Пантограф (от греч. παντ- ' весь, каждый' и γραφ- 'писать', от их первоначального использования для копирования письма) представляет собой механическую связь, соединенную способом, основанным на параллелограммах, так что движение одного пера, при обводке изображения, производит идентичные движения во втором пере. Если линейный рисунок обводится первой точкой, идентичная, увеличенная или уменьшенная копия будет нарисована пером, закрепленным на другом. Используя тот же принцип, различные виды пантографов используются для других форм копирования в таких областях, как скульптура , чеканка , гравировка и фрезеровка .
Древнегреческий инженер Герон Александрийский описал пантографы в своем труде «Механика» . [1]
В 1603 году [2] Кристоф Шайнер использовал пантограф для копирования и масштабирования диаграмм и написал об этом изобретении более 27 лет спустя в "Pantographice seu Ars delineandi res quaslibet per parallelogrammum lineare seu cavum" (Рим, 1631). Одна рука пантографа содержала небольшой указатель, в то время как другая держала чертежный инструмент, и, перемещая указатель по диаграмме, копия диаграммы рисовалась на другом листе бумаги. Изменяя положения рычагов в соединении между указателем и чертежным рычагом, можно изменять масштаб создаваемого изображения.
В 1821 году профессор Уильям Уоллес (1768–1843) изобрел эйдограф, чтобы улучшить практическую полезность пантографа. [3] Эйдограф перемещает фиксированную точку в центр параллелограмма и использует узкий параллелограмм для обеспечения улучшенных механических преимуществ.
Первоначально пантограф использовался для копирования и масштабирования линейных чертежей . Современные версии продаются как технические игрушки.
Скульпторы используют трехмерную версию пантографа, [4] обычно большую стрелу, соединенную с фиксированной точкой на одном конце, несущую две вращающиеся направляющие иглы в произвольных точках вдоль этой стрелы. Регулируя иглы, можно добиться различных коэффициентов увеличения или уменьшения. Это устройство, в настоящее время в значительной степени замененное компьютерными системами фрезерования , которые сканируют модель и могут производить ее из различных материалов и в любом желаемом размере, [5] было изобретено изобретателем и пионером паровой техники Джеймсом Уаттом и усовершенствовано Бенджамином Чевертоном в 1836 году. Машина Чевертона была оснащена вращающейся режущей головкой для вырезания уменьшенных версий известных скульптур. [6] Трехмерный пантограф также можно использовать для увеличения скульптуры, меняя положение модели и копии. [7] [8]
Другая версия до сих пор широко используется для уменьшения размера крупных рельефных рисунков на монетах до требуемого размера монеты. [9]
Одним из преимуществ фонографических и граммофонных дисков по сравнению с цилиндрами в 1890-х годах — до появления электронного усиления — было то, что можно было быстро и дешево штамповать большое количество дисков. В 1890 году единственными способами изготовления копий главного цилиндра были формовка цилиндров (что было медленно и поначалу давало очень плохие копии) или акустическое копирование звука путем размещения рупоров двух фонографов вместе или соединение их вместе резиновой трубкой (один фонограф записывает, а другой воспроизводит цилиндр). Вместо копирования главного цилиндра другой альтернативой была одновременная запись исполнения на несколько граммофонов, снова и снова, делая каждый цилиндр мастер-копией. Эдисон , Беттини , Леон Дуглас и другие решили эту проблему (частично), механически связав режущую иглу и воспроизводящую иглу вместе и механически скопировав канавки «холмов и долин» цилиндра. Когда формовка несколько улучшилась, формованные цилиндры стали использоваться в качестве мастер-пленок пантографа. Это было использовано Эдисоном и Колумбией в 1898 году и использовалось примерно до января 1902 года (после этого формовались воски Columbia brown). Некоторые компании, такие как United States Phonograph Company из Ньюарка, штат Нью-Джерси , поставляли мастер-пленки цилиндров для небольших компаний, чтобы они могли их дублировать, иногда пантографически. Пантографы могли выпускать около 30 пластинок в день и производить до 150 пластинок на одну мастер-пленку. Теоретически мастер-пленки пантографа можно было использовать для 200 или 300 дубликатов, если мастер и дубликат работали в обратном направлении, и запись дублировалась в обратном направлении. Это, теоретически, могло расширить возможности использования мастер-пленки пантографа, используя неизношенную/менее изношенную часть записи для дублирования. Пате использовал эту систему для мастеринга своих вертикально нарезанных пластинок до 1923 года; мастер-цилиндр диаметром 5 дюймов (130 мм), длиной 4 или 6 дюймов (100 или 150 мм), вращающийся с высокой скоростью, записывался. Это было сделано, поскольку полученный цилиндр был довольно громким и имел очень высокую точность. Затем цилиндр помещался на оправку дублирующего пантографа, который приводился в действие иглой на конце рычага, которая передавала звук на восковой мастер-диск, который покрывался гальваническим способом и использовался для штамповки копий. Эта система приводила к некоторому снижению точности и грохоту, но относительно высокому качеству звука. Пластинки Edison Diamond Disc изготавливались путем записи непосредственно на восковой мастер-диск.
До появления технологий управления, таких как числовое управление (ЧПУ и ЧПУ) и программируемое логическое управление (ПЛК), контуры повторяющихся деталей, фрезеруемых на фрезерном станке, не могли быть нанесены на карту путем перемещения фрезы в режиме «соедини-точки» («по-числам»). Единственными способами управления движением режущего инструмента были набор позиций вручную с использованием ловкого навыка (с естественными ограничениями точности и аккуратности человека ) или прослеживание кулачка, шаблона или модели каким-либо образом и имитация резцом движения прослеживающего стилуса. Если фрезерная головка была установлена на пантографе, повторяющуюся деталь можно было вырезать (и в различных масштабах увеличения, кроме 1:1), просто прослеживая шаблон. (Сам шаблон обычно изготавливался изготовителем инструментов и штампов с использованием методов инструментального цеха , включая фрезерование с помощью набора с последующей ручной лепкой напильниками и/или наконечниками шлифовального станка .) По сути, это была та же концепция, что и воспроизведение документов с помощью пантографа, оснащенного ручкой, но применяемая к обработке твердых материалов, таких как металл, дерево или пластик. Также существует фрезерование с помощью пантографа , которое концептуально идентично фрезерованию с помощью пантографа (как и фрезерование с ЧПУ). Токарный станок Blanchard, копировальный токарный станок, разработанный Томасом Бланшаром , использовал ту же основную концепцию.
Развитие и распространение в промышленности ЧПУ, ЧПУ, ПЛК и других технологий управления предоставило новый способ управления движением фрезы: посредством подачи информации из программы на исполнительные механизмы ( сервоприводы , сельсины , ходовые винты , салазки станка, шпиндели и т. д.), которые будут перемещать фрезу в соответствии с указаниями информации. Сегодня большая часть коммерческой обработки выполняется с помощью таких программируемых, компьютеризированных методов. Домашние станочники, скорее всего, будут работать с помощью ручного управления, но компьютеризированное управление также достигло уровня домашней мастерской (оно пока не так распространено, как его коммерческие аналоги). Таким образом, фрезерные станки с пантографом в значительной степени ушли в прошлое. Они все еще используются в коммерческих целях, но на значительно сокращенном и постоянно сокращающемся уровне. Они больше не строятся новыми станкостроителями, но небольшой рынок подержанных станков все еще существует. Что касается функции увеличения и уменьшения пантографа (масштаб которого определяется регулируемыми длинами рычагов), то в ЧПУ она достигается посредством математических расчетов, которые компьютер применяет к программной информации практически мгновенно. Функции масштабирования (а также функции зеркалирования) встроены в такие языки, как G-код .
В другом приложении, похожем на черчение, пантограф встроен в гравировальный станок с вращающимся резаком вместо ручки и лотком на конце указателя для фиксации предварительно вырезанных буквенных пластин (называемых «копией»), за которыми следует указатель, и таким образом резак через пантограф воспроизводит «копию» в соотношении, на которое были установлены рычаги пантографа. Типичный диапазон соотношения составляет максимум 1:1, минимум 50:1 (уменьшение). Таким образом, станочники могут аккуратно и точно гравировать цифры и буквы на детали. Пантографы больше не используются в современной гравировке, предпочтение отдается компьютеризированной лазерной и ротационной гравировке.
Устройство, поддерживающее электрический контакт с контактным проводом и передающее электроэнергию от провода к тяговому органу , используемое в электровозах и трамваях , также называется « токоприемником ».
«Клавиатурный перфоратор» Германа Холлерита, использовавшийся для переписи населения США 1890 года, представлял собой конструкцию пантографа и иногда назывался «Пантографическим перфоратором». [10]
Устройство начала XIX века, использующее этот механизм, — полиграф , который создает копию письма по мере написания оригинала.
В 1886 году Эдуард Селлинг запатентовал удостоенную награды счетную машину на основе пантографа, хотя она и не имела коммерческого успеха. [11]
Операторы стегальных машин с длинной рукояткой могут обводить пантограф, бумажный шаблон, лазерной указкой, чтобы вышить индивидуальный узор на одеяле. [ необходима цитата ] За цифровыми пантографами следуют компьютеризированные машины. [ необходима цитата ]
Линн Бойд Бентон изобрел пантографический гравировальный станок для дизайна шрифтов [12], который был способен не только масштабировать один шаблон дизайна шрифта до различных размеров, но также мог сжимать, расширять и наклонять дизайн (математически это случаи аффинного преобразования , которое является фундаментальной геометрической операцией большинства систем цифровой типографики сегодня, включая PostScript ). [13]
Ричард Фейнман в своей речи « Внизу много места » использовал аналогию с пантографом как способом уменьшения размеров инструментов до нанометрового диапазона .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )