Пантограф - Pantograph
А пантограф (Греческие корни παντ- «все, каждый» и γραφ- «писать», от их первоначального использования для копирования письма) - это механическая связь связаны способом, основанным на параллелограммы так что движение одного пера при обведении изображения вызывает идентичные движения во втором пере. Если линия обведена 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 конструкции, которая может сжиматься или расширяться, как аккордеон, образуя характеристику ромбовидный шаблон. Это можно найти в удлинителях для настенных зеркал, временных ограждений, ножничные подъемники, и другие ножничные механизмы такой как пантограф используется на электровозах и трамваях.
История
Древнегреческий инженер Герой Александрии в своей работе «Механика» описал пантографы.[1]
В 1603 г.[2] Кристоф Шайнер использовал пантограф для копирования и масштабирования диаграмм и написал об изобретении более 27 лет спустя в «Пантографика» (Рим 1631 г.).[3]Одно плечо пантографа содержало небольшой указатель, а другое - инструмент для рисования, и при перемещении указателя по диаграмме копия диаграммы была нарисована на другом листе бумаги. Путем изменения положений плеч в соединении между стрелкой указателя и рукой рисования можно изменить масштаб создаваемого изображения.
В 1821 году профессор Уильям Уоллес (1768–1843) изобрел эйдограф, чтобы улучшить практическую полезность пантографа.[4] Эйдограф перемещает фиксированную точку в центр параллелограмма и использует узкий параллелограмм для обеспечения улучшенных механических преимуществ.
Использует
Черчение
Первоначально пантограф использовался для копирования и масштабирование линейные рисунки. Современные версии продаются как игрушки.
Скульптура и чеканка
Скульпторы используют трехмерную версию пантографа,[5] обычно большая стрела, соединенная с фиксированной точкой на одном конце, несущая две вращающиеся иглы-указатели в произвольных точках вдоль этой стрелы. Регулируя иглы, можно добиться различных коэффициентов увеличения или уменьшения. Это устройство, которое сейчас в значительной степени превзошло управляемый компьютером маршрутизатор системы, которые сканировать а модель и может производить его из различных материалов и любого желаемого размера,[6] был изобретен изобретателем и пионером пара Джеймс Ватт (1736–1819) и усовершенствованный Бенджамин Чевертон (1796–1876) в 1836 году. Машина Чевертона была оснащена вращающейся режущей головкой для вырезания уменьшенных версий известных скульптур.[7] Трехмерный пантограф также можно использовать для увеличения скульптуры, поменяв местами модель и копию.[8][9]
Другая версия все еще широко используется для уменьшения размера больших облегчение дизайн для монеты до необходимого размера монеты.[10]
Дублирование акустического цилиндра
Одно преимущество фонограф и диски граммофона поверх цилиндров в 1890-х годах - до появления электронного усиления - заключалась в том, 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), запись цилиндров по "кругу", снова и снова, или акустическая запись. скопируйте звук, сложив вместе рожки двух фонографов или зацепив их вместе резиновой трубкой (один записывает фонограф, а другой воспроизводит цилиндр). Эдисон, Беттини, Леон Дуглас и другие решили эту проблему (частично) за счет механического соединения режущего иглы и воспроизводящего иглы вместе и механического копирования канавок цилиндра с уклоном на холмы. Когда формовка несколько улучшилась, в качестве мастеров пантографов стали использовать формованные цилиндры. Этим воспользовались Эдисон и Колумбия в 1898 г. и использовался примерно до января 1902 г. (после этого были отформованы коричневые воски Columbia). Некоторым компаниям нравится США Фонограф Ко. из Ньюарк, Нью-Джерси, поставляла 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 мастер-пантограф может использоваться для 200 или 300 дубликатов, если мастер и дубликат работают в обратном порядке, а запись будет дублироваться в обратном порядке. Теоретически это могло бы расширить возможности мастера пантографа за счет использования неизношенной / менее изношенной части записи для копирования. Pathé использовали эту систему для мастеринга своих вертикально вырезанных пластинок 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 на мастер-диск с восковым диском, который будет гальванизирован и использован для штамповки копий. . Эта система привела к некоторому снижению точности и грохоту, но относительно качественному звуку. Эдисон Даймонд Диск Рекорды были сделаны путем записи напрямую на восковой мастер-диск.
Фрезерные станки
До появления таких технологий управления, как числовое управление (ЧПУ и ЧПУ) и программируемое логическое управление (PLC), дублирующие детали фрезеруются на фрезерный станок нельзя было нанести их контуры, перемещая фреза по принципу «соединить точки» («по номерам»). Единственный способ контролировать движение режущего инструмента - это набирать положение вручную, используя ловкие навыки (с естественными ограничениями для человеческого тщательность и точность ) или для отслеживания кулачка, шаблона или модели каким-либо образом, а резак имитирует движение копирующего иглы. 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 делался инструмент и штамп с помощью мастерская методы, в том числе фрезерование набором с последующей ручной лепкой с файлы и / или умирают шлифовальный станок По сути, это была та же концепция, что и воспроизведение документов с помощью пантографа с ручкой, но применительно к механическая обработка из твердых материалов, таких как металл, дерево или пластик. Пантограф маршрутизация, который концептуально идентичен фрезерованию пантографом, также существует (как и фрезерование с ЧПУ). Токарный станок Blanchard, а копировально-токарный станок разработки Томаса Бланшара, использовал ту же самую важную концепцию.
Развитие и распространение в отрасли технологий ЧПУ, ЧПУ, ПЛК и других технологий управления предоставили новый способ управления движением фрезы: путем передачи информации из программы в исполнительные механизмы (сервоприводы, сельсины, винты, машинные направляющие, шпиндели и т. д.), чтобы резак перемещался в соответствии с указаниями. Сегодня большая часть промышленной обработки выполняется с помощью таких программируемых компьютеризированных методов. Домашние машинисты, вероятно, 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 остались в прошлом. Они по-прежнему используются в коммерческих целях, но их количество значительно сокращается и становится все меньше. 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
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 передаточного отношения: Максимум 1: 1 Минимум 50: 1 (уменьшение) Таким образом, машинисты могут аккуратно и точно выгравировать цифры и буквы на детали. Пантографы больше не используются в современной гравировке, и их предпочтение отдается компьютеризированной лазерной и ротационной гравировке.
Устройство, поддерживающее электрический контакт с контактный провод и передает мощность от провода к тяговый агрегат, используется в электровозы и трамваи, также называется "пантограф ".
Некоторые виды поездов на Метро Нью-Йорка используйте концевые пантографные 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 вагонами.
Немного коммерческие автомобили имеют дворники на пантографах, чтобы лезвие закрыло большую часть ветрового стекла при каждом протирании.
В «детских воротах» старого стиля использовался двухмерный пантографический механизм (в стиле пантографических ворот в вагонах метро) как средство удержания малышей от лестниц. Проемы в этих воротах слишком велики, чтобы соответствовать современным стандартам безопасности детских ворот.
Герман Холлерит с «Удар по клавиатуре» используется для Перепись населения США 1890 г. был конструкцией пантографа и иногда упоминался как «Пантографический удар».[11]
Устройство начала 19 века, использующее этот механизм, - полиграф, который создает дубликат буквы по мере написания оригинала.
В церквях многих стран (как правило, до забота о животных ), козлы для собак использовали «собачьи щипцы» с пантографическим механизмом для управления собаками на расстоянии.
Дураки по-немецки карнавалы использовать ножницы для растяжки ("Streckschere"), он же Ножницы Nürnberger (de: Nürnberger Schere ) в качестве похитители шляп развлекать толпу.
В ограждение и фехтование руководство Ms.Thott.290.2º написано в 1459 г. Ганс Тальхоффер включает в себя то, что выглядит как выдвижное лезвие, работающее по тому же принципу.
В 1886 г. Эдуард Продам запатентовал отмеченную наградой вычислительную машину на основе пантографа, хотя она не имела коммерческого успеха.[12]
Во многих мультфильмы, птица в часы с кукушкой изображен как расширяющийся на механизме пантографа, хотя в реальных часах это бывает редко.
Расширение заборы или же решетки использовать складные пантографные механизмы, для удобства транспортировки и хранения.
Выстегивание с длинными рукавами Операторы станков могут отследить пантограф, бумажный узор с помощью лазерной указки, чтобы вышить индивидуальный узор на квилте.[нужна цитата ] За цифровыми пантографами следуют компьютеризированные машины.[нужна цитата ]
Линн Бойд Бентон изобрел пантографический гравировальный станок для шрифтового дизайна,[13] который был способен не только масштабировать один шаблон дизайна шрифта до различных размеров, но также мог сжимать, расширять и наклонять дизайн (математически это случаи аффинное преобразование, которая является фундаментальной геометрической операцией большинства систем цифровой типографики сегодня, включая PostScript ).[нужна цитата ]
Пантографы также используются в качестве направляющих рам в тяжелых условиях, включая ножничные подъемники, подъемно-транспортное оборудование, сценические лифты и специальные петли (например, для панельных дверей на лодках и самолетах).
Ричард Фейнман в своем выступлении использовал аналогию с пантографом как способ масштабирования инструментов до нанометрового масштаба. Внизу 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.[14]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Чеккарелли, Марко (2007). Выдающиеся деятели механики и машиноведения: их вклад и наследие. Springer. п. 230. ISBN 978-1-4020-6366-4.
- ^ Ван Хелден, Альберт (1995). "Проект Галилео - Шайнер, Кристоф" (история) ". Проект Галилео, Университет Райса. В архиве из оригинала от 9 июля 2004 г.. Получено 24 марта 2020.
Между 1603 и 1605 годами он изобрел пантограф, инструмент для копирования планов в любом масштабе. Он изобрел машина helioscopique что позволило проводить измерения, особенно солнечных пятен
- ^ Полное название «Пантографика» является "Pantographice seu Ars delineandi res quaslibet per parallelogrammum lineare seu cavum" (Рим 1631 г.).
- ^ «Труды Эдинбургского королевского общества. - Эдинбург, Диксон 1788–1905». Сделки Королевского общества Эдинбурга. Диксон. 13: 418–439, 637. 1836.
Пантограф не имеет недостатков в своих геометрических принципах, но, рассматриваемый как инструмент для практики, он ни в коем случае не идеален. Он состоит из металлических стержней, вращающихся вокруг пяти центров; он поддерживается шестью роликами, которые также вращаются по центрам и постоянно меняют свое направление при движении по бумаге; и когда инструмент используется, сила, изменяющая его форму, в некоторых положениях прикладывается под наклоном и, таким образом, действует в невыгодном положении. Летом 1821 года мое внимание было направлено на копирование инструментов. Я обнаружил, что тогда использовался только пантограф, и принял решение попытаться изобрести новый инструмент, который не должен иметь недостатков. … Эйдограф был показан (так в оригинале) каждому гениальному человеку, приходившему ко мне с 1821 года,
- ^ "Неоконченная симфония в камне: видео со скульптором К.С. Джаггером, использующим трехмерный пантограф". Британский патэ. 28 января 1935 г. 1 мин. 7 секунд. Получено 24 марта 2020.
Деревянный каркас, приближенный к пропорциям, был построен с помощью этого оригинального типа пантографа, который передал очертания модели четвертичного размера ... Тогда Г-н Джаггер пантограф снова заработал. Каждый маленький контур из предыдущей модели был перенесен штифтами, вставленными в большую модель на их правильной и различной высоте.
- ^ Кастро, Ян Гарден (январь – февраль 2003 г.). «Создание личного монументала: разговор с Патрисией Кронин». Скульптура. Международный центр скульптуры. 22 (1). В архиве из оригинала на 1 октября 2019 г.. Получено 23 августа 2017.
[Мы] изготовили эту деталь, используя новейшую цифровую технологию, пятиосевой фрезерный станок в Johnson Atelier в Мерсервилле, штат Нью-Джерси. Специально для того, чтобы вырезать это изделие, они купили в Милане совершенно новый станок - это второй станок, построенный в мире. Машины называются ЧПУ - резьбовые станки с ЧПУ. Сочетание технологий 21 века с мрамором ..., мы отсканировали мою гипс в масштабе две трети, чтобы запрограммировать фрезерный станок на выполнение сложной резьбы.
- ^ «Человек, уменьшивший мраморную скульптуру - WriteAntiques». writeantiques.com. Архивировано из оригинал 23 августа 2017 г.. Получено 23 августа 2017.
- ^ «Увеличение и уменьшение скульптуры». www.keropiansculpture.com. Получено 23 августа 2017.
- ^ «Увеличение копии Статуи Свободы (французский язык) с помощью 3D-пантографа с колесом сканирования и режущей кромкой, в глине». Архивировано из оригинал 16 июля 2004 г.. Получено 23 августа 2017.
- ^ Андроулакис, Иоаннис. «Дизайн и чеканка монет». www.fleur-de-coin.com. Получено 23 августа 2017.
- ^ Трусделл, Леон Э. (1965). Развитие табулирования перфокарт в Бюро переписи: 1890-1940 гг.. GPO США.
- ^ Продам Э. (1887). Eine neue Rechenmaschine. Берлин: Springer. Дои:10.3931 / e-rara-18446.
- ^ Стоимость, Патрисия. (2011). Бентоны: как американские отец и сын изменили полиграфическую промышленность. Рочестер, штат Нью-Йорк. ISBN 978-1-933360-42-3.
- ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2013-01-16. Получено 2013-05-01.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)