Пантограф - Pantograph

Из Википедии, свободной энциклопедии
Чертежный пантограф в использовании
Пантограф, используемый для масштабирования изображения. Красная форма прорисована и увеличена.
Пантограф 3d-рендеринга

Пантографа (греческие корни παντ- «все, каждый» и γραφ- «писать», от их первоначального использования для копирования записи) представляет собой механическую связь соединены таким образом , на основе параллелограммов так , что движение одной ручкой, в отслеживании изображение, производит идентичные движения во втором перо. Если линия нарисована первой точкой, идентичная, увеличенная или уменьшенная копия будет нарисована пером, прикрепленным к другой точке. Используя тот же принцип, различные виды пантографов используются для других форм дублирования в таких областях, как скульптура, чеканка, гравировка и фрезерование.

Из-за формы исходного устройства пантограф также относится к типу структуры, которая может сжиматься или расширяться, как гармошка , образуя характерный ромбовидный узор. Это можно найти в удлинителях для настенных зеркал, временных ограждений, пантографических ножах , ножничных подъемниках и других ножничных механизмах, таких как пантограф, используемый на электровозах и трамваях.

История

Древнегреческий инженер Герой Александрийский описал пантографы в своей работе « Механика» .

В 1603 году Кристоф Шайнер использовал пантограф для копирования и масштабирования диаграмм и написал об изобретении более 27 лет спустя в «Пантографике» (Рим, 1631 г.). Одно плечо пантографа содержало маленький указатель, а другое держало инструмент для рисования, и при перемещении указателя по диаграмме копия диаграммы была нарисована на другом листе бумаги. Путем изменения положений рычагов в соединении между рычагом-указателем и рычагом рисования можно изменить масштаб создаваемого изображения.

Схема, иллюстрирующая принципы, используемые эйдографом Уильяма Уоллеса

В 1821 году профессор Уильям Уоллес (1768–1843) изобрел эйдограф, чтобы улучшить практическую полезность пантографа. Эйдограф перемещает фиксированную точку в центр параллелограмма и использует узкий параллелограмм для обеспечения улучшенных механических преимуществ.

Использует

Черчение

Первоначально пантограф использовался для копирования и масштабирования линейных рисунков . Современные версии продаются как игрушки .

Скульптура и чеканка

Скульпторы используют трехмерную версию пантографа, обычно большую стрелу, соединенную с фиксированной точкой на одном конце, с двумя вращающимися иглами в произвольных точках вдоль этой стрелы. Регулируя иглы, можно добиться различных коэффициентов увеличения или уменьшения. Это устройство, теперь в значительной степени обгоняет компьютерные руководствовался маршрутизатор систем , которые сканируют в модель и может производить его в различных материалах и в любом желаемом размере, было изобретено изобретателем и парового пионер Джеймс Ватты (1736-1819) и усовершенствованный Benjamin Cheverton ( 1796–1876) в 1836 году. Машина Чевертона была оснащена вращающейся режущей головкой для вырезания уменьшенных версий известных скульптур. Трехмерный пантограф также можно использовать для увеличения скульптуры, поменяв местами модель и копию.

Другая версия все еще широко используется для уменьшения размера больших рельефных рисунков для монет до необходимого размера монеты.

Дублирование акустического цилиндра

Одним из преимуществ дисков фонографа и граммофона перед цилиндрами в 1890-х годах - до появления электронного усиления - было то, что большое количество дисков можно было штамповать быстро и дешево. В 1890 году единственным способом изготовления копий главного цилиндра было формование цилиндров (что было медленным и вначале давало очень плохие копии), повторная запись цилиндров по кругу, снова и снова, или акустическая запись. скопируйте звук, сложив вместе рожки двух фонографов или зацепив их резиновой трубкой (одна запись фонографа, а другая - воспроизведение цилиндра). Эдисон , Беттини , Леон Дуглас и другие решили эту проблему (частично), механически соединив режущий и воспроизводящий иглы вместе и механически скопировав канавки цилиндра, расположенные по принципу «холмы и долины». При некотором улучшении формования формованные цилиндры использовались в качестве мастеров пантографов. Это использовалось Эдисоном и Колумбией в 1898 году и использовалось примерно до января 1902 года (после этого были отлиты коричневые воски Колумбии). Некоторые компании, такие как United States Phonograph Co. из Ньюарка, штат Нью-Джерси , поставляли мастер-цилиндры для небольших компаний, чтобы они могли их дублировать, иногда пантографически. Пантографы могли производить около 30 записей в день и производить до 150 записей на одного мастера. Теоретически мастера пантографов можно было бы использовать для 200 или 300 дубликатов, если бы мастер и дубликат работали в обратном порядке, а запись дублировалась бы в обратном порядке. Теоретически это могло бы расширить возможности мастера пантографа за счет использования неизношенной / менее изношенной части записи для копирования. Pathé использовал эту систему при мастеринге своих пластинок с вертикальной резкой до 1923 года; будет записываться главный цилиндр диаметром 5 дюймов (130 мм) и длиной 4 или 6 дюймов (100 или 150 мм), вращающийся с высокой скоростью. Это было сделано, поскольку получившийся цилиндр был значительно громким и очень точным. Затем цилиндр будет помещен на оправку дублирующего пантографа, который будет воспроизводиться стилусом на конце рычага, который будет передавать звук мастеру воскового диска, который будет гальванизирован и использован для штамповки копий. . Эта система привела к некоторому снижению точности и грохоту, но относительно качественному звуку. Записи Edison Diamond Disc были сделаны путем записи непосредственно на восковой мастер-диск.

Фрезерные станки

Небольшой фрезерный станок с пантографом.
Деталь стола большого фрезерного станка с пантографом.

До появления таких технологий управления, как числовое программное управление (ЧПУ и ЧПУ) и программируемое логическое управление (ПЛК), дублирующиеся детали, фрезеруемые на фрезерном станке, не могли отображать их контуры путем перемещения фрезы в режиме «подключи-то- точки »(« по номерам ») мода. Единственный способ контролировать движение режущего инструмента - это набирать положение вручную, используя ловкие навыки (с естественными ограничениями на человеческую точность и прецизионность ), или каким-то образом прослеживать кулачок, шаблон или модель и иметь резак имитируйте движение копировального стилуса. Если фрезерная головка была установлена ​​на пантографе, дублирующую деталь можно было вырезать (и в различных масштабах увеличения, кроме 1: 1), просто отслеживая шаблон. (Сам шаблон обычно создавался изготовителем инструментов и штампов с использованием методов инструментальной мастерской , включая фрезерование посредством набора номера с последующей ручной лепкой с помощью напильников и / или шлифовальных головок.) По сути, это была та же концепция, что и воспроизведение документов с помощью пантографа с ручкой. , но применяется для обработки твердых материалов, таких как металл, дерево или пластик. Пантограф маршрутизации , который концептуально идентичен пантограф фрезерование, также существует (как это делает маршрутизации с ЧПУ). Токарный станок Blanchard, копировальный станок, разработанный Томасом Бланшаром , использовал ту же основную концепцию.

Развитие и распространение в отрасли технологий ЧПУ, ЧПУ, ПЛК и других технологий управления обеспечили новый способ управления движением фрезы: путем подачи информации из программы в исполнительные механизмы ( сервоприводы , сельсины , ходовые винты , направляющие станка, шпиндели и т. Д. и так далее), который будет двигать резак в соответствии с указаниями. Сегодня большая часть промышленной обработки выполняется с помощью таких программируемых компьютеризированных методов. Домашние машинисты, скорее всего, будут работать с ручным управлением, но компьютеризированное управление также достигло уровня домашнего цеха (просто еще не так широко, как его коммерческие аналоги). Таким образом, фрезерные станки с пантографом во многом ушли в прошлое. Они по-прежнему используются в коммерческих целях, но их уровень значительно сокращается. Производители станков больше не строят их новыми, но небольшой рынок подержанных машин все еще существует. Что касается функции увеличения и уменьшения пантографа (с масштабом, определяемым регулируемой длиной плеча), это достигается в ЧПУ с помощью математических вычислений, что компьютер применяет к программной информации практически мгновенно. Функции масштабирования (а также функции зеркалирования) встроены в такие языки, как G-код .

Другое использование

Зеркало пантографа

Пожалуй, наиболее знакомый широкой публике пантограф - это удлинитель регулируемого настенного зеркала.

В другом приложении, аналогичном черчению, пантограф встроен в гравировальный станок с пантографом с вращающимся резаком вместо ручки и лотком на конце указателя для фиксации предварительно вырезанных буквенных пластин (называемых `` копией ''), за которым следует указатель. и, таким образом, резак через пантограф воспроизводит «копию» с соотношением, на которое были установлены рычаги пантографа. Типичный диапазон соотношения - Максимум 1: 1 Минимум 50: 1 (уменьшение). Таким образом, машинисты могут аккуратно и точно гравировать цифры и буквы на детали. Пантографы больше не используются в современной гравировке, и их предпочтение отдается компьютеризированной лазерной и ротационной гравировке.

Устройство, которое поддерживает электрический контакт с контактным проводом и передает мощность от провода к тяговому устройству , используемому в электровозах и трамваях , также называется « пантографом ».

В некоторых типах поездов в метро Нью-Йорка используются концевые пантографические ворота (которые, чтобы избежать помех, сжимаются под давлением пружины на поворотах, пока поезд находится в пути), чтобы не допустить падения пассажиров на станционных платформах или проезда в промежутках между ними. легковые автомобили.

Некоторые коммерческие автомобили имеют дворники на пантографах, чтобы лезвие могло закрывать большую часть ветрового стекла при каждом протирании.

В «детских воротах» старого стиля использовался двумерный пантографический механизм (в стиле пантографических ворот в вагонах метро) как средство удержания малышей подальше от лестниц. Проемы в этих воротах слишком велики, чтобы соответствовать современным стандартам безопасности детских ворот.

Холлерит «s „Keyboard удар“ , используемый для переписи населения США 1890 был дизайн пантографа и иногда называют„пантограф Удара“.

Устройство начала 19-го века, использующее этот механизм, - полиграф , который производит дубликат буквы по мере написания оригинала.

В церквях во многих странах (как правило, до появления современных средств защиты животных ) собачьи клыки использовали «собачьи щипцы» с пантографическим механизмом, чтобы управлять собаками на расстоянии.

Глупцы на немецких карнавалах используют ножницы-растяжки (Streckschere), также известные как Nürnberger Scissors ( de: Nürnberger Schere ), как похитители шляп, чтобы развлечь толпу.

Расширяющийся клинок Тальхоффера

Ограждения и фехтование ручной Ms.Thott.290.2º , написанные в 1459 году по Тальхоффер включает то , что , как представляется, расширяющаяся лезвие работает по тому же принципу.

В 1886 году Эдуард Селлинг запатентовал удостоенную наград вычислительную машину на основе пантографа, хотя она не имела коммерческого успеха.

Во многих мультфильмах птица в часах с кукушкой изображается вытягивающейся на пантографическом механизме, хотя в настоящих часах это бывает редко.

В раздвижных ограждениях или решетках используются складывающиеся пантографные механизмы для удобства транспортировки и хранения.

Операторы стегальных машин с длинными рукавами могут нарисовать пантограф, бумажный узор с помощью лазерной указки, чтобы вышить индивидуальный узор на квилте. За цифровыми пантографами следуют компьютеризированные машины.

Линн Бойд Бентон изобрел пантографический гравировальный станок для шрифтового дизайна, который был способен не только масштабировать шаблон дизайна одного шрифта до различных размеров, но также мог уплотнять, расширять и наклонять дизайн (математически это случаи аффинного преобразования , который является фундаментальной геометрической операцией большинства систем цифровой типографики сегодня, включая PostScript ).

Пантографы также используются в качестве направляющих рам в тяжелых условиях эксплуатации, включая ножничные подъемники , подъемно-транспортное оборудование , сценические подъемники и специальные петли (например, для панельных дверей на лодках и самолетах).

Ричард Фейнман использовал аналогию с пантографом как способ масштабирования инструментов до нанометрового масштаба в своем выступлении « На дне много места» .

Многочисленные дисплеи торговых выставок используют трехмерные пантографические механизмы для поддержки фона для выставочных стендов. Каркас расширяется в 2 направлениях (вертикальном и горизонтальном) от связки соединенных стержней до самонесущей конструкции, на которую навешивается тканевый задник.

Ультра Рука является игрушкой граббер , который использует пантограф устройство.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки