由著通珠宝工阅读，但阅读精细的编码方法要求特殊的设备。因此，本发明的另一方面提出一种自动系统，用以阅读雕刻在宝石上的代码。这样的一种系统如视频显微镜一样运行，并具有图像分析能力。图像分析能力一般须根据使用代码的类型进行调制或改编，以便将分析转换至相关的细节。因此，当有赝随机代码出现在烧蚀图案中时，就对单独的烧蚀位置及它们之间的互相关系进行分析。同样，当烧蚀深度或振幅相关时，则可应用共焦显微镜。
同样，鉴别证明书也可设置有鉴别和安全代码，以防伪造或假冒。除上述技术外，还可应用若干已知的其它技术保护文件免受窜改和复制。这时，证明书给划痕过程的安全添加了附加层次。因此，虽然最好工件包含一个不要鉴别证明书来进行鉴别的安全划痕，但添加证明书却使鉴别过程易于进行，并使伪造更为困难。
一台典型的宝石刻痕电子阅读装置将包括一台CCD成像装置和一台照明装置，该CCD成像装置带有一个高放大率，如约为200倍放大率的透镜。可通过相对CCD光学系统略微移动宝石、进行复帧平均来提高CCD的可见分辨率。可应用装备有框架抓卡的计算机系统，或远程视频系统(如视频会议系统)去获得数据，并对其分析。一般，可用已知的成像处理方案以抽取已编码的信息。
除去对信息内容，即划痕进行分析外，还可将工件图像与存储在数据库中的图像进行对比。因此，根据宝石的预期识别，检索数据库中的图像记录。然后将预期宝石的图像与存储的图像进行对比，接着，为确切起见，对任何差异进行分析。这些差异可由人工或自动进行分析。当有次序号或其它代码出现时，就可用此检索与由此次序号或代码加以适当雕刻的宝石相对应的数据库记录。如果代码与宝石及划痕的一些特征相对应，则可检索一个以上记录，以便与未经鉴别的宝石进行可能的匹配。这时，数据库记录中的信息应明确无疑地鉴别宝石是真的，或不是真的。
本发明的另一方面提出，激光能量微刻系统包括一台半导体受激Q调制固态激光能源；一个带有一个孔的切割宝石安装系统；一个光学系统，该光学系统用于将来自激光能源的激光能，通过所述孔聚焦在切割宝石上；一个可移动工作台，该工作台具有一个控制器输入，用于相对所述光学系统移动所述宝石安装系统，从而使所述被聚集的激光能量出现在所述宝石的要求位置上；一个成像系统，用于从若干有利点观察宝石；以及一个刚性框架，用以按固定的关系支承所述激光器、所述光学系统和所述工作台，以抗拒所述激光器、所述光学系统和所述工作台的差动运动，增加对振动偏移的抗拒力。由于应用的激光系统的冷却和功率要求不高，因此装置可制成整装的，且很紧凑。通过将设备的尺寸降至最小，并将装置安装在刚性框架或底盘上，振动抗拒力增加了。这样，与应用闪光灯激励激光器相比，防振动的装置可省去。
本发明的又一方面提出，在任何划痕过程之前将建议的划痕和/或预期的最终图像与数据库记录进行比较，以确定建议的划痕和/或最终经划痕的宝石是否与任何先前已划痕的易于识别的宝石太相近。如是的话，则划痕或建议的划痕可改变。此外，作为机器的自动化特性，此对比可防止使用一个授权的机器假冒一块先前已划痕的宝石，并确保数据库的诚实。
本发明的再一方面提出，在宝石的一部分上，如在接触处边缘上，雕刻一个图案划痕。因为难于严格地复制一个特定的接触边缘图案，因而此图案将得以使用一个诸如放大镜对接触边缘的特征，包括宽度、轮廓和尺寸在内，进行定量化。这样，此图案有助于在宝石鉴定中提供一个尺度。
可将数据库当地存储在划痕设备中，但最好保留一个中央数据库，它接受来自许多远程划痕位置的识别和/或图像信息，并得以进行记录中央控制的检索。这也促进了保持系统诚实性功能与长时间鉴别进程的分离。
因此，本发明的一个目的是提出一种激光能量微刻系统，该微刻系统包括一台脉冲激光能；一个带有一个光学小孔的工件安装系统；一个光学系统，其用于将来自激光能源的激光能通过所述光学小孔聚焦在工件上；一个导向装置，它具有一个控制器输入，用于将所述已聚焦的激光能引导在工件的要求部位上；一个成像系统，用于若干有利点观察工件；一个输入器，用以接受划痕指令；一个处理器，用于根据所述划痕指令和从所述成像系统中接受到的信息控制所述导向装置，以便根据所述指令，产生一个划痕；以及一个存储系统，用于将与若干工件上划痕图像有关的信息进行电子存储。
本发明的另一目的是提出一种应用激光能对工件进行微刻的方法，该激光能来自脉冲激光能源，由一个光学系统聚焦在工件上，该微刻方法包括的步骤有将工件安装在安装系统上；将聚焦的激光能指引在工件的要求部件上；从若干有利点对工件进行电子成像；从一个输入器接受划痕指令；根据划痕指令和电子成像，控制聚焦激光能的指向，以根据所述指令产生一个划痕；以及将与若干工件上划痕图像有关的电子信息进行存储。
本发明的又另一目的是提出一种激光能量微刻系统，该微刻系统包括一台半导体受激Q调制固态激光能源；一个经切割宝石的安装系统，它具有一个孔；一个光学系统，该光学系统用于将来自激光能源的激光能，通过所述孔聚焦在切割宝石上；一个或移动工作台，它具有一个控制器输入，用于相对所述光学系统移动所述宝石安装系统，以便使所述聚焦激光能出现在所述宝石的要求部位上；一个成像系统，用于从若干有利点观察宝石；以及一个刚性框架，用于按固定关系支承所述激光器、所述光学系统和所述工作台，以抗拒所述激光器、所述光学系统及所述工作台的差动运动，增加对振动偏移的抗拒性。
这些和其它目的将变得更为清晰。为充分了解本发明，请参考对附图所示最佳实施例的下述详细说明。
现在，将根据附图对发明进行说明，其中图1是本发明提出的系统的激光光路简图；图2是本发明提出的顶部照明和成像系统简图；图3是本发明提出的侧向照明和成像系统简图；图4是本发明提出的底部照明系统简图；图5是本发明提出的工作台定位系统和控制的方框图；图6是现有技术光束转向系统简图；图7A、7B、7C、7D和7E是本发明提出的工件安装系统的各种视图；图8是本发明第一实施例提出的系统运行流程图；图9是本发明第一实施例提出的装置的框图；图10是本发明第二实施例提出的装置的框图；图11是本发明提出的自动划痕产生程序的流程图；图12是本发明提出的鉴别次序流程图；图13A、13B、13C和13D表示本发明提出的已划痕钻石的细节、一个两维划痕图案、一个已调制的点放置编码方案、和该已划痕钻石的细节；和图14是安装框架的示意图，表示在其角上的振动缓冲器。
具体实施例方式
现在将参照附图对发明的最佳实施例进行详细说明。图中相同的部件用相同标号加以标明。
本发明提出的系统可用于在钻石13的与镶嵌底板接触处的边缘上进行字母/数字符号的微刻。其基础是一台脉冲激光器1，且最好是一台Q调制激光二极管泵浦的固态激光器，以达到最小的体积和最小的安装要求，以及与任何室内环境的最佳适应性。
因此，本发明提出的最佳的、以激光器为基础的雕刻系统包含以下主要部件在支承处具有冲击吸收器141的与振动隔离的框架140中，有(1)激光二极管泵浦激光器1和可编程电源14，以及光束扩展器5。
(2)光学组件，该组件包括光导管8和聚焦光学器件10、袖珍CCD(Charge-coupled device电荷耦合器件)摄像机28，32以及照明系统。
(3)具有编码器145的XYZ运动工件台50(Z升降工作台)、限制器和直流无电刷马达。
(4)钻石夹具144及附件。
(5)具有安全联锁器143的机壳142，用以防止在壳体打开时进行操作，并防止杂散或防止色散的激光能量对安全构成危害。
(6)控制用计算机系统52(a)PC(奔腾100MHz)，PCI总线，1024×768 VGA监视器。
(b)框架卡爪56(Matrox，视频图像卡)。
(c)三维轴向运动控制卡60。
(d)电缆，电源。
(e)系统操作软件(视窗Windows)。
(f)应用软件。
器械如图1所示，设置了一台Nd:YLF二次谐波激光器1(QD321)，它发射出波长约为525纳米的光束2。设置的一台1047纳米滤波器3用于对任何剩余的基础激光输出能量进行衰减，以产生一束经滤波的激光束4。然后，经滤波的激光束在一台10倍的光束扩展器5中扩展以降低能量密度。在经扩展的激光束6的光路上，设置了一台780纳米滤波器7，用以消除从二极管泵浦输出的能量。一台分色镜8将经扩展和滤波的激光束9反射至一台10倍的显微镜物镜10。该显微镜物镜10将激光束聚焦在工件11上，该工件可例如是经切割的钻石13的与镶嵌底板接触处的边缘12。
图2表示顶部的照明和成像系统。一个在约650nm进行发射的LED或LED组20通过准直透镜21而射出，以产生一束经准直的照明光束22。该经准直的照明光束22照射在光束分束器23上，而分束器23则将经准直的照明光束22反射至反射镜24。被反射的准直照明光束25穿过分色镜8，与经滤波的激光束9平行，穿过显微镜物镜10照射在工件11上。工件11将部分照明光束往回反向，通过显微镜物镜10，跟踪与准直照明光束25相反的光路，通过分色镜8，照射在反射镜24上。然后，部分反射照明光束27穿过光束分束器23，射向顶部CCD摄像机28。这样，顶部CCD摄像机28就在650纳米的照明下察看工件11。当在14寸的视频监视器159上放像时，图像29的最终放大倍数约为200倍。
示于图3的侧向照明和成像系统较图2所示的顶部照明和成像系统略为简单。一组间隔分开的650纳米LED30通常在从顶部向工件11会聚的角度下产生照明光31。一台侧向CCD摄像机32通过双合透镜33和窗口34，在与顶部CCD摄像机28成直角方向察看工件11。在14寸的视频监视器上显示的侧向CCD摄像机32的最终图像35的放大倍数也约为200倍。此处的工件11是一颗经切割的、具有接触边缘12的钻石13，侧向图像35包括接触边缘12’的轮廓。
图4所示的底部照明系统包括一组间隔分开的微型弧光灯40，它们位于工件11之下，沿着向上会聚的光路41产生照明。
图5中表示的是工作台定位和控制系统。工件安装在一个三轴工作台50上，它具有工件安装组件144中的编码器反馈。三轴工件台的驱动器51设置在激光器系统的机壳142中，并独立于计算机控制系统52。计算机控制系统52通过定位控制系统60(Galil)进行联系，它是一块ISA总线卡。在激光器系统机壳142内设置了一个打开(breakout)盒54，它通过一组电缆55与定位控制系统60连接。
图6(现有技术)表示了一个在美国专利4392476中说明的已知系统，该系统包括一个X扫描器61和一个Z扫描器63，它们将激光束指引在钻石13上。该已知系统的重复性有限。此外，此系统还相当大，且受到振动的影响。
图7A-7E分别表示了钻石夹具的顶视图、侧视图、侧向细节图、镶嵌钻石的夹具、和未镶嵌钻石的夹具。滑块116得以相对狭缝精确地定位在壳体中。滑块116由一组硬化钢球和弹簧加载球加以定位，当它插入至狭缝中时，它就对夹具118进行定位。一组手动调节器得以应用设置的锁紧/松开夹盘107对旋转进行粗调106和细调104。工件11设置在安装于夹盘109中的容器108中，用两根圆杆对工件进行定位，用抓手110将其夹持在位。
如图7D所示，镶嵌工件的夹具得以精确地夹持住镶嵌工件111。设置了弹簧装载板机112，以进行镶嵌工件的安装和拆卸。
运行模式系统包括一束静止的激光束，如一台不移动的激光束发生装置。XYZ定位系统50移动工件11，并以重复率和约为1.0微米的分辨率产生雕刻。在焦点处光束的尺寸约大于1微米，因此，定位系统50的精度不是布署划痕的限制因素。
诸如一块钻石13的，具有对称轴线的工件11，当它水平放置时，用两台CCD摄像机28、32对钻石与镶嵌底板接触处的边缘12进行水平(外形模式)和垂直(雕刻模式)察看。此垂直轴线也对应激光器1的轴线。还可设置第三台摄像机，例如一台光路一般面向激光器的摄像机。当然，设置面向激光束的成像装置应避免在运行期间受到损伤。由于激光器1的聚焦，以及滤波光学器件8、23、34，因此，由激光能量引起的对CCD28、32的损伤的风险很低。使用者可选择一台或多台摄像机进行察看。当存在多个图像时，它们可以缩小的尺寸显示于计算机监视器的屏幕159上。采用鼠标161作为指示装置，通过察看屏幕159，特别是察看外形图形，对接触边缘12进行定中心和聚焦。可对位于其安装组件144上的钻石13进行手动转动，以便使确切的接触边缘12的部位位于屏幕159显示窗口的中心。提供的图像的放大倍数约为200倍，虽然也可有其它的技术倍数，或可调的放大倍数。这里的放大倍数被定义成屏幕159上量得的刻痕尺寸与实际刻痕尺寸之比。一般采用对角线为14或15寸的视频监视器，所具的分辨率为1024×768像素。
由使用都输入的部分刻痕内容可在键盘148上键入，或由条形码阅读器149输入至计算机中。当然，也可通过扩音器150由声音进行语音识别、通过阅读器151由磁带、或采用计算机鼠标161通过点击操作输入数据。输入的刻痕或公司标记显示在电视屏幕159上，并叠加于对应钻石13的接触边缘的一个区域上。使用者采用鼠标161和键盘160可改变刻痕的所有特征以便将其正确地调整在接触边缘12上。虽然最佳的用户接口是图形用户接口，它具有由用户的手使用的指示装置(鼠标161)、键盘160和显示屏幕159，但也可应用如通过扩音器150的声音命令识别系统，并由使用者以失效保险的方式通过一个特定的操作次序来检验所有输入的信息和操作次序号的开工，这样，如杂散噪声就不会引起灾难性的干扰。
在水平摄像机32的屏幕中，使用者可测量接触边缘12的外形，采用鼠标输入装置161，以标出关键尺寸。然后这些数据被用于将激光输出的焦点总是保持在接触边缘12的表面上。外形数据和接触边缘12的轮廓可从图像中自动摘出，或采用手动输入步骤以画出外形和/或接触边缘的边界。一般讲，在接触边缘上由手动辅助进行刻痕定位，虽然，也可采用称为mellee的全自动操作，特别对低价宝石更可采用全自动操作。当这些过程完成后，产生一个称为G-代码文件，它包含了所有刻痕数据。然后将此文件传送给定位工作台控制器51以进行实际雕刻。
如图11所示，在一种算法的基础上，可有选择地自动产生和核准雕刻代码文件以防止未经核准或欺骗性的雕刻。本发明的一个实施例提出，核准过程包括的步骤有获得或检索工件图像，171；分析图像以确定工件的特征，172；将特征和与宝石有关的数据一起通过例如电讯线路152传送给鉴别器，该鉴别器可能在另一地方，以确定这些特征和建议的划痕是否是独有的，173，这些仍可远程或在当地进行；假如特征和划痕不是独有的，则建议改变划痕，174；然后由鉴别器重新验证改修改的、建议的划痕。划痕经认可后，对划痕进行加密，175；然后将加密代码传送给划痕控制器，176。这样，只有经鉴别器认可划痕，系统才开始划痕。
工件的特征可由眼睛146确定，也可由适当类型的传感器147确定。例如，可测量尺寸、重量、光学传输特征、刻面角等。初始划痕过程期间，确定其特征，并最好连同划痕信息一起贮存在数据库156中。例如，这一数据库可贮存图像、压缩图像或从CCD成像器28、32中摘出的图像景况。划痕开始之后，最好应用CCD成像器28拍摄一张划痕的图像，然后将其贮存。本发明的一个实施例提出，可应用一个安全加密方法，借助一个加密处理器157对贮存在数据库或刻划在宝石上的信息加以加密，以减少受骗的风险。此外，划痕可通过包含经划痕工件特征的标识进行部分自我鉴别。当然，加密处理器可与控制系统155相同，且不必是一个单独的实际装置。
控制器执行所有输入/输出工序，诸如激光器的接通/断开、激光功率越界、限位开关、鼠标等，以及实现其自身运动。这样，只要需要，控制系统就可容易地独立于划痕系统硬件而加以升级。
操作者可在雕刻刻划过程之前、其间及之后对钻石进行观察。当雕刻不完整时，操作者可决定在第二次或其后的划痕操作中重复全部这一雕刻或选择这一雕刻的部分重复。
图8表示激光雕刻过程的控制系统操作流程图。控制系统中的软件模块检测激光系统状态产生，中断信号，也可在那些状态的基础上自动启动操作，121。向激光系统检测模块121的输入包括紧急停车122、激光器就位123、到达机械限位124、和打开门125等信息。当然，采用这一检测模块121也可检测和控制其它状态。
设置了主接口屏幕126，使操作者得以使用和控制激光雕刻系统的主要功能。一开始，此接口屏幕126控制激光器的变暖和在自动瞄准位置的定位，127。宝石插入至激光雕刻系统后，参考显示于视频监视器上的顶部和侧向视图，将其轻移以进入对准128。次之，通过诸如键盘148或条形码阅读器149的输入装置输入或编辑雕刻，并相对顶部视图中的工件对雕刻加以定位129。如果工件具有诸如钻石强制性接触边缘的粗糙表面，在侧向视图中检验刻痕的定位，130。主计算机52向激光雕刻控制器60发出命令，通过工件XYZ定位的限定131和激光调制图形的限定132，限定刻痕图形，如字体或公司标记的结构。全部或部分刻痕制作后，对刻痕进行验证来保证完整的刻痕，如需要，可重复进行全部或部分刻痕133。于是雕刻完成，可开始新的雕刻过程134。
此外，可利用操作的维护模式，它得以调节系统参数135、诊断运动系统136、和进行雕刻数据的总结报告137。
刻痕明细表刻痕长度依赖于符号和间隔的大小。以下是表示适当尺寸的表格高度(微米) 宽度(微米)间隔(微米)大型符号8060 30中等符号6045 25小型符号4030 20超小型符号 2015 10刻痕的总长度＝符号的数目×(宽度+间隔)+公司标记长度。
系统能容纳的最大单个刻痕长度约为2毫米。如每个符号(包括间隔)平均为80微米，它可有25个符号，这覆盖了公司标记+14个符号。更长的刻痕可通过依次相连的雕刻来完成，而不需卸除钻石。这时，除可利用的表面面积外，对符号数目没有限制。每一个公司标记+14个符号是作为单次雕刻过程加以计算的。雕刻更多的符号通常没有问题。应注意，符号可以是字母数字、划线符号、多种语言的字体、常规位图或其它图形，并可完全进行编程。
控制系统的软件也允许进行任意数目符号的雕刻。也很容易转动钻石，并定位此刻痕的一个截面，这样，它就和第一个是或似乎是连续。在线宽和需雕刻表面的限度内，任何尺寸的符号都可产生。例如，采用红光光束时，符号大小的下限约为30微米。采用绿光光束时，符号大小的下限约为15-20微米。
刻痕深度约小于10微米。
在抛光接触边缘上的线宽(绿光光束)约小于9微米，而在粗糙接触边缘上约小于12微米。系统应用绿光激光器以获得比采用标准红光激光器更细的刻痕线宽。系统的起动时间约为15分钟，绝大部分由激光器稳定时间所占用，此后，此装置就完全可操作，这是一个优于其它类型激光器的好处。在最佳划痕方法中，辐照区域部分重叠以提供连续划痕的外观。
激光输出设置成一个Q调制激光器，它可设置在约1200至200纳米的范围内，由于提供的输出波长必须小于约600纳米，因而装备有倍频器或谐波发生器。最佳激光器1是一个Q调制固态钕激光器，如激光二极管泵浦Nd:YLF激光器，它在1.06微米下运行，装有倍频器以提供530纳米的输出。
按照此处描述的系统进行运行，对抛光接触边缘，净雕刻时间(激光时间)估计少于20秒，而对粗糙接触边缘，约少于35秒。
在抛光接触边缘上，刻痕在第一次通过后一般就令人满意了。在另一方面，粗糙接触边缘就要根据表面质量要求多次通过以获得要求的划痕。这节省时间，只有在那些要求附加运行的符号上才执行多次运行。这些符号可采用鼠标加以标出。当然，根据预定的准则，或根据从视频摄像机得出的光学反馈，可自动进行重复运行。
采用装有快速连接插口的模块夹具144来进行宝石的安装和拆卸，因而安装和拆卸可在约20-30秒后完成。其余的操作，如为雕刻定位最佳位置、涂染料等，与操作者的手动熟练程度有关，可占用约30-40秒钟。因此，采用本发明提出的装置可每小时有40颗宝石的通过量。
在可移动工作台系统50中应用了直流无电刷马达。这些马达由标准型的马达驱动器系统驱动。X、Y工作台应用线性编码器进行工作台位置的反馈，而工作台则为螺旋定位机构应用了旋转编码器。
字体及符号性能为每一系统装备了品种齐全的符号，诸如ASCII字体组，它包含26个字母、10个数字、如下的商业用符号(TM)，(SM)，、以及一个公司标记。这些字体组可由如Borland获得。当然，辅助字体，如日文和/或Hebrew，以及一些公司标记可应用可装卸的磁性工质、机灵卡或通过数字式通讯将它们添加至系统中，然后加以应用。字体还可包括常规或可编辑符号，从而得以完全自由地限定一个由符号认别代码代表的光栅位图。这样，划痕可包括任何能再现为线条的符号或位图。
刻痕数据可用三种方法输入手动方式—由键盘148手动输入字母数字符号，而公司标记则选自公司标记库。
半自动方法—部分字母数字符号来自条形码149或来自键盘148，而部分符号则由串行计数器自动选择。
全自动方法—从条纹码或类似系统输入识别之后，由装置产生一个完整的刻痕。
应用图形视频共同存储区，可容易地调节刻痕的位置和尺寸。
系统控制器还设置有功率超载/不足保护。当激光器功率超过设置的极限时，系统将停止，并发生警告，从而确保不对钻石或工件引起损伤。
在激光系统框架140的底板上设置有振动缓冲器141。这样，由于系统紧凑的尺寸及较小的部件上，框架140可有足够的刚性以便与振动效应隔开。因而操作可能在正常室温下，在任何正常的室内环境中进行，而不需额外的措施，如严格的环境控制，或主动振动缓冲。
计算机52是“PC”型的，并与激光雕刻系统机壳142分开，单独设置在一个机壳中。一般，两根电缆55将计算机控制器60连接至激光系统机壳142、运动控制器和激光器控制电缆以及框架抓卡电缆。这样，使用者就可在最适舒的位置，应用鼠标161定位屏幕159和键盘160。
刻痕的观察系统包括两台具有照明和滤波器系统的高分辩率袖珍CCD摄像机，以便按如下步骤在视频屏幕上有效地视察整个雕刻过程带有公司标记的完整刻痕从接触边缘12的垂直定向的摄像机28投射到一个图像上，使使用者可能通过人机对话方式改变刻痕的长度、符号的高度、移去和对准整个刻痕。接触边缘12的区域的外形可由使用者应用鼠标161画出，或由计算机系统52中的图像分析器自动确定。
这样，操作者可在刻痕划刻之前观察刻痕；观察划痕过程本身；然后观察结果，并决定刻痕是否完整。保护性机壳142防止色散辐射到达操作者的眼睛。还可设置滤波器或类似装置以防止反射的激光能破坏摄像机。
操作者具有定位和刻痕的完全控制，以便在激光器运行前刻痕得到许可认证。屏幕上的光标帮助对刻痕定中心。系统还具有侧向拍摄摄像机32，用于进行接触处边缘外绘制和视察工作台。
操作者在外形上标出需要的尽可能多的点，使系统得以在划痕期间自动调节(Z轴焦点位置)，以便与接触处边缘外形相一致。在不希望进行自动刻痕深度控制的场合，还设置了手动过载控制。
侧向摄像机32使宝石11的接触处边缘12的位置能精确确定，这样，激光器1就能以高精度聚焦在宝石11的表面上。为了有效地烧蚀宝石11的一个很薄的表面部分，并且不损伤较深的部分，或在刻痕周围产生显著的不良热应力效应，激光器1装备有十分窄的扫描深度，如约为30微米。此外，为了从一个功率较低的激光器1获得了大的功率密度，也要求窄的扫描深度。这样，企图没有外形视图，只应用顶部视图进行聚焦，并通过使反差和边缘清晰度达到最大以获得聚焦，就要求使用者有判断，且精度受限。相反，通过设置侧向视图，宝石的外形与预定的焦平面对准，从而保证精度约为±7微米。实际上，当放大率为200倍时，±微米对应视频成像摄像机的±2像素。这样，按经验确定激光器1的严格焦平面后，此平面可用作控制系统中的参考标准，工件可比较容易地手动或自动地移至要求的位置(一些位置)。参考标准可显现为计算机监视器上的一条线，它显示工件的一个Z轴视频图像。操作者轻微移动Z轴控制器，直至图像中工件11的外形与参考线相切。
在如装运期间，振动和/或撞击可能改变激光器相对工件安装架144的焦平面。这时，需进行简单的“试错”或经验研究以便重新确定严格的焦平面，然后它用于提供控制系统中的正确参考标准。这一标定研究可例如在一块比较便宜的钻石或其它材料的试件上进行，在其上于不同的条件下，如在X-Y平面连续定位，但Z轴位置不同的条件下进行连续烧蚀。一系列烧蚀后，对试件加以检查以确定定向的最佳条件，如最小的斑点尺寸。然后将最佳定向条件用于确定焦平面，从而确定了标定参考平面。
使用者可完全控制符号尺寸。一旦将光标放置在接触处边缘上(按接触处边缘的尺寸)，计算机将显示使用者能改变的第一次选择。
设置了一根马达驱动的Z轴，用于将激光聚焦在工件表面上。此Z轴由计算机加以控制，并能使操作者借助计算机键盘控制器通过向计算机化数字控制器(CNC)进行直接位置输入，在钻石13的接触处边缘12上聚焦。接触处边缘的轮廓通过参考与接触处边缘表面垂直的视图加以确定，因此，可对每一坐标控制Z轴。在有些场合，例如在精美成形的宝石上有长的刻痕，从而必须使用分段刻痕时，还可设置一种系统，它应用手动微米螺杆进行聚焦。
雕刻过程的参数，包括激光功率、Q调制频率以及雕刻速度都可控制，以便当基板和不同质量的表面接通量，优化激光—材料的相互作用。这样，本发明得以根据工件上要求的刻痕和特征完成可变的烧蚀次序。通常，工件的特征是已知的，并通过条形码、磁带、手动键入、数据库检索或其它方法输入至控制系统中。但是，本发明提出，此系统也可包括一种能自身确定工件特征或一组特征的系统，从而根据输入的或确定的特征完成雕刻过程以及要求的最终刻痕。同样，当刻痕已存在时，本发明提出的这一系统可分析已存在的刻痕，并产生一个修改的刻痕。这样，按照本雕刻方法，在需要有图案的地方，它们可叠加或添加至已有的刻痕上。此外，按照本方法，如为了安全和鉴别目的，可对老的刻痕进行分析和贮存，而不对其进行任何修改。
软件计算机控制器最好在Windows环境中运行，虽然Windows95或NT、Macintosh、UNIX衍生物、X-终端，或支持各种系统部件上的其它操作系统也可应用。光学反馈系统和划痕功能的预检最好应用一个图形使用者接口。
所有机器的特征通常由软件控制，但激光器脉冲功率和脉冲频率除外，它们从电源面板上加以设置。当然，激光控制系统也可应用计算机控制而完全自动化，从而使软件得以对脉冲功率、Q调制频率及雕刻速度进行控制。
使用者通常通过鼠标161和键盘160对软件进行控制和进行与其相互作用的输入，该软件最好是图形使用接口系统。可应用其它输入装置进行工件信息的数据输入，这些输入装置可诸如是麦克风、光学或条形码扫描器、宝石特征传感器、磁盘或磁带、或其它已知的输入装置。
在需要时，软件可根据单个雕刻过程或若干刻痕，按照技术要求和格式产生各种报告。软件还可用于产生鉴别证明书，它具有防伪和防窜改的特征，并具有工件的一个图像。
通过CCD成像器获得的图像可贮存在如磁盘学工质中，并可在当地或在远程进行贮存。这样的贮存对认别和清点工件，或确保系统进行是有用处的。
计算机还可装备有标准计算机联网和通讯系统。例如，可应用Ehernet通讯线路，IEEE802.3以便在当地区域网络上进行通讯。与中央数据库的通讯可应用如V.34，ISDN，Fram Relay的标准模拟调制解调器在电话线、因特网(应用TCP/IP)(Internet)上进行，或通过其它类型的私人网络进行。数据最好加密，特别在不安全的公共通道上传输时更是如此。
还设置了公司标记和图形编辑器，以产生公司标记和图形。设置了一个字体编辑器以编辑字体的符号光栅图像。由于对应每一代码的光栅图像可编程和修改，因此一旦符号被定义为一个字体符号，复杂符号也可与字母和数字一样方便地进行雕刻。按照本发明的一个方面，可将图形的图像雕刻在宝石上，从而使宝石成为一件艺术品。对每块宝石图形图像可相同或不同，且还可包括编码信息。公司标记由于较大而不同于符号，因而可能具有较高的斑点密度。这样，符号一般定义成光栅位图，而公司标记可进一步优化，或对激光器进行控制以获得要求的外观。
宝石安装架如图7A-7E所示，安装架包括一块固定底板，它相对框架140而夹持在固定位置，并具有一个可装卸的夹具118。夹具118可方便地从固定底板拆去或取出，无需改变钻石的定向。对不同尺寸的定石可应用不同的夹具，因此要根据在机器上欲加的钻石尺寸挑选夹具118。钻石能容易地放入或从夹具取出，并能从外部进行调整以便使接触处边缘的正确部位面向摄像机。
钻石夹具是根据钻石工业中已知的标准夹具制成的。钻石中心座落在一个与钻石尺寸适合的凹穴中。弹簧加载的金属带110推压平台以便将钻石牢靠地夹持在容器108中，这时应使平台确切地与夹具118的轴线平行。假如接触处边缘平面不与平台平行，或接触处边缘表面不与钻石对称轴平行，夹具具有两个调节旋钮105、117，以便对这些情况加以校正，这样，当通过视频摄像机28在视频屏幕159上察看时，接触处边缘12是水平的，且整个相关表面位于焦点中。此外，还设置有对夹具118中的钻石进行粗略转动106和精确转动104的调节器。因此，围绕钻石13的中心轴线的转动可通过手动获得，虽然，自动或机械转动也可能。粗调器106具有16个转动步骤，而细调器104是连续的。
钻石在夹具118中的所有以上调节都可在雕刻装置之外进行，因此，钻石13可在插入至机器中之前预先加以对准。夹具118设计成，当夹具118插入在机器中，能用一只手到达所有调节旋钮。通过屏幕反馈159上的目测可容易地获得校正。
为使用者设置了一系列强度可控的照明辅助设备。例如，激光器轴线用红色LED20进行照明，它对在垂直(Z轴)摄像机28中察看抛光的接触处边缘12是有用的。为达到工件11的轮廓与背景之间的高反差，围绕显微镜物镜10设置了三组LED30，它们从三个侧面照亮工件11。每一侧面照明组30可具有，如3个LED。此外，设置了两只微型弧光灯40从底部照亮工件11。这种下部照明可用于，如在垂直(Z轴)摄像机28中察看钻石13的粗糙的接触处边缘12。
整个夹具118十分容易插入至机器中。在机器中有一块带窄缝的固定底板。夹具118的滑块116在窄缝中如信用卡或盒带那样滑移，到达一个精确地停止点。以弹簧为基础的，顶端镶有小球的柱塞加速此滑移动作，并在机器运行时，通过啮合埋头凹穴103，防止夹具进行任何运动。夹具能取出，并装着钻石13重新插回至与原先相同的位置。
夹具118的总体结构示于图7A-7E。操作者能用一只手，通常是左手拿住此组件，并将夹具插入至窄缝中。在操作者监视视频屏幕，并用其右手操作鼠标或键盘的同时，操作者可用同一左手进行全部调节。夹具118在窄缝中的位置的限定十分完善，夹具能取出，并装着钻石13重新插入，且夹具118能重新得到相同的位置。当取出时，夹具118占有“取出”位置，那里它仍被滑块116支承，而宝石则处于机器40毫米之外。在这一位置，对钻石能涂敷墨水、进行检查和清洗等，并无需使用者用一只手支承这一组件。
宝石11由夹具118定位，并安装成使其中心轴线位于水平方向、与激光束垂直。夹具118由钢制成。接触点是凹面杯108，它支承钻石的中心，以及一条带110，它向着杯108压在平台上，以保证平台与夹具118对称轴的平行度，并确保相对激光束的正确定位。在一个最佳的布置中，设置了三种尺寸的夹具118以覆盖13个尺寸范围的钻石。夹具118能支承任何具有中心和平台的宝石。此外，也可将夹具118设计成能容纳特别花样的形状。
一般，最好使安装和雕刻的时间近似相等，从而，机器就总是忙于雕刻。这样，安装时间的进一步改进将不会改进生产量。因此，设置了一组宝石夹具。为使用者装备了足够的等待雕刻的夹具，这意味着机器几乎是连继地进行雕刻。过程进行如下将宝石预先排列在夹具中。在雕刻完成时，操作者移走装有经雕刻的宝石的夹具、插入带有需雕刻宝石的准备就绪的夹具。可能要求对钻石或夹具进行局部调节，这样的调节可在视频成像系统的引导下进行。此外，操作者也必须输入或限定划痕。然后，开始雕刻过程。雕刻期间，操作者可从先前使用过的夹具中移走宝石，从而能重新使用。一般，为确保雕刻系统总是忙碌，并不要求有大量的夹具，也即，只要雕刻工序完成时，总有一个夹具已准备就绪就可以了。当单个操作者的生产率已达最高时，第二位操作者可帮助将宝石安装在夹具中，和/或限定雕刻过程。
已镶嵌的宝石被夹具119所夹持，夹具结构是根据某些接触处边缘12在实现雕刻过程时必须加以暴露这一事实而设计的。为此，夹具119设置有三个精细的“卡爪”120，通过按压“板机”112可打开和关闭它们。卡爪120处于关闭位置时受弹簧加载。在松开板机112时，卡爪120围绕接触处边缘12(在底座的齿尖之间)而抓紧，并将平台压向平台138。平面138与宝石中心轴线垂直。这样，夹具119的结构保证宝石11能中心定位，并牢牢地夹住，还使宝石得以转动至进行雕刻的要求位置。
由于镶嵌好的宝石的夹持方向与未镶嵌宝石的方向相反，因此雕刻方向最好是倒退的。这一倒退可例如在控制软件内完成。这时，可将刻痕倒置，而雕刻过程则从“开始”开始，或者按倒置次序进行雕刻。为促进人类操作者对雕刻过程的跟踪，雕刻最好从“开始”出发。而倒置则作为图形使用者接口系统的一个屏幕“按钮”而加以选择。此外，宝石经处理的视频图像也可有选择地颠倒，从而在镶嵌好和未镶嵌的雕刻工序期间，宝石在经处理图像中的外观定向相同。
在激光器运行前，操作者总是要“检查”过程。他或在文本屏幕上观看完整的刻痕，或在摄像机上直接观看在接触处边缘上的完整刻痕。
当刻痕完成时，操作者可判断(甚至在清洗前)刻痕是否成功。即使在清洗后，只要宝石仍旧放置在夹具中，就可回复至严格相同的位置。操作者可按他的愿望选择重复整个雕刻或其部分的次数。在将钻石从夹具中取走之前对刻痕进行检验，从而如果必须，就可重复过程。甚至在将墨水/石墨从宝石上清除之前，在视频屏幕上刻痕也是清晰可见的。即使放大倍数为推荐的200倍，一个刻痕也将必须特别长，以便在屏幕上不完全可见。
鉴别当工件具有一个划痕时，希望按照例如图12所说明的流程图来确定此划痕是否真实。在放大倍数之下察看工件以阅读表示于其上的划痕，181。鉴别过程至少有两种选择。第一种，划痕可以是加密的，从而应用例如公用的密匙对划痕进行处理，183。当从加密信息中获得宝石真实特征后，将解密的信息与工件的真实特征加以对比，184。这样，就可确认真实性。可替代的是，划痕包括一个能认别工件的代码，得以从数据库检索与工件有关的信息。这样，数据库中贮存着特征性信息。
在还是表示于图12的第二个实施例中，鉴别过程包含一个远程系统。因此，将划痕传输给中央系统，182。读出或抽出工件的特征，185，然后也将它们传送给中央系统，186。接着，中央系统例如对照数据库贮存的经划痕工件的特征，鉴别划痕和特征，187。然后将鉴别结果传输到远程现场，189。
加密图13A所示的钻石200以更进一步的细节在图13D中放大，该钻石200设置有若干认别和安全符号。例如，此钻石200是色泽为F的钻石，重0.78克拉，等级为VS2，具有两个识别瑕疵207。钻石200具有一组雕刻在接触处边缘201上的划痕。划痕包括一个成形成符号“LKI”的公司标记202、一个商标登记符号203、以阿拉伯数字表示的次序号204、一个一维的条形码205、一个两维的代码206、一组可见尺寸参考坐标209、以及具有限定位置的单个烧蚀斑点208、210。对绝大多数目的来说，公司标记认别划痕系列，而次序号用于认别钻石200。为进一步将信息编码，例如一条可见条形码205使二元信息得以编码，并从钻石200中得到检索。两维代码通常要求机器进行读出，并得以进行高密度的数据编码。可见尺寸参考坐标209得以能应用光网去测量距离，并设置了可用于独特地限定钻石200的辅助特征。单个烧蚀斑点208、210的能见度较差，从而要求有一个密匙进行搜索。换言之，当钻石200的检查经确认后，可要求传输这些斑点的位置以鉴别它们。划痕210例如与一个或两个瑕疵207具有一定的直接关系，从而使复制难于进行。
图13B更为仔细地表示了一个具有简单二元调制的典型两维代码。这样，烧蚀在坐标211、212位置上的出现213或消失214就限定了数据图案。另一方面，图13C表示了一个更为复杂的代码。这时，烧蚀间断地间隔分布，或部分重叠，从而可认别每个斑点223的轮廓或部分轮廓。由于过程是无规的，因此，烧蚀斑点的中心224的真实分布或其轮廓可有变化。但是，施加的调制图案的振幅大于噪声的振幅，或采用了不同的编码技术，因此，噪声被抵消。这样，在通常坐标221、222上的一个斑点阵列223按照图案225调制的严格位置225进行定位。这时，如不了解调制方案，就难于读出代码，从而使代码的复制难于进行。另外，由于噪声振幅与显现的信号振幅相近，因此要求复制系统有非常高的精度。
这里已展示和说明了激光工作件划痕系统及相关数据库的新颖容器和新颖方面，完成了所有目的和优点。但对于本领域普通技术人员来说，考虑公开其最佳实施例的这一说明书和附图后，显然还能对本发明作出许多改变、修正、变动、组合、重组合，提出其它用途和应用。但是所有这样的改变、修正、变动及其它用途的应用，只要它们不偏离发明的精神和范围，认为仍属于发明的范围，只有所附的权利要求才对发明起限制作用。
权利要求
1.一种微刻工件，其中在表面上形成有激光微刻划痕，该微刻划痕具有石墨化的表面部位，而工件的大部分部位不被相关联地损坏，所述石墨化部位延伸约小于10微米的深度并产生约9-12微米的最小线宽。
2.一种被划痕的钻石，其中在表面上形成有激光微刻划痕，该微刻划痕具有石墨化的表面部位，而钻石的大部分部位不被相关联地损坏，所述石墨化部位延伸约小于10微米的深度并产生约9-12微米的最小线宽。
3.一种微刻工件，包括具有表面的基质材料；位于所述表面上的一系列划痕，所述划痕是通过高能量脉冲烧蚀所述基质材料的一部分而产生的；所述一系列划痕由一组划痕指令限定，并且所述划痕通过闭环光学反馈而相对于所述表面并且相对于彼此自动定位，以确保划痕之间的高精度相对定位。
4.如权利要求3所述的宝石，其特征在于，所述基质材料是钻石，所述一系列划痕包括所述基质材料上的相邻石墨化区域，所述石墨化区域被形成为具有约9-12微米的最小线宽，并且延伸约小于10微米的深度。
5.一种宝石，其由包括以下步骤的方法加工而成接受划痕指令；将一块宝石安装在一个安装系统中；从至少一个有利点对所安装的宝石成像，以产生光学反馈；将聚焦的激光能量引导到宝石的预期部分上；根据划痕指令和成像信息控制所述激光能量从激光源发出的方向，以便对应于所述指令而有选择地在宝石上产生微刻划痕，以使宝石的一个表面部位被石墨化而不损坏宝石的大部分，所述石墨化部位延伸约小于10微米的深度并产生约9-12微米的最小线宽。
6.如权利要求5所述的宝石，其特征在于，所述方法在多个宝石上实施，与所述多个宝石的图像有关的信息，包括所产生的划痕信息，被储存起来以供以后使用。
7.如权利要求5所述的宝石，其特征在于，所述方法还包括以下步骤存储宝石上所产生的划痕的图像，以及打印存储的图像以形成打印副本。
8.如权利要求5所述的宝石，其特征在于，所述方法还包括以下步骤存储与宝石相关的物理特性。
9.如权利要求5所述的宝石，其特征在于，所述方法还包括以下步骤存储与宝石相关的物理特性，以及打印存储的图像和所述相关的物理特性以形成打印副本，从而产生鉴别证明书。
10.如权利要求5所述的宝石，其特征在于，所述宝石具有弯曲的表面，所述成像步骤控制所述聚焦激光能量的焦平面。
11.如权利要求5所述的宝石，其特征在于，所述成像步骤中报告一条表面划痕的成功形成，所述控制步骤在表面上的未成功形成划痕的位置重复划痕过程。
12.如权利要求5所述的宝石，其特征在于，所述聚焦激光能量被从激光源向外引导的方位取决于对在先微刻位置的光学判断位置。
13.如权利要求5所述的宝石，其特征在于，所述聚焦激光能量被从激光源向外引导的方位取决于来自所述成像步骤的光学反馈信息，以便重叠在在先微刻位置上。
14.如权利要求5所述的宝石，其特征在于，所述聚焦激光能量具有小的扫描深度，以便在经切割的钻石的接触边缘上产生一个深度比宽度小的烧蚀部位，其中所述聚焦激光能量的焦平面基于所述成像步骤而被控制，以将焦平面对准宝石表面。
15.如权利要求5所述的宝石，其特征在于，所述划痕指令包括被转换成相应光栅图案的字符串。
16.一种由激光能量微刻系统微刻的宝石，其由包括以下步骤的工艺过程加工而成提供一个激光能源；将一块宝石安装在一个安装系统中，使光线能够到达被安装的宝石；提供一个光学系统，它用于将来自激光能源的激光能量聚焦在宝石上，以便在宝石上产生划痕；将聚焦激光能量引导到宝石的预期部分上；从至少一个有利点观察宝石，以从宝石获得图像信息；基于划痕指令和所述图像信息来控制所述引导步骤，以便根据所述划痕指令和预定程序而有选择地产生划痕，以使宝石的一个表面部位被石墨化而不损坏宝石的大部分，所述石墨化部位延伸约小于10微米的深度并产生约9-12微米的最小线宽。
17.一种由激光能量微刻系统微刻的宝石，其由包括以下步骤的工艺过程加工而成提供一个激光能源；将一块经切割的宝石安装在一个安装系统中，使光线能够到达被安装的宝石；利用一个光学系统将来自激光能源的激光能量聚焦在所述经切割的宝石上；利用一个可移动工作台相对于所述光学系统移动所述安装系统，以使聚焦激光能量到达到宝石上的预期位置；利用一个成像系统从至少一个有利点观察宝石；将所述激光能源、所述光学系统和所述工作台以固定的关系支承在一个刚性框架上，以对抗所述激光能源、所述光学系统和所述工作台的差动运动，并增加对振动偏移的抗拒力；接受划痕指令；根据所述划痕指令和所述成像系统控制所述可移动工作台，以便根据所述划痕指令和预定程序而有选择地产生光学校正的划痕，以使宝石的一个表面部位被石墨化而不损坏宝石的大部分，所述石墨化部位延伸约小于10微米的深度并产生约9-12微米的最小线宽。
18.一种激光微刻宝石，其由包括以下步骤的方法加工而成提供一个设备，其包括一个激光能源；一个宝石安装系统，它使光线能够到达被安装的宝石；一个光学系统，它用于将来自激光能源的激光能量聚焦在宝石上以产生一个烧蚀图案，所述烧蚀图案使一个表面部位被石墨化而不损坏宝石的大部分，所述石墨化部位延伸约小于10微米的深度并产生约9-12微米的最小线宽；将所述安装系统相对于所述光学系统定位，以使聚焦激光能量到达到宝石上的预期位置；利用一个刚性框架将所述激光能源、所述光学系统和所述工作台以固定的关系支承，以对抗所述激光能源、所述光学系统和所述工作台的差动运动，并增加对振动偏移的抗拒力，以使宝石上所产生的激光划痕受到减小的振动影响。
19.一种激光能量微刻宝石，其由包括以下步骤的方法加工而成提供一个激光雕刻系统，其包括一个激光能源；一个宝石安装系统，它使光线能够到达被安装的宝石；一个光学系统，它用于将来自激光能源的激光能量聚焦在宝石上以产生一个烧蚀图案，所述烧蚀图案使一个表面部位被石墨化而不损坏宝石的大部分，所述石墨化部位延伸约小于10微米的深度并产生约9-12微米的最小线宽；一个可移动工作台，它相对于所述光学系统移动所述安装系统，以使聚焦激光能量到达到宝石上的预期位置；一个光学成像器，它用于从至少一个有利点对安装的宝石成像；接受一组划痕指令，所述划痕指令限定了一条将要被雕刻在所述宝石上的划痕的多个预期划痕位置；将所述安装系统相对于所述光学系统定位，以使聚焦激光能量到达到宝石上的预期位置；从至少一个有利点对安装的宝石成像；基于所述一组划痕指令及所述光学成像器的输出来控制所述定位步骤，以便对应于所述划痕指令产生光学校正的微刻划痕。
20.一种经鉴别的宝石，其由包括以下步骤的工艺过程加工而成(a)向宝石的一个部位上施加微刻划痕，所述微刻划痕与宝石的一个预定部分之间具有固定的关系，以使宝石的一个表面部位被石墨化而不损坏宝石的大部分，所述石墨化部位延伸约小于10微米的深度并产生约9-12微米的最小线宽；(b)记录一个有关微刻划痕和宝石的所述预定部分的图像，所述图像具有足够的分辨率和范围，以便记录微刻划痕与所述预定部分之间的关系；(c)从记录的图像存储信息；(d)将一个假定为真品的宝石与记录的图像作比较，以确定它们之间的对应关系，高度的对应关系表示该宝石为真品。
21.如权利要求20所述的经鉴别的宝石，其特征在于，所述工艺过程还包括以下步骤在施加微刻划痕的同时记录微刻划痕的图像。
22.如权利要求20所述的经鉴别的宝石，其特征在于，所述工艺过程还包括以下步骤存储宝石的一组物理特性，将假定为真品的宝石与记录的物理特性作比较。
23.如权利要求22所述的经鉴别的宝石，其特征在于，所述工艺过程还包括以下步骤将所述存储的图像和所述相关的物理特性打印在所述经鉴别的宝石的鉴别证明书上。
24.如权利要求20所述的经鉴别的宝石，其特征在于，所述工艺过程还包括以下步骤在施加微刻划痕的同时对宝石成像，并且基于成像信息来控制微刻划痕的施加。
25.一种微刻钻石，其由包括以下步骤的方法加工而成(a)利用一个谐波转换型红外线激光器透过一个聚焦透镜照射钻石的表面，所述激光器被滤波以去除大波长的光，所述聚焦透镜的扫描深度足够小，以便在聚焦透镜的焦点处在钻石的表面上形成烧蚀图案，而又不会显著改变位于表面下面的钻石大部分，以使钻石的一个表面部位被石墨化而不损坏钻石的大部分，所述石墨化部位延伸约小于10微米的深度并产生约9-12微米的最小线宽；(b)在一系列像素位置将钻石的表面相对于聚焦透镜的焦点精确地定位，以便在钻石的表面上产生用于构成符号图形的微刻图案；(c)利用来自一个成像器的光学反馈确保微刻图案与预定的图案相对应。
26.一种微刻钻石，其由包括以下步骤的方法加工而成(a)利用聚焦激光束照射钻石的表面，所述激光束的强度、持续时间和扫描深度足够小，从而能够使钻石的一个表面部位被石墨化而不损坏钻石的大部分，所述石墨化部位延伸约小于10微米的深度并产生约9-12微米的最小线宽；(b)利用来自一个成像器的光学闭环反馈将钻石精确地定位，以便在钻石上产生预定的微刻图案。
27.一种微刻钻石，其在表面上具有激光雕刻的微刻图案，所述微刻图案包括石墨化表面部位，而钻石的大部分部位不被相关联地损坏，所述石墨化部位延伸约小于10微米的深度并产生约9-12微米的最小线宽。
全文摘要
本发明涉及一种微刻工件，其中在表面上形成有激光微刻划痕，该微刻划痕具有石墨化的表面部位，而工件大部分部位并无相关的损坏，所述石墨化部位延伸约小于10微米的深度并产生约9－12微米的最小线宽。所述工件可以是宝石或钻石。
文档编号B25H7/04GK1568857SQ20041004951
公开日2005年1月26日 申请日期1996年11月14日 优先权日1996年1月5日
发明者乔治·R·卡普兰, 阿维格多·沙哈勒, 奥迪德·安纳, 利奥尼德·居尔维什 申请人:拉扎尔·卡普兰国际公司