IT8322408A1 - Apparecchiature per il taglio di gemme a faccette sferiche e gemme cosi' ottenute - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"APPARECCHIATURE PER IL TAGLIO DI GEMME A FACCETTE SFERICHE E GEMME COSI' OTTENUTE'

Riassunto

Cenni introduttivi espongono gli effetti ottici provocati dalla adozione di faccette sferiche nelle gemme in sostituzione di quelle piane convenzionali. Successivamente vengono indicati principi cinematici e apparecchiature che permettono la fabbricazione di faccette di questo tipo. In particolare si prevedono calotte abrasive sferiche su cui va ad aderire il terminale portagemma di uno sfaccettatone tripodico convenzionale i cui due altri terminali di appoggio sono guidati in modo tale da far percorrere al terminale portagemma una sfera, mantenendo costante l'angolo tra l'asse della gemma e la normale alla calotta abrasiva nel punto di contatto.

Descrizione

Da secoli la lapidazione delle gemme ? realizzata tagliando i cristalli grezzi con svariate serie di faccette piane, qualunque sia la foggia finale prescelta. Con questo criterio costruttivo una gemma di taglio convenzionale si riduce ad un sistema ottico costituito da soli prismi e specchi piani. Per una sorgente luminosa questo sistema ottico fornisce sempre una immagine virtuale; inoltre, date le dimensioni ridotte di una gemma, l'immagine fornita viene fortemente diaframmata dalla struttura della pietra; ragion per cui ? vista saltuariamente e sempre fugacemente, dati i continui movimenti relativi esistenti tra la fonte luminosa, la gemma e l'osservatore. L'adozione di faccette sferiche, sia concave che convesse, in sostituzione di quelle piane tradizionali, trasforma la gamma in un vero e proprio sistema catadiottrico di maggiore effetto dispersivo, che fornisce immagini pi? vicine alla pietra e che, pertanto, sono viste da un osservatore pi? luminose perch? pi? prossime e meno diaframmate dalla struttura della stessa.

L'invenzione verr? ora meglio chiarita sulla scorta di alcuni esempi di realizzazione che sono stati rappresentati nei disegni allegati, in cui:

Figure 1, 2, 3 e 4 sono viste schematiche di gemme tagliate rispettivamente in modo tradizionale, a superfici concave, convesse e solo parzialmente concave;

Figura 5 mostra lo schema di una prova fotometrica;

Figure 6A e 6B mostrano rispettivamente ognuna una prima apparecchiatura in sezione e in pianta atta a realizzare il taglio di gemme secondo la presente invenzione nel caso di faccette concave;

Figure 7A e 7B sono analoghe alle Figure 6A e 6B,ma mostrano una Figura 8 ? la vista schematica di un utensile sfaccettatore tripodico convenzionale;

Figure 9A e 9B sono viste schematiche laterali, l'una ruotata di 90? rispetto all'altra, di una diversa apparecchiatura secondo la presente invenzione;

Figura 10 ? la vista di un'apparecchiatura similare a quella delle Figure 9A e 9B,ma atta a sfaccettare una gemma con superfici convesse;

Figure 11 e 12 sono viste rispettivamente laterali e dall'alto di un'altra apparecchiatura;

Figure 13 e 14 sono due grafici mostranti il rendimento luminoso di una gemma rispettivamente tradizionale e a faccette sferiche;

Che il sistema catadiottrico anzidetto avvicini le iitmagini di una sorgente alla struttura fisica di una gemna pu? essere verificato utilizzando le note equazioni che legano punti coniugati s e s' rispetto a un diottro di raggio R che separa mezzi di indice di rifrazione n e n? (a) e punti coniugati e s' rispetto a specchi sferici pure di raggio R (b) qui sotto riportate:

Infatti, applicando in cascata le equazioni (a) e (b) ai profili delle figure 1, 2, 3 cio? a gemme aventi faccette rispettivamente, piane, concave e convesse, ma aventi per? foggia, peso e indice di rifrazione uguali, si arriva ai risultati indicati nel quadro sinottico riportato qui sotto.

QUADRO COMPARATIVO

Questi dati si riferiscono a condizioni di uso tipiche nella esibizione di una gemma. Per tutte le distanze comtemplate per la fonte luminosa, le gemme con faccette concave forniscono sempre immagini virtuali molto prossime al fondo della pietra e pertanto, risultano meno diaframmate dalla struttura della stessa; al medesimo tempo risultano anche pi? luminose all'occhio dell'osservatore in quanto pi? vicine a quest'ultimo.

Nel caso, invece, di gemme a faccette convesse, le immagini reali ottenute non sono rilevate dall'osservatore collocato ad un metro di distanza; questo perch? esse si formano nell'aria, sopra la pietra. In compenso le stesse immagini, come dimostrato in pratica, sono viste in tutto il loro splendore da un osservatore distante posto ad oltre 5 metri dalla gonna. Infatti, a quella distanza, l'occhio dell'osservatore, al dirigersi alla gemma, gi? ? accomodato per una visione all'infinito dove egli vede, sovrapposte alla figura della gemma, sia l'immagine della fonte fornita per riflessione superficiale esterna, sia l'immagine prodotta da una riflessione totale interna. Questo ? il caso tipico di una gemma esibita al bordo di un palco di teatro, illuminata da decine di lampadari e che viene osservata da spettatori distanti che si trovano in altri palchi o in platea.

A questo punto,verificato l'effetto geometrico di avvicinamento delle immagini, resta da confermare e misurare il supposto incremento di luminosit? nelle immagini provocato dall'uso di faccette sferiche nonch? l'incremento della quantit? di luce ricevuta dall'occhio di un osservatore.

A questo scopo si sono anche eseguite prove fotometriche di laboratorio, secondo lo schema indicato in Figura 5. In esso si vede che il proiettore 1, per mezzo dello specchio alluminizzato 2, invia un fascio di luce perpendicolarmente alla "tavola" 31 di una gemna 3 rotante intorno al suo asse di simmetria 32; i lampeggi delle riflessioni totali rinviate dalla gemma incidono sulla cellula fotoelettrica 4, posta obliquamente rispetto a questo asse ad un metro di distanza, che con i suoi impulsi sensibilizza il registratore 5. Utilizzando questo dispositivo fotometrico sono state realizzate in un laboratorio universitario ad alto livello varie serie di prove comparative fra due gemme di berillo incolore, di foggia e dimensioni uguali (20 carati circa), con tavola rettagnolare tagliata a smeraldo;una delle pietre era munita di faccette piane convenzionali e la seconda di faccette sferiche concave. A parit? di condizioni sperimentali (intensit? della luce incidente, numero di rotazioni per minuto, interdistanze fonte luminosa - gemma -cellula fotoelettrica,velocit? di scorrimento del foglio di registrazione,ecc.) il registratore ha fornito i grafici riportati nelle Figure 13 e 14; questi mostrano rispettivamente gli impulsi provocati dalle riflessioni della gemma a faccette piane e quelli prodotti dalla gemma a faccette sferiche concave durante la rotazione sul loro asse di simmetria 32.

Allo scopo di permettere l'interpretazione di quei grafici va notato quanto segue:

a- I grafici si ripetono integralmente ad ogni rotazione completa della gemma; fatto prevedibile data la costanza dei parametri sperimentali durante le prove;

b- L'altezza delle cime dei grafici indica la luminosit? massima raggiunta da ogni singolo lampeggio, ossia da ogni riflessione totale prodotta dalla gemma in rotazione e captata dalla cellula;

c- Il valore della superficie totale che ad ogni rotazione viene delimitata dal contorno superiore del grafico e dalla linea orizzontale di base (v. area tratteggiata nei grafici) indica la quantit? totale di luce riflessa dalla gemma e captata dalla genita durante una rotazione completa;

d- Il numero di picchi esistenti in un ciclo indica il numero di lampeggi, ossia di riflesisoni totali avvenute nella gemma nel corso di una rotazione completa e captate dalla cellula.

Un semplice confronto visuale delle due serie di grafici permette di affermare che, in termini scevri di errori di calcolo o di osservazioni soggettive, l'adozione di faccette sferiche incrementa sostanzialmente il valore di tutti i parametri del rendimento luminoso di una genita come sono stati specificati ai commi b- c- d- che precedono.

Purtroppo, le prove fotometriche non sono state integrate da misure angolari atte a quantificare anche il vistoso incremento della dispersione cromatica rilevata a occhio nudo. Nonostante ci?, ? lecito pensare che l'effetto lenticolare dei diottri di entrata e uscita della gemma comporta forzosamente un incremento della dispersione cromatica laterale fornita normalmente dalle gerirne a faccette piane convenzionali. Inoltre va ricordato che nel sistola catadiottrico costituito da una genita a faccette sferiche si genera automaticamente anche una componente assiale della dispersione cromatica, inesistente nelle gemme a faccette piane, che si sovrappone a quella gi? maggiorata dai diottri lateralmente; si realizza cos? un duplice potenziamento del cosidetto "fuoco" della gemma. Da ultimo va notato che la riduzione progressiva del raggio di curvatura in una gemma a faccette sferiche favorisce l'esaltazione della brillantezza totale nel senso che, con il rimpicciolire del raggio, l'immagine di una fonte luminosa, reale o virtuale che sia, si avvicina sempre pi? al corpo della pietra; effetto che conporta una progressiva riduzione nella diaframmatura dei fasci di luce riflessa in beneficio del rendimento ottico finale. Naturalmente, questa facolt? non va esagerata; altrimenti l'aspetto esterno della gemma si scosterebbe troppo da quello convenzionale, con possibili effetti controproducenti nella commercializzazione. Tutto ci? che si pu? aggiungere a questo proposito ? che con il diminuire della caratura si possono adottare raggi di curvatura tendenzialmente decrescenti inquantocch? la progressiva riduzione delle faccette, che si accompagna a dimensioni decrescenti della gemma,porta per via naturale a calotte sferiche di freccia progressivamente minore ed a spigoli via via meno accentuati. E' evidente che solo la pratica potr? stabilire qual'? il raggio di curvatura minimo pi? confacente alle dimensioni di una data pietra.

Tenendo presente quanto ? stato detto in questi cenni introduttivi, si pu? concludere affermando:

1- Che l'adozione di faccette sferiche incrementa realmente tutti i fattori di brillantezza (brillantezza esterna, brillantezza interna, brillantezza da scintillio e brillantezza da dispersione) che concorrono alla brillantezza totale della gemma;

2- Che le faccette concave si addicono a gemme destinate ad essere esibite in prevalenza a osservatori vicini;

3- Che le faccette convesse sono consigliabili soltanto per gemme destinate ad essere esibite in prevalenza a osservatori lontani;

4- Che con il diminuire delle dimensioni di una pietra si pu? diminuire il raggio di curvatura delle faccette sferiche, migliorando cos? il rendimento luminoso del sistema catadiottrico.

E' possibile realizzare gerirne con faccette piane, in particolare nella corona, e faccette sferiche, concave e convesse, nel pavillon. Questo sistema pu? essere utilizzato quando si voglia mascherare l'uso di faccette sferiche, rinunciando deliberatamente ad una parte dell'incremento di brillantezza ottenibile. E' pure possibile realizzare gemme che possiedono allo stesso tempo faccette concave, convesse e piane, disposte in gruppi o alternate, tanto nella corona che nel pavillon, eppure nel solo pavillon. Si possono prevedere anche gemme destinate precipuamente a ottenere nuovi effetti ottico-ornamentali capaci di essere percepiti da osservatori vicini o lontani anche se costoro, per un determinato movimento relativo gemma -sorgente-osservato, finiranno col percepire un numero minore di lampeggi. Infatti, gli osservatori vicini vedranno soltanto le riflessioni totali provocate dalle faccette concave del pavillon; gli osservatori lontani, invece, vedranno soltanto quelle fomite dalle faccette convesse.

Le note che seguono descrivono i principi cinematici che reggano il taglio di gemme a faccette sferiche e alcune apparecchiature che ne permettono la produzione. Tuttavia, per una migliore comprensione di quanto verr? detto a questo proposito, vale la pena ricordare sommariamente quello che ? il procedimento essenziale dell'approntamento di una faccetta piana normale. In sintesi questo procedimento consiste nello sfregamento della pietra grezza su un disco in rotazione, generalmente metallico, in modo che l'usura prodotta dall'interposizione di abrasivi adatti e opportunamente scalati nelle loro dimensioni porti, attraverso le successive fasi di sbozzatura, di tappatura e di pulitura alla dimensione e alla inclinazione prescelta per la faccetta in lavorazione. Nell'esecuzione di faccette sferiche il procedimento ? identico; ma, evidentemente, le operazioni di sbozzatura, tappatura e pulitura vanno fatte sfregando il grezzo su una calotta sferica, anzicch? su un disco piano.

L'apparecchiatura schematizzata nelle Figure 6 e 7 permette di raggiungere lo scopo rispettivamente per la produzione di superfici sferiche concave (Fig. 6) o convesse (Fig. 7). Entrambi gli schemi si caratterizzano per il fatto di essere costituiti da due calotte sferiche contigue, coassiali, concentriche e aventi lo stesso raggio di curvatura; quella centrale ? rotante e su di essa avviene l'abrasione necessaria per l'esecuzione della faccetta; la seconda, esterna, ? fissa e serve come superficie di sostegno a due dei tre punti di appoggio di un attrezzo sfaccettatone tripodico convenzionale (attrezzo che d'ora innanzi sar? chiamato per brevit? "sfaccettatore" e potr? essere costituito ad esempio dallo sfaccettatore tipo P prodotto dalla ditta Imahashi MFG. Co. Ltd., Tokyo,Giappone

). Durante la lavorazione i due punti A e B di appoggio dello sfaccettatore restano sempre sulla calotta esterna di sostegno Si mentre il terzo C, costituito dalla gemma, verr? posto a contatto della calotta interna rotante S2 che porta gli abrasivi del caso. Per tutte le escursioni possibili imposte allo sfaccettatore, sia nella ricerca della migliore direzione di abrasione sia per piazzare la pietra in una zona di velocit? ottimale per l'abrasione stessa, le tre estremit? dello sfaccettatore si troveranno sempre sulla stessa sfera di cui fanno parte le rispettive calotte di appoggio. Non solo, ma quel che ? pi? importante, la faccetta che si va formando prender? la stessa curvatura della calotta di abrasione, mentre l'inclinazione iniziale rispetto alla normale nel punto di contatto rimarr? praticamente costante fino al raggiungimento della dimensione desiderata per la faccetta in lavorazione. Il resto sar? la nota reiterazione delle operazioni ora viste per tutte le faccette volute dal taglio prescelto; reiterazione eseguita con l'ausilio dei goniametri di cui ? provvisto lo sfaccettatore e che sono simbolizzati nella figura 8. Il goniometro E fa ruotare la gemma perpendicolarmente al proprio asse 32; questa rotazione serve per presentare al taglio le varie faccette di un certo ordine; il goniometro Z fa ruotare la gemma intorno ad un asse perpendicolare all'asse 32 della gemma; esso serve a dare all'insieme delle faccette di uno stesso ordine l'inclinazione che loro spetta nella figura della gemma.

Si pu? pure prevedere questa apparecchiatura con un settore rettangolare di calotta sferica S3 che ha lo stesso raggio di curvatura delle altre calotte S1 e S2 sulle quali scivola liberamente in tutte le direzioni. Il settore S3 ? munito di una scanalatura longitudinale atta ad alloggiare i terminali di appoggio A e B di uno sfaccettatore convenzionale; quest'ultimo, con fulcro in A e B ? libero di ruotare intorno all?asse della scanalatura fino a consentire il contatto del terminale porta gemma C sulla calotta di abrasione S2. Intuitivamente si comprende che in questa disposizione cinematica il terminale porta gemma C si muover? sempre sulla sfera cui appartengono le calotte Si e S2, mantenendovi costante l'inclinazione iniziale ricevuta. Il vantaggio offerto da questo accessorio ? quello di permettere alla gemma in lavorazione spostamenti pi? ampi e variati sulla calotta di abrasione S2, senza per questo dover maggiorare la gi? ingombrante calotta Si o variare l'interdistanza dei terminali A e B. Naturalmente, per evitare abrasioni sulla superficie di contatto di S3, si dovr? abbassare di qualche decimo di millimetro la calotta rotante di abrasione S2 rispetto alla calotta fissa Si riducendo contemporaneamente nella stessa misura anche il suo raggio di curvatura.

Le Figure 9A e 9B rappresentano un'applicazione dei principi basilari su esposti. In esse i terminali di appoggio A e B dello sfaccettatone, anzicch? appoggiare sulla calotta fissa Si della Figura 6 o 7 sono agganciati ad un albero H che chiude un braccio a forcella K, imperniato in P per mezzo di un giunto cardanico; il punto P ? il centro della sfera cui appartiene la calotta di abrasione S e per esso passa anche l'asse di rotazione di quest'ultima. Lo sfaccettatone, che ha i suoi terminali di appoggio A e B fissati sull'albero H in posizioni simmetriche rispetto al centro geometrico di H, ? trascinato dalle oscillazioni di K. Il suo terminale C si muover? quindi sempre tangenzialmente ad una sfera di centro P, concentrica per costruzione alla calotta di abrasione. Facendo ruotare i terminali A e B intorno ad H si potr? portare il terminale portagemma C a contatto della calotta di abrasione S e l'inclinazione di questo terminale rispetto alla perpendicolare nel punto di contatto rimarr? costante qualunque sia il movimento impresso al braccio oscillante K. L'uso di un dispositivo cos? fatto offre i seguenti vantaggi:

1- La eliminazione della voluminosa e pesante calotta fissa Si del dispositivo illustrato negli schemi delle Figure 6A, 6B, 7A e 7B;

2- Possibilit? di variare la curvatura delle faccette regolando la lunghezza e la posizione del braccio oscillante K e sostituendo la sola calotta di abrasione con un'altra che abbia il raggio di curvatura desiderato;

3- Possibilit? di produrre gemme a faccette convesse sospendendo verticalmente il braccio oscillante K al disopra di una calotta abrasiva concava S4 (vedi Figura 10);

4- Possibilit? di montare orizzontalmente il dispositivo in modo da permettere una migliore visibilit? del lavoro; posizione particolarmente utile nel caso di rilapidazione di gemme a taglio antico o di taglio incorretto;

5- Possibilit? di limitare le escursioni della pietra sulla calotta di abrasione al fine di evitare la fuoriuscita oltre il bordo della calotta regolando la posizione dell'anello L;

6- Possibilit? di meccanizzare le escusioni della pietra in lavorazione agendo sul braccio oscillante K con artifici automatici convenzionali (perni rotanti eccentricamente, ecc.).

Le Figure 11 e 12 illustrano un'altra apparecchiatura con cui si pu? ottenere il taglio di faccette sferiche rispettando l'esigenza base di Rivendicazioni

1. Apparecchiatura per la lapidazione di gemme comprendente una superficie abrasiva rotante e uno sfaccettatore, caratterizzata dal fatto di possedere due calotte sferiche contigue, coassiali e concentriche di uguale raggio di curvatura (Figure 6A, 6B, 7A, 7B), una delle quali, quella centrale (S2) ? rotante e serve per l'abrasione, mentre qualla adiacente (Si) esterna ? fissa, inchiavardata a un tavolo di lavoro, permettendo questa disposizione ai terminali A e B di appoggio di uno sfaccettatone convenzionale di eseguire solidalmente qualsiasi escursione sulla superficie sferica della calotta esterna (Si),mentre il terminale (C) porta gemma appoggia la pietra in lavorazione sulla calotta rotante di abrasione (S2), garantendo in questo modo durante la lavorazione il mantenimento dell'inclinazione del terminale porta gemma (C) rispetto alla normale nel punto di contatto con la sfera di cui fanno parte le due calotte (Si e S2), qualunque sia la posizione o il movimento impresso allo sfaccattatore.

2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di prevedere anche un settore rettangolare di calotta sferica (S3) che ha lo stesso raggio di curvatura delle altre calotte (Si e S2) sulle quali scivola liberamente in tutte le direzioni, essendo detto settore (S3) munito di una scanalatura longitudinale atta ad alloggiare i terminali di appoggio (A e B) di uno sfaccettatone convenzionale; potendo ruotare quest'ultimo, con fulcro in A e B, intorno all'asse della scanalatura fino a consentire il contatto del terminale porta gemma (C) sulla calotta di abrasione (S2), essendo abbassata di qualche decimo di millimetro la calotta rotante di abrasione (S2) rispetto alla calotta fissa (Si), riducendo cos? contemporaneamente nella stessa misura anche il suo raggio di curvatura.

3. Apparecchiatura per la lapidazione comprendente una superiice abrasiva rotante e uno sfaccettatore, caratterizzata da un braccio a forcella (K,Figure 9A e 9B) imperniato al centro (P) di uno snodo cardanico posto sull'asse di rotazione di una calotta sferica (S) di abrasione, anch'essa avente lo stesso centro (P); la forcella (K) terminando con un albero (H) che, solidale ai movimenti impressi a (K), si muover? sempre tangenzialmente ad una sfera concentrica alla calotta di abrasione (S), essendo i terminali di appoggio {A e B) di uno sfaccettatore convenzionale imperniati sull'albero (H), in posizione simmetrica rispetto al centro di questo, e liberi di ruotare intorno all'albero (H) in modo da consentire al terminale (C) porta gemma dello sfaccettatore di adagiare la pietra in lavorazione sulla calotta di abrasione (S), essendo cos? garantito durante la lavorazione di una faccetta il mantenimento dell'inclinazione del terminale (C) porta gemma rispetto alla normale nei punti di contatto con la calotta sferica di abrasione (S), esigenza indispensabile per il taglio di una faccetta avente inclinazione predeterminata rispetto all'asse di simmetria della gemma.

4. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che si pu? variare la curvatura (felle faccette con il senplice scambio di calotte di abrasione (S) aventi raggi di curvatura diversi, provvedendo a spostare il centro di oscillazione primitivo (P) ad una distanza dal vertice della calotta pari al nuovo raggio adottato variando l'estensione del braccio oscillante (K), ed essendo questi spostamenti e regolazioni consentiti dal posizionamento variabile dei semiassi del giunto cardanico entro i rispettivi manicotti.

5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzata dal fatto di avere il braccio oscillante (K, Figura 10) sospeso al disopra della calotta di abrasione concava (S4).

6. Apparecchiatura per la lapidazione di gemme comprendente una superfice abrasiva rotante, caratterizzata dal fatto di essere costituita da tre calotte sferiche (Ni,N2,N3, Figure 11 e 12) di uguale raggio di curvatura; essendo una (Ni) la calotta rotante di abrasione; un'altra (N2) una calotta fissa di uguale dimensione, la cui base ? complanare alla base della prima calotta (Ni) la quale serve di appoggio alla calotta oscillante (N3) sulla quale ? innestato un braccio porta gemma (Kl) il quale ? munito alla sua estremit? libera di goniometri convenzionali (E, Z) essendo detto braccio (Kl) libero di ruotare azimutalmente intorno ad un perno (0) nella giacitura di un unico meridiano della calotta (N3), essendo (0) disposto sull'asse di (N3), avendo il braccio (Kl) una lunghezza pari all'interdistanza fra gli assi di (Ni) e (N2), cos? che la gemma potr? adagiarsi sulla calotta di abrasione mantenendovi costante l?inclinazione iniziale ricevuta, qualunque sia la posizione o il movimento di N3 su N2; esigenza che, come ? stato gi? detto, ? indispensabile per il tagli? di una faccetta sferica avente inclinazione predeterminata rispetto all'asse di simmetria della genita.

7. Gemme tagliate presentanti faccette caratterizzate dal fatto di possedere almeno alcune faccette sferiche, soprattutto nel pavillon.

8. Gemme secondo la rivendicazione 7, caratterizzate dal fatto di avere almeno alcune faccette concave, cos? da essere esibite prevalentemente a osservatori vicini.

9. Gemme secondo la rivendicazione 7, caratterizzate dal fatto di possedere almeno alcune faccette convesse, cos? da poter essere esibite prevalentemente a osservatori lontani (oltre 5 m.).

10. Gemme secondo la rivendicazione 7, caratterizzate dal fatto di possedere faccette di curvatura meno pronunciata nella corona, cos? da poter minimizzare eventuali perdite in peso o attenuare lo scostamento dell'aspetto esterno della gemma da quello tradizionale.

11. Gemme secondo la rivendicazione 7, caratterizzate dal fatto di possedere faccette piane, in particolare nella corona e faccette sferiche, concave e/o convesse nel pavillon.