Un pantógrafo (del griego παντ- 'todo, cada' y γραφ- 'escribir', por su uso original para copiar escritura) es un enlace mecánico conectado de manera basada en paralelogramos de modo que el movimiento de una pluma, al trazar una imagen, produce movimientos idénticos en una segunda pluma. Si se traza un dibujo lineal con el primer punto, una copia idéntica, ampliada o miniaturizada se dibujará con una pluma fijada a la otra. Utilizando el mismo principio, se utilizan diferentes tipos de pantógrafos para otras formas de duplicación en áreas como la escultura , la acuñación , el grabado y el fresado .
El antiguo ingeniero griego Herón de Alejandría describió los pantógrafos en su obra Mecánica . [1]
En 1603, [2] Christoph Scheiner utilizó un pantógrafo para copiar y escalar diagramas, y escribió sobre la invención más de 27 años después, en "Pantographice seu Ars delineandi res quaslibet per parallelogrammum lineare seu cavum" (Roma 1631). Un brazo del pantógrafo contenía un pequeño puntero, mientras que el otro sostenía un instrumento de dibujo, y al mover el puntero sobre un diagrama, se dibujaba una copia del diagrama en otra hoja de papel. Al cambiar las posiciones de los brazos en la conexión entre el brazo del puntero y el brazo de dibujo, se puede cambiar la escala de la imagen producida.
En 1821, el profesor William Wallace (1768-1843) inventó el eidógrafo para mejorar la utilidad práctica del pantógrafo. [3] El eidógrafo reubica el punto fijo en el centro del paralelogramo y utiliza un paralelogramo estrecho para proporcionar ventajas mecánicas mejoradas.
El uso original del pantógrafo era copiar y escalar dibujos lineales . Las versiones modernas se venden como juguetes técnicos.
Los escultores utilizan una versión tridimensional del pantógrafo, [4] generalmente un gran brazo conectado a un punto fijo en un extremo, que lleva dos agujas giratorias que apuntan en puntos arbitrarios a lo largo de este brazo. Al ajustar las agujas se pueden lograr diferentes relaciones de ampliación o reducción. Este dispositivo, ahora superado en gran medida por los sistemas de fresado guiados por computadora que escanean un modelo y pueden producirlo en una variedad de materiales y en cualquier tamaño deseado, [5] fue inventado por el inventor y pionero del vapor James Watt y perfeccionado por Benjamin Cheverton en 1836. La máquina de Cheverton estaba equipada con una broca de corte giratoria para tallar versiones reducidas de esculturas conocidas. [6] Un pantógrafo tridimensional también se puede utilizar para ampliar la escultura intercambiando la posición del modelo y la copia. [7] [8]
Todavía se utiliza mucho otra versión para reducir el tamaño de los grandes diseños en relieve para monedas al tamaño requerido de la moneda. [9]
Una ventaja de los discos de fonógrafo y gramófono sobre los cilindros en la década de 1890 (antes de que existiera la amplificación electrónica) era que se podían estampar grandes cantidades de discos de forma rápida y económica. En 1890, las únicas formas de fabricar copias de un cilindro maestro eran moldearlos (lo que era lento y, al principio, producía copias muy malas) o copiar acústicamente el sonido colocando las bocinas de dos fonógrafos juntas o enganchando las dos con un tubo de goma (uno grabando y el otro reproduciendo el cilindro). En lugar de copiar un cilindro maestro, la otra alternativa era grabar una interpretación en varios gramófonos simultáneamente, una y otra vez, convirtiendo cada cilindro en una copia maestra. Edison , Bettini , Leon Douglass y otros resolvieron este problema (en parte) uniendo mecánicamente una aguja de corte y una aguja de reproducción y copiando mecánicamente las ranuras de "colina y valle" del cilindro. Cuando el moldeado mejoró un poco, se utilizaron cilindros moldeados como maestros de pantógrafo. Este sistema fue empleado por Edison y Columbia en 1898 y se utilizó hasta aproximadamente enero de 1902 (después de esto, se moldearon las ceras marrones de Columbia). Algunas empresas, como la United States Phonograph Company de Newark, Nueva Jersey , suministraron masters de cilindros a empresas más pequeñas para que pudieran duplicarlos, a veces de forma pantográfica. Los pantógrafos podían producir unos 30 discos por día y hasta unos 150 discos por master. En teoría, los masters de pantógrafo se podían utilizar para 200 o 300 duplicados si el master y el duplicado se ejecutaban en sentido inverso y el disco se duplicaba en sentido inverso. Esto, en teoría, podría ampliar la utilidad de un master de pantógrafo al utilizar la parte no desgastada o menos desgastada de la grabación para la duplicación. Pathé empleó este sistema para masterizar sus discos cortados verticalmente hasta 1923; Se grababa en un cilindro maestro de 5 pulgadas de diámetro (130 mm) y 4 o 6 pulgadas de largo (100 o 150 mm), que giraba a alta velocidad. Esto se hacía porque el cilindro resultante era considerablemente ruidoso y de muy alta fidelidad. Luego, el cilindro se colocaba en el mandril de un pantógrafo de duplicación que se tocaba con una aguja en el extremo de una palanca, que transfería el sonido a un disco maestro de cera, que se galvanizaba y se usaba para estampar copias. Este sistema daba como resultado cierta reducción de fidelidad y ruido, pero un sonido de calidad relativamente alta. Los discos de disco Edison Diamond se hacían grabando directamente en el disco maestro de cera.
Antes de la llegada de las tecnologías de control, como el control numérico (NC y CNC) y el control lógico programable (PLC), no era posible trazar los contornos de las piezas duplicadas que se fresaban en una fresadora moviendo la fresadora de forma que se "conectaran los puntos" ("según los números"). Las únicas formas de controlar el movimiento de la herramienta de corte eran marcar las posiciones a mano utilizando una habilidad diestra (con límites naturales en la precisión y exactitud de un ser humano ) o trazar una leva, plantilla o modelo de alguna manera y hacer que la fresa imitara el movimiento del lápiz trazador. Si el cabezal de fresado estaba montado en un pantógrafo, se podía cortar una pieza duplicada (y en varias escalas de aumento además de 1:1) simplemente trazando una plantilla. (La plantilla en sí era generalmente hecha por un fabricante de herramientas y matrices usando métodos de taller de herramientas , incluyendo fresado mediante marcado seguido de esculpido manual con limas y/o puntas de amoladora de matrices ). Este era esencialmente el mismo concepto que reproducir documentos con un pantógrafo equipado con lápiz, pero aplicado al mecanizado de materiales duros como metal, madera o plástico. El enrutamiento con pantógrafo , que es conceptualmente idéntico al fresado con pantógrafo, también existe (al igual que el enrutamiento CNC). El torno Blanchard, un torno copiador desarrollado por Thomas Blanchard , utilizó el mismo concepto esencial.
El desarrollo y la difusión en toda la industria de NC, CNC, PLC y otras tecnologías de control proporcionaron una nueva forma de controlar el movimiento de la fresadora: mediante la alimentación de información desde un programa a los actuadores ( servo , selsyns , husillos , carros de la máquina, husillos , etc.) que moverían la fresa según las instrucciones de la información. Hoy en día, la mayor parte del mecanizado comercial se realiza mediante estos métodos programables y computarizados. Es probable que los maquinistas caseros trabajen mediante control manual, pero el control computarizado también ha llegado al nivel del taller doméstico (simplemente aún no es tan omnipresente como sus contrapartes comerciales). Por lo tanto, las fresadoras de pantógrafo son en gran medida una cosa del pasado. Todavía se utilizan comercialmente, pero a un nivel muy reducido y cada vez más reducido. Ya no las construyen nuevas los fabricantes de máquinas herramienta, pero todavía existe un pequeño mercado para máquinas usadas. En cuanto a la función de ampliación y reducción de un pantógrafo (cuya escala está determinada por la longitud ajustable de los brazos), en el CNC se consigue mediante cálculos matemáticos que el ordenador aplica a la información del programa de forma prácticamente instantánea. Las funciones de escalado (así como las de duplicación) están integradas en lenguajes como el código G.
En otra aplicación similar al dibujo técnico, el pantógrafo se incorpora a una máquina de grabado con pantógrafo con un cortador giratorio en lugar de un bolígrafo y una bandeja en el extremo del puntero para fijar placas con letras precortadas (denominadas "copia"), que el puntero sigue y, por lo tanto, el cortador, a través del pantógrafo, reproduce la "copia" en una proporción a la que se han ajustado los brazos del pantógrafo. El rango típico de proporción es Máximo 1:1 Mínimo 50:1 (reducción) De esta manera, los maquinistas pueden grabar de forma prolija y precisa números y letras en una pieza. Los pantógrafos ya no se utilizan comúnmente en el grabado moderno, y el grabado láser computarizado y rotatorio está ganando terreno.
El dispositivo que mantiene el contacto eléctrico con el cable de contacto y transfiere energía del cable a la unidad de tracción , utilizado en locomotoras y tranvías eléctricos , también se llama " pantógrafo ".
El "perforador de teclado" de Herman Hollerith utilizado para el censo de los EE. UU. de 1890 era un diseño de pantógrafo y a veces se lo denominaba "el perforador de pantógrafo". [10]
Un dispositivo de principios del siglo XIX que emplea este mecanismo es el polígrafo , que produce un duplicado de una carta tal como se escribe el original.
En 1886, Eduard Selling patentó una máquina calculadora basada en el pantógrafo que ganó varios premios, aunque no tuvo éxito comercial. [11]
Los operadores de máquinas de acolchado de brazo largo pueden trazar un pantógrafo, un patrón de papel, con un puntero láser para coser un patrón personalizado en la colcha. [ cita requerida ] Los pantógrafos digitalizados son seguidos por máquinas computarizadas. [ cita requerida ]
Linn Boyd Benton inventó una máquina de grabado pantográfica para el diseño de tipos, [12] que no solo era capaz de escalar un único patrón de diseño de fuente a una variedad de tamaños, sino que también podía condensar, extender e inclinar el diseño (matemáticamente, estos son casos de transformación afín , que es la operación geométrica fundamental de la mayoría de los sistemas de tipografía digital actuales, incluido PostScript ). [13]
Richard Feynman utilizó la analogía de un pantógrafo como una forma de reducir la escala de las herramientas a la nanometría en su charla " Hay mucho espacio en el fondo ".
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