Сурет көшіруге арналған механикалық құрал: Пантограф
Pantograph
Пантограф – механикалық құрал, суреттерді көшіру және өзгерту үшін қолданылады. Трассалау арқылы нөмірлеу, үлкейту немесе кішірейту мүмкіндігі бар. Тарихы ежелгі Грецияға дейін жетеді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Суреттерді көшіру үшін қолданылатын механикалық байланыс – көшіру құралы. Пантограф (алғашқыда жазуды көшіру үшін пайдаланылған) – параллелограммдарға негізделген принцип бойынша байланыстырылған механикалық құрылғы, сондықтан бір қаламның суретті сызу кезіндегі қозғалысы екінші қаламда да сол қозғалысты қайталайды. Егер сызба бірінші нүктемен сызылса, екінші нүктеге бекітілген қаламмен сол сызбаның бірдей, үлкейтілген немесе кішірейтілген көшірмесі жасалады. Осы принципті пайдалана отырып, пантографтардың түрлі нұсқалары мүсін жасау, монета соғу, гравюра және фрезерлеу сияқты салаларда басқа да көшіру түрлері үшін қолданылады.
Mechanical linkage used for copying drawings
the duplication instrument
A pantograph (, from their original use for copying writing) is a mechanical linkage connected in a manner based on parallelograms so that the movement of one pen, in tracing an image, produces identical movements in a second pen. If a line drawing is traced by the first point, an identical, enlarged, or miniaturized copy will be drawn by a pen fixed to the other. Using the same principle, different kinds of pantographs are used for other forms of duplication in areas such as sculpting, minting, engraving, and milling.
Тарих
Ежелгі грек инженері Александриялық Герон өзінің "Механика" атты еңбегінде пантографтарды сипаттаған. 1603 жылы Кристоф Шейнер пантографты сызбаларды көшіру және масштабтау үшін пайдаланды және 27 жылдан соң "Pantographice seu Ars delineandi res quaslibet per parallelogrammum lineare seu cavum" (Рим, 1631) атты еңбегінде осы өнертабыс туралы жазды. Пантографтың бір жағында кішкентай көрсеткіш, екінші жағында сурет салу құралы болды. Көрсеткіш жағы мен сурет салу жағы арасындағы байланыстағы жақтардың орналасуын өзгерту арқылы алынған суреттің масштабын өзгертуге болады. 1821 жылы профессор Уильям Уоллес (1768–1843) пантографтың практикалық пайдалылығын арттыру үшін эйдографты ойлап тапты. Эйдограф бекітілген нүктені параллелограмның ортасына жылдырады және жақсырақ механикалық мүмкіндіктерді қамтамасыз ету үшін тар параллелограмды қолданады.
The ancient Greek engineer Hero of Alexandria described pantographs in his work Mechanics. In 1603, Christoph Scheiner used a pantograph to copy and scale diagrams, and wrote about the invention over 27 years later, in "Pantographice seu Ars delineandi res quaslibet per parallelogrammum lineare seu cavum" (Rome 1631). One arm of the pantograph contained a small pointer, while the other held a drawing implement, and by moving the pointer over a diagram, a copy of the diagram was drawn on another piece of paper. By changing the positions of the arms in the linkage between the pointer arm and drawing arm, the scale of the image produced can be changed. In 1821, Professor William Wallace (1768–1843) invented the eidograph to improve upon the practical utility of the pantograph. The eidograph relocates the fixed point to the center of the parallelogram and uses a narrow parallelogram to provide improved mechanical advantages.
Жазу
Пантограф бастапқыда сызықтарды көшіру және өлшемдерін өзгерту үшін қолданылған. Қазіргі заманғы нұсқалары техникалық ойыншықтар ретінде сатылады.
The original use of the pantograph was for copying and scaling line drawings. Modern versions are sold as technical toys.
Мүсін және монета жасау
Скульпторлар пантографтың үш өлшемді нұсқасын пайдаланады, әдетте бір жағында бекітілген нүктесі бар үлкен тіреуіш, ал осы тіреуіш бойында кездейсоқ жерлерде екі айналмалы ине орналасқан. Инелерді реттеу арқылы түрлі ұлғайту немесе кішірейту коэффициенттеріне қол жеткізуге болады. Бұл құрылғыны қазірде модельді сканерлеп, оны әртүрлі материалдардан және кез келген қажетті өлшемде шығара алатын компьютерлік басқару жүйелері ығыстырды. Оны өнертапқыш және бу машиналарын дамытушы Джеймс Уотт ойлап тапты, ал Бенджамин Шевертон 1836 жылы оны жетілдірді. Шевертонның машинасы айналмалы кескішпен жабдықталған, ол танымал мүсіндердің кішірейтілген нұсқаларын жасауға қолданылды. Үш өлшемді пантографты модель мен көшірменің орнын ауыстыру арқылы мүсінді ұлғайту үшін де қолдануға болады. Тағы бір түрі әлі күнге дейін монеталардың қажетті өлшемдеріне дейін үлкен бедерлерді кішірейту үшін қолданылып келеді.
Sculptors use a three dimensional version of the pantograph, usually a large boom connected to a fixed point at one end, bearing two rotating pointing needles at arbitrary points along this boom. By adjusting the needles different enlargement or reduction ratios can be achieved. This device, now largely overtaken by computer guided router systems that scan a model and can produce it in a variety of materials and in any desired size, was invented by inventor and steam pioneer James Watt and perfected by Benjamin Cheverton in 1836. Cheverton's machine was fitted with a rotating cutting bit to carve reduced versions of well known sculptures. A three dimensional pantograph can also be used to enlarge sculpture by interchanging the position of the model and the copy. Another version is still very much in use to reduce the size of large relief designs for coins down to the required size of the coin.
Акустикалық цилиндрдің дубликациясы
1890 жылдары – электрондық күшейткіштер пайда болғанға дейін – фонограф және граммофон дискілерінің цилиндрлерге қарағанда бір артықшылығы – көптеген дискілерді жылдам және арзан басып шығаруға болатындығы болды. 1890 жылы басты цилиндрдің көшірмелерін жасаудың жалғыз жолдары цилиндрлерді қалыптау (бұл баяу болды және бастапқыда өте нашар көшірмелерді тудырды) немесе екі фонографтың рупорларын біріктіру арқылы дыбысты акустикалық түрде көшіру, немесе екеуін резеңке түтікпен қосу (біреуі жазады, екіншісі цилиндрді ойнатады). Басты цилиндрді көшірудің орнына, тағы бір мүмкіндік – әр цилиндрді басты көшірме етіп, бірнеше граммофонға бір мезгілде, қайта-қайта орындауды жазу болды. Эдисон, Беттини, Леон Дуглас және басқалар бұл мәселені (ішінара) кескіш және ойнату стилустарын механикалық түрде байланыстыру арқылы және цилиндрдің «жыртылған» жолдарының (hill and dale) механикалық көшірмесін жасау арқылы шешті. Қалыптау жақсарған кезде, қалыпталған цилиндрлер пантографтық мастерлер ретінде қолданылды. Бұл әдісті Эдисон мен Колумбия 1898 жылы қолданды және 1902 жылдың қаңтарына дейін қолданылды (осыдан кейін Колумбияның қоңыр балауыздары қалыпталған). Нью-Джерси штатының Ньюарк қаласындағы АҚШ Фонограф компаниясы сияқты кейбір компаниялар кіші компанияларға цилиндр мастерлерін ұсынды, олар оларды кейде пантографиялық түрде көшіре алатын. Пантографтар күніне шамамен 30 жазба шығарып, бір мастерден 150 жазбаға дейін жасауға қабілетті болды. Теория бойынша, мастер мен көшірме кері бағытта жұмыс істесе және жазба кері бағытта көшірілсе, пантографтық мастерлерді 200 немесе 300 көшірме үшін пайдалануға болады. Теория бойынша, бұл пантографтық мастердің пайдалы өмірін ұзартуға болады, өйткені жазбаның тозыққан бөлігін көшіру үшін пайдалануға болады. Pathé осы жүйені 1923 жылға дейін тік кесілген жазбаларын жасауда қолданды; жоғары жылдамдықпен айналатын басты цилиндрге жазу жүргізілді. Бұл цилиндрдің дыбысы күшті және өте жоғары сапалы болды. Содан кейін цилиндр дубликациялық пантографтың осіне орналастырылды, оны рычагтың ұшындағы стилуспен ойнатты, ол дыбысты балауыз дискіге берді, одан кейін электропликация жасалып, көшірмелерді басып шығару үшін пайдаланылды. Бұл жүйе дыбыстың сапасының төмендеуіне және гулға (rumble) әкелді, бірақ салыстырмалы түрде жоғары сапалы дыбысқа қол жеткізді. Edison Diamond Disc Records тікелей балауыз дискіге жазу арқылы жасалды.
One advantage of phonograph and gramophone discs over cylinders in the 1890s—before electronic amplification was available—was that large numbers of discs could be stamped quickly and cheaply. In 1890, the only ways of manufacturing copies of a master cylinder were to mold the cylinders (which was slow and, early on, produced very poor copies), or to acoustically copy the sound by placing the horns of two phonographs together or to hook the two together with a rubber tube (one phonograph recording and the other playing the cylinder back). Instead of copying a master cylinder, the other alternative was to record a performance to multiple gramophones simultaneously, over and over again, making each cylinder a master copy. Edison, Bettini, Leon Douglass and others solved this problem (partly) by mechanically linking a cutting stylus and a playback stylus together and copying the "hill and dale" grooves of the cylinder mechanically. When molding improved somewhat, molded cylinders were used as pantograph masters. This was employed by Edison and Columbia in 1898, and was used until about January 1902 (Columbia brown waxes after this were molded). Some companies like the United States Phonograph Company of Newark, New Jersey, supplied cylinder masters for smaller companies so that they could duplicate them, sometimes pantographically. Pantographs could turn out about 30 records per day and produce up to about 150 records per master. In theory, pantograph masters could be used for 200 or 300 duplicates if the master and the duplicate were running in reverse and the record would be duplicated in reverse. This, in theory, could extend the usability of a pantograph master by using the unworn/lesser worn part of the recording for duplication. Pathé employed this system with mastering their vertically cut records until 1923; a , master cylinder, rotating at a high speed, would be recorded on. This was done as the resulting cylinder was considerably loud and of very high fidelity. Then, the cylinder would be placed on the mandrel of a duplicating pantograph that would be played with a stylus on the end of a lever, which would transfer the sound to a wax disc master, which would be electroplated and be used to stamp copies out. This system resulted in some fidelity reduction and rumble, but relatively high quality sound. Edison Diamond Disc Records were made by recording directly onto the wax master disc.
Фрезерлік машиналар
Сандық басқару (NC және CNC) және бағдарламалық логикалық басқару (PLC) сияқты басқару технологиялары пайда болғанға дейін, фрезерлік станокта өңделетін бірдей бөлшектердің контурларын фрезерді "нүктелерді қосу" ("сандар бойынша") әдісімен жылдырып, картаға түсіру мүмкін болмады. Кесу құралының қозғалысын басқарудың жалғыз жолы – тәжірибелі шеберлікпен қолмен орнату (адамның дәлдігі мен нақтылығының табиғи шектерімен) немесе белгілі бір жолмен камушканы, шаблонды немесе модельді іздеу және кескіштің іздеу стилусының қозғалысын қайталау болды. Егер фрезерлік басы пантографқа орнатылса, 1:1 қатынастан өзгеше түрлі масштабтарда да бірдей бөлшекті (тек үлгіні іздеу арқылы) кесуге болар еді. (Мұндай үлгі әдетте құрал-саймандар жасаушылармен құралдық әдістерді қолдана отырып жасалған, оның ішінде дискілік фрезерлеу және кейін файлдармен немесе тозаңдау таспен қолмен өңдеу). Бұл, металл, ағаш немесе пластик сияқты қатты материалдарды өңдеуге қолданылатын, қаламмен жабдықталған пантограф көмегімен құжаттарды көшірудің ұқсас принципі еді. Пантографты бағыттау, пантографты фрезерлеумен ұғымдық тұрғыдан бірдей, сондай-ақ CNC бағыттау да бар. Томас Бланшард жасаған көшірмелік токарлық станок Бланшард станогы да осы принципті қолданды. NC, CNC, PLC және басқа да басқару технологияларының өндірісте дамуы мен таралуы фрезерлік кескіштің қозғалысын басқарудың жаңа тәсілін ұсынды: бағдарламадан берілген ақпарат арқылы іске қосу механизмдеріне (сервомоторлар, селсин, винттік берілістер, станок жылжымалы бөліктері, шпиндельдер және т.б.) сигнал беру арқылы. Бүгінде коммерциялық өңдеудің көп бөлігі осындай бағдарламаланатын, компьютерлік әдістермен жүзеге асырылады. Жеке станоктармен айналысатындар көбінесе қолмен басқаруды пайдаланады, бірақ компьютерлік басқару да үй жағдайына жетті (әзірге ол коммерциялық аналогтарындай кең таралмаған). Осылайша пантографты фрезерлеу станоктары көбінесе өткеннің қалың іздеріне айналды. Олар әлі де коммерциялық мақсатта қолданылады, бірақ олардың саны азайып, олардың қолданылуы шектелген. Станок жасаушы компаниялар енді оларды жаңадан шығармайды, бірақ қолданылған станоктарға сұраныс әлі де бар. Пантографтың масштабтау мүмкіндігіне келетін болсақ (өлшемі реттелетін иілімдермен анықталады), CNC-де бұл компьютердің бағдарламалық ақпаратқа дерлік бірден қолданатын математикалық есептеулер арқылы жүзеге асырылады. Масштабтау функциялары (сондай-ақ көшіру функциялары) G-коды сияқты тілдерге енгізілген.
Before the advent of control technologies such as numerical control (NC and CNC) and programmable logic control (PLC), duplicate parts being milled on a milling machine could not have their contours mapped out by moving the milling cutter in a "connect the dots" ("by the numbers") fashion. The only ways to control the movement of the cutting tool were to dial the positions by hand using dexterous skill (with natural limits on a human's accuracy and precision) or to trace a cam, template, or model in some way, and have the cutter mimic the movement of the tracing stylus. If the milling head was mounted on a pantograph, a duplicate part could be cut (and at various scales of magnification besides 1:1) simply by tracing a template. (The template itself was usually made by a tool and die maker using toolroom methods, including milling via dialing followed by hand sculpting with files and/or die grinder points.) This was essentially the same concept as reproducing documents with a pen equipped pantograph, but applied to the machining of hard materials such as metal, wood, or plastic. Pantograph routing, which is conceptually identical to pantograph milling, also exists (as does CNC routing). The Blanchard lathe, a copying lathe developed by Thomas Blanchard, used the same essential concept. The development and dissemination throughout industry of NC, CNC, PLC, and other control technologies provided a new way to control the movement of the milling cutter: via feeding information from a program to actuators (servos, selsyns, leadscrews, machine slides, spindles, and so on) that would move the cutter as the information directed. Today most commercial machining is done via such programmable, computerized methods. Home machinists are likely to work via manual control, but computerized control has reached the home shop level as well (it is just not yet as pervasive as its commercial counterparts). Thus pantograph milling machines are largely a thing of the past. They are still in commercial use, but at a greatly reduced and ever dwindling level. They are no longer built new by machine tool builders, but a small market for used machines still exists. As for the magnification and reduction feature of a pantograph (with the scale determined by the adjustable arm lengths), it is achieved in CNC via mathematic calculations that the computer applies to the program information practically instantaneously. Scaling functions (as well as mirroring functions) are built into languages such as G code.
Басқа қолданыстар
Жазуға ұқсас тағы бір қолданбада пантограф гравировка машинасына қаламның орнына айналатын кескішпен және алдын ала кесілген әріпті тақталарды бекіту үшін (копия деп аталады) сілтемеші ұшында табақшамен біріктіріледі. Сонда сілтемеші осы "копияны" қадағалап, кескіш пантограф арқылы пантограф қолдары орнатылған қатынаста қайта жасайды. Типик қатынас диапазоны: Максималды 1:1, Минималды 50:1 (қайта өлшемдеу). Осылайша, машина жасаушылар бөлшектерге сандар мен әріптерді таза және дәл гравировкалай алады. Қазіргі заманғы гравировкада пантографтар жиі қолданылмайды, олардың орнына компьютерлік лазерлік және роторлық гравировка қолданылады. Электр локомотивтері мен трамвайларда контактілік сыммен электр байланысын қамтамасыз ететін және сымнан қуатты тарту блогына жеткізетін құрылғы да "пантограф" деп аталады. Герман Холлериттің 1890 жылғы АҚШ халық санағы үшін қолданған "Пернетақталық перфораторы" пантограф дизайнында жасалған және кейде "Пантограф перфораторы" деп аталды. 19 ғасырдың басында осы механизмді қолданған құрылғы – полиграф, ол жазылған мәтіннің көшірмесін шығарады. 1886 жылы Эдуард Селинг пантограф негізіндегі есептеу машинасына патент алды, бірақ ол коммерциялық сәттілікке жете алмады. Ұзын қолды тігіш машиналарын операторлары лазерлік нұсқаушымен пантографты немесе қағаз үлгіні қадағалап, матаға арнайы тігіс үлгісін түсіре алады. Цифрлық пантографтар компьютерлік машиналармен басқарылады. Линн Бойд Бентон әріптерді дизайн үшін пантографиялық гравировка машинасы ойлап тапты, ол бір әріп дизайнының үлгісін түрлі өлшемдерге дейін өзгерте алатын болды, сонымен қатар дизайнды жинақылауға, кеңейтуге және көлбеуге мүмкіндік берді (математикалық тұрғыдан алғанда, бұл аффиндік түрлендірулер болып табылады, бұл қазіргі цифрлық типографияның, соның ішінде PostScript-тің негізгі геометриялық операциясы). Ричард Фейнман "Төменде орын жеткілікті" атты лекциясында құралдарды нанометрлік деңгейге дейін кішірейтудің аналогы ретінде пантографты пайдаланды.
In another application similar to drafting, the pantograph is incorporated into a pantograph engraving machine with a revolving cutter instead of a pen, and a tray at the pointer end to fix precut lettered plates (referred to as 'copy'), which the pointer follows and thus the cutter, via the pantograph, reproduces the 'copy' at a ratio to which the pantograph arms have been set. The typical range of ratio is Maximum 1:1 Minimum 50:1 (reduction) In this way machinists can neatly and accurately engrave numbers and letters onto a part. Pantographs are no longer commonly used in modern engraving, with computerized laser and rotary engraving taking favor. The device which maintains electrical contact with the contact wire and transfers power from the wire to the traction unit, used in electric locomotives and trams, is also called a "pantograph". Herman Hollerith's "Keyboard punch" used for the 1890 U. S. Census was a pantograph design and sometimes referred to as "The Pantograph Punch". An early 19th century device employing this mechanism is the polygraph, which produces a duplicate of a letter as the original is written. In 1886, Eduard Selling patented a prize winning calculating machine based on the pantograph, although it was not commercially successful. Longarm quilting machine operators may trace a pantograph, paper pattern, with a laser pointer to stitch a custom pattern onto the quilt. Digitized pantographs are followed by computerized machines. Linn Boyd Benton invented a pantographic engraving machine for type design, which was capable not only of scaling a single font design pattern to a variety of sizes, but could also condense, extend, and slant the design (mathematically, these are cases of affine transformation, which is the fundamental geometric operation of most systems of digital typography today, including PostScript). Richard Feynman used the analogy of a pantograph as a way of scaling down tools to the nanometer scale in his talk There's Plenty of Room at the Bottom.