DE356382C - Verfahren und Vorrichtung zur Wiedergabe eines dreidimensionalen Gebildes - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung oder Wiedergabe eines dreidimensionalen Gebildes in Relief oder Intaglio nebst einer hierzu geeigneten Vorrichtung. Durch das neue Verfahren wird zunächst eine graphische Aufzeichnung nach dem dreidimensionalen Gebilde auf einer ebenen Fläche hergestellt und dann zur Erzeugung einer Schablone verwendet, die ίο dann dazu benutzt werden kann, um die Bewegung eines Schneidwerkzeuges in einer Vorschneidemaschine anzutreiben und zu steuern. Das Schneidwerkzeug schnitzt oder schneidet den Block des zur Wiedergabe dienenden Stoffes aus, dessen Bewegungen denen des Werkzeuges entsprechen.

Wenn eine durchsichtige Fläche, also etwa eine durchsichtige Platte, welche ein Muster trägt, in einem Projektionsapparat normal zur optischen Achse angeordnet wird und das Muster in gewöhnlicher Weise auf einen Schirm X, Y in üblicher Weise normal zur Projektionsachse projiziert wird (vgl. Abb. 1 der Zeichnung, welche in schaubildlicher Darstellung die Grundlagen der Erfindung dar- j stellt), erscheint auf dem Schirm ein unver- I zerrtes Bild des Musters, das ausschließlich | der Größe nach von dem Musterbild abweicht. Wird das projiziert^ Bild des Musters mittels einer Kamera auf eine lichtempfindliche Platte V parallel zum Schirm X₁ Y durch eine Linse von genügend großer Öffnung photographiert, deren optische Achse parallel zu der der Projektionslinse verläuft, so wird ein Lichtbild des projizierten Urbildes erhalten, welches ebenfalls nur der Größe nach geändert ist. Wenn man ein dreidimensionales Gebilde W (in Abb. 1 als unregelmäßig geformte Figur in wagerechtem Schnitt gezeigt) an die Stelle des Schirmes X, Y setzt oder davor befestigt und das Muster darauf projiziert, wird das projizierte Bild des Musters vollständig oder teilweise verzerrt oder verschoben, wobei die Verschiebung jedes Punktes des Musters eine proportionale Funktion des Abstandes ist, um welchen der von ihm gedeckte Punkt auf dem Gebilde W von dem Punkt entfernt ist, der entsprechend auf dem Schirm X, Y getroffen worden wäre. Stellt man den Hauptpunkt / auf der Eintrittsseite der Kameralinse in Höhe des Hauptpunktes 0 auf der Austrittsseite der Projektionslinse so ein, daß die die beiden Hauptpunkte verbindende Linie 0-1 parallel mit dem Schirm X, Y ist, so werden alle Punkte des projizierten Bildes auf der PlatteT' in Richtungen verschoben aufgezeichnet, welche miteinander und mit der Verbindungslinie der Hauptpunkte J, 0 parallel sind. Um die Grundlagen der Erfindung klar zu machen, 6u sollen nur zwei Punkte des Musters auf der durchsichtigen Platte betrachtet werden; diese Punkte sollen bei A und N auf den Schirm projiziert werden. Ein Lichtbild der projizierten Lichtpunkte A₁ N wird auf der Platte V in den Punkten F und H aufgezeichnet. Wenn das Gebilde W gegen den Schirm X, Y gestellt wird, werden die beiden betrachteten Punkte des Musters auf das Gebilde W bei D und T auftreffen, und lichtbildliche Wiedergaben der projizierten und verschobenen Punkte D, T werden auf der lichtempfindlichen Platte V bei 5" und G aufgezeichnet. Die Abstände A, D und N₁ T sind Maße der wirklichen Verschiebung der Bildpunkte von dem Schirm, und die Abstände S₁ F und G, H sind Maße der scheinbaren Verschiebung dieser Punkte, wie sie auf der Platte V aufgezeichnet sind. Der Abstand S, F ist eine Funktion des Abstandes A₁ Ό und der Abstand G₁ H eine Funktion des Abstandes N₁T; es besteht zwischen G₁ H und N₁ T im wesentlichen das gleiche Verhältnis wie zwischen S₁ F und A₁ D. Alle Punkte auf dem Gebilde W im gleichen Abstand von dem Schirm unterliegen der gleichen scheinbaren Verschiebung; die scheinbare \^rerschiebung für diese Punkte ist also konstant. Es folgt aus dem oben Gesagten, daß, wenn das Bild einer Linie von der Projektionsvorrichtung auf das Gebilde W geworfen und das Bild photographisch aufgenommen wird, die Stellung auf der lichtempfindlichen Platte, welche das unverzerrte Bild der Linie einnehmen würde, bestimmbar ist, so daß eine graphische Aufzeichnung erzielt wird, auf welcher eine Linie festgelegt ist, von der jeder'Punkt von einem feststellbaren Punkt nach einem Verhältnis entfernt ist, das im wesentlichen konstant ist für jeden Punkt auf der Oberfläche des Gebildes tmd den entsprechenden Punkt auf dem Schirm, wobei die Verschiebung auf· der Platte in einer Richtung erfolgt, die parallel ist zu der Linie, welche entsprechende Hauptpunkte der Linsen der Projektionsvorrichtung und der Kamera verbindet.

Die oben erläuterten Verhältnisse sind maßgebend für die Erzeugung einer graphischen

Aufzeichnung eines dreidimensionalen Gebildes auf einer ebenen Fläche gemäß der Erfindung, und das angewendete Verfahren besteht darin, daß auf das Gebilde ein Muster, vorzugsweise in einem Linienzug bestehend, projiziert wird, worauf man das Gebilde und das darauf projizierte Bild des Musters etwa auf eine ebene Fläche mittels einer Kamera photographiert, deren Linse mit dem Haupt-ίο punkt auf der Eintrittsseite in die Hauptebene der Projektionslinse auf der Austrittsseite fällt; nach dem erzielten Negativ wird eine Schablone des verzerrten oder verschobenen Musters hergestellt, um die Bewegungen des Schneidwerkzeuges einer Schneidmaschine zu steuern. Die Schablone kann ein Stich oder eine Photographie sein, wenn optische Steuerung des Schneidwerkzeuges verwendet wird; in diesem Fall wird die Steuerung dadurch bewirkt, daß man das Fadenkreuz eines auf dem Schneidwerkzeugträger befestigten Fernrohres der verzerrten Linie des Musters folgen läßt. Wenn mechanische Steuerung verwendet wird, besteht die Schablone in einer Platte, in deren Kurvennut ein Glied des Werkzeugträgers eingreift. Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung umfaßt eine Projektionsvorrichtung mit gut korrigierter Linse, eine durchsichtige Platte, welche das Muster trägt und in die Projektionsvorrichtung gesetzt wird, eine ebene Fläche, auf welche das Muster zunächst zum Zweck der Scharfeinstellung geworfen wird, und welche ganz oder zum Teil weggenommen werden kann; ferner eine Kamera mit einer ebenfalls gut korrigierten Linse, welche so eingestellt wird, daß ihr Hauptpunkt auf der Eintrittsseite in die auf der Austrittsseite gelegenen Hauptebenen der Projektionslinse fällt.

Das Muster besteht vorzugsweise aus Linienzügen, ist aber hieran nicht gebunden, wenn nur sich eine Schablone danach herstellen läßt, der, wenn sie in die Schneidmaschine gesetzt wird, eine Bewegung erteilt werden kann, die identisch ist mit der unverzerrten Form des Musters. Wenn beispielsweise das Muster in einer arithmetischen Spirale besteht (vgl. Zeichnung), wird die Schablone in der Schneidmaschine so bewegt, daß jeder ihrer Punkte sich in einer spiraligen Bahn bewegt. Man könnte aber auch z. B. ein Muster verwenden, das aus einem Netz gleichmäßig verteilter und paralleler Linien besteht.
In Abb. 2 bis 8 ist die Herstellung der Schablone dargestellt; es zeigen Abb. 2 in schaubildlicher Darstellung ein dreidimensionales Gebilde, dessen Wiedergabe beabsich- j tigt ist, Abb. 3 in schaubildlicher Darstellung , die Anordnung der Apparatur zur Herstellung ! der Schablone auf photographischem Wege, [ Abb. 4 und 5 zwei rechtwinklig zueinander siehende Ansichten, wobei das Gebilde gemäß Abb. 2 an den Schirm gelehnt ist, Abb. 6 das durchsichtige Urbild einer arithmetischen Spirale, Abb. 7 und 8 die hergestellte Schablone in Ansicht von oben und im Schnitt von der Seite.

Das Gebilde 1 (Abb. 2) wird gegen den Schirm 2 gelehnt und dort in beliebiger Weise befestigt. Die Projektionsvorrichtung 3 wird mit der optischen Achse ihrer Linse 4 senkrecht zum Schirm 2 aufgestellt. Eine durchsichtige Platte 5 (Abb. 6) mit darauf angebrachter arithmetischer Spirale 6 wird in der üblichen Weise in der Projektionsvorrichtung untergebracht, so daß das Muster auf das Gebilde ι projiziert werden kann. Es ist wünschenswert, daß das von der Projektionsvorrichtung beleuchtete Feld so groß ist, daß ein ! Teil des Bildes des Musters auf den Schirm 2 selbst fällt, weil in diesem Fall die Einstelj lung der Schablone in der Schneidmaschine erleichtert wird. Das Bild des Musters wird also auf das Gebilde und vorzugsweise noch auf einen Teil des Schirmes projiziert, worauf j eine lichtbildliche Wiedergabe des Bildes, so j wie es auf dem Gebilde und dem Schirm erscheint, mittels einer Kamera 10 aufgenommen wird, die so eingestellt ist, daß der eine Hauptpunkt ihrer Linse 11 in die entsprechende Hauptebene der Projektionslinse 4 fällt. Es ist wünschenswert, aber nicht unerläßlich, daß die optische Achse der photographischen parallel der der Projektionslinse ist.

Es ist nötig, daß die herzustellende Schablone für die Benutzung in der Schneidmaschine eine ganz bestimmte Größe besitzt. Um dies zu erreichen, kann man sich einer auf einer rechtwinklig zur Achse der Projektionslinse scharf eingestellten ..ebenen Fläche hergestellten Hilfsaufnahme von dem linearen Muster bedienen, worauf man diese Hilfsaufnahme so vergrößert, daß sie ein unverzerrtes Bild des ursprünglichen linearen Musters von der genau richtigen Größe der zu erzeugenden Schablone wiedergibt. Hierauf wird die \-on dem dreidimensionalen Gebilde mit dem Muster gemachte Aufnahme in genau der gleichen Weise vergrößert, um eine Schablone von genau richtigen Abmessungen zu erhalten. Hierbei wird in bekannter Weise der Vergrößerungsschirm so durch Kippen eingestellt, daß durch die seitliche Stellung der Kamera bewirkte L'ngenauigkeiten ausgeschaltet werden.

Nachdem ein Lichtbild aufgenommen und die lichtempfindliche Platte den üblichen Entwicklungsvorgängen unterworfen ist, wird von dem Negativ eine Schablone hergestellt. Diese Schablone kann vorzugsweise durch Photogravüre oder ähnliche Verfahren herge-

stellt werden. Benutzt man dieses Verfahren, j stock 20 wird quer über den Tisch 13 mittels so wird die verschobene oder verzerrte Spirale tels der Schraubspindel 19 bewegt. Er trägt durch eine Rinne 12 wiedergegeben. In eine Spindel 21, welche auf dem einen Ende Abb. 7 und 8 ist eine solche Schablone gezeigt, j ein Futter 22 trägt, in welchem der zu schnei- 65 auf welcher mittels einer Rinne 12 die ver- 1 dende Block eingespannt ist, während auf dem schobene und verzerrte Spirale festgelegt ist. anderen Ende der Spindel 21 ein Schnecken-Das Verfahren zur Herstellung einer rad 23 sitzt, welches von der Querwelle 17 aus

-- Λ-~;Λ,\·^η_ ι angetrieben wird. Das Futter 22 erhält hierdurch sowohl eine drehende wie eine gerad- 70 linige Bewegung. Das Schneidwerkzeug 24 ist auf der Stange 25 befestigt, die in Lagern 26 ruht. Es ist so angeordnet, daß, wenn der Spindelstock 20 sich am einen Ende seiner geradlinigen Bewegung befindet, es mit der 75 Drehachse des Spindelstockes 20 koachsial ist. Die Welle 14 trägt noch zwei weitere Schnecken 27, 27, deren j ede mit einem Schneckenrad 28 in Eingriff steht, das auf dem unteren Ende einer senkrechten Spindel 29 80 befestigt ist, die mittels eines Lagerbockes 30 vom unteren Teil des Tisches 13 getragen wird. Die Spindel 29 besteht aus einem Stück mit einem Rahmen 31 (Abb. 11, 12, 13). Dieser Rahmen 31 trägt eine Leitspindel 32, auf deren einem Ende ein Kegelrad 33 sitzt, das mit einem Kegelrad 34 in Eingriff -steht, das nicht drehbar in dem Lager 30 befestigt ist. Wenn die Spindel 29 gedreht wird, nimmt sie den Rahmen 31 mit, der die Drehbewegung auf das Kegelrad 33 und die Leitspindel 32 überträgt. Auf dieser sitzt eine Laufmutter 3 S mit einem aufwärts ragenden Zapfen 36. Auf dem oberen Ende des Zapfens 36 ruht ein Teller 37 und auf diesem wird die Schablone befestigt.

Aus dem oben Gesagten ergibt sich, daß, wenn die Spindeln 29 gedreht werden, die Rahmen 31 eine Drehbewegung machen und den Teller 37 mitnehmen, der, indem die Laufmuttern 35 sich längs der Leitspindeln 32 bewegen, auch in der Längsrichtung bewegt wird. Auf diese Weise erhält der Träger eine Bewegung, welche jeden Punkt der Schablone auf einer Bahn von der Form einer genauen und gleichmäßigen Spirale führt. Die Schablone muß auf dem Teller so befestigt sein, daß in der mittleren Stellung der Mittelpunkt der Schablone in der Eingriffslinie mit dem Werkzeugträger liegt, während die Be- no wegungslinien aller Punkte der Schablone ebenfalls mit der Bewegungslinie des Werkzeugträgers parallel liegen. Die Nut in der Schablone dient zum Eingriff einer nicht gezeigten Nadel, die an der Stange 25 des Werkzeuges 24 befestigt ist. Die Stange 25 ist so gelagert, daß sie sich nur in geradlinigen Richtungen bewegen kann. Das Schneidwerkzeug schneidet den zu bearbeitenden Block auf dem Futter 22 zu, wobei, wie oben be- ^lao schrieben, das Futter sich in einer zusammengesetzten Bahn bewegt, die aus einer Dreh

plastischen Nachbildung eines dreidimensionalen Gebildes auf mechanischem Wege ίο unter Benutzung einer" in der oben gezeigten Weise angefertigten Schablone wird in folgender Weise bewirkt:

Man bedarf hierzu eines Schneidwerkzeuges, das an sich festgehalten wird und nur eine in Richtung der Schnittiefe hin und her gehende Bewegung machen kann. Gegenüber diesem Werkzeug ordnet man einen Werkstückträger an, der in einer zur Achse des Werkstückes senkrechten Ebene bewegt werden kann. Die Schablone ordnet man auf einem Schablonenteller an, der sich in einer zur Werkzeugachse parallelen Ebene bewegen kann. Man gibt nun dem Werkstückträger und dem Schablonenteller eine gleichartige Bewegung, deren Bahn mit der unverzerrten Kurve des aufgebrachten Musters identisch ist. Die auf der Schablone erscheinende verzerrte Nachbildung des Musters dient als Leitkurve, von der die Verschiebung des AVerkzeugträgers abgeleitet wird. Es ergibt sich, daß das Schneidwerkzeug, während der Werkstückträger und der Schablonenteller ihre zusammengesetzte Kurvenbahn durchlaufen, so lange feststeht, wie die verzerrte Leitkurve mit der unverzerrten Kurvenbaln übereinstimmt. Soweit aber die Kurvenbahn gegenüber der ursprünglichen Kurve Verzerrungen aufweist, wird das Werkzeug in Richtung der Schnittiefe verschoben. Demgemäß führt nach Ingangsetzung der Vorrichtung das Werkzeug einen Schnitt in der Form der aufgebrachten Figur, also beim Ausführungsbeispiel in der Form einer Spirale, aus, wobei die Schnittiefe der Dicke des nachzubildenden dreidimensionalen Gebildes an der betreffenden Stelle genau entspricht.

In Abb. 9 und 10 ist in Ansicht von oben und von der Seite die Anordnung der Maschine, in Abb. 11, 12 und 13 ein Teil des Getriebes von oben, von der Seite und von vorn gezeigt.

Die Maschine umfaßt einen Tisch 13 mit einer in der Längsrichtung verlaufenden Hauptantriebswelle 14, welche nahe ihrem einen Ende eine Schnecke 15 trägt, die mit einem Schneckenrad 16 auf einer Ouerwelle 17 in Eingriff steht. Diese quergerichtete Welle treibt mittels eines Vorgeleges 18 eine parallele Welle 19, welche auf einem Teil ihrer Länge Gewinde trägt, welches mit dem Spindelstock 20 in Eingriff steht. Der Spindel-

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bewegung um eine Achse parallel der Bewegungsebene der Stange 25 und einer Bewegung rechtwinklig zu seiner Drehachse besteht. Beim Beginn der Arbeit wird der zu bearbeitende Block so eingesetzt, daß seine Drehachse mit der Achse des Schneidwerkzeuges 24 koachsial steht und die Schablone in der Mitte ihrer Spiralbewegung ist. Die Bewegungen des Trägers 37 und des Futters 22 sind synchron. Das Schneidwerkzeug 24 kommt mit dem Block in Eingriff und führt einen spiraligen Schnitt von wechselnder Tiefe aus, wobei diese Spiralform sich aus der zusammengesetzten Bewegung des Blockes und die wechselnde Tiefe des Schnittes sich aus der von der Schablone dem Werkzeug verliehenen Einstellung ergibt.

Sollen Vervielfältigungen in vertiefter Form erzielt werden, so wird die Schablone umgekehrt auf den Träger aufgesetzt.

Das Schneidwerkzeug kann durch zwei Schablonen eingestellt werden, in welchem Fall zwei Teller 37 angeordnet werden, welche jeder in der oben beschriebenen Weise angetrieben werden, und wobei der Werkzeugträger 25 mit beiden Schablonen in Eingriff steht (vgl. 'Zeichnung). Die zweite Schablone wird mittels einer zweiten Kamera 65 (Abb. 3, 5) hergestellt, welche vorzugsweise in einer rechtwinkligen Stellung zur ersten Kamera 10 aufgestellt wird. Die Kamera 65 erhält hierbei den gleichen Abstand von der Projektionsvorrichtung 3 ebenfalls mit ihrem Hauptpunkt auf der Einfallseite in der Hauptebene auf der Austrittsseite der Projektionslinse. Die Linsen in den beiden Kameras sind vorzugsweise paarweise angeordnet, jedoch ist dies nicht unbedingt nötig. Die Richtung der Verschiebung oder Verzerrung jeder Schablone ist parallel der die Hauptpunkte der Projektionslinse und der Kameralinse verbindenden Linie.

Es ist selbstverständlich, daß der Maßstab

der dem Schablonenteller verliehenen Spiralbewegung der gleiche sein muß wie der der Spirale auf der Schablone. Die Gleichheit des Maßstabes kann dadurch festgestellt werden, daß jede Windung der verzerrten Spirale eine rechtwinklig zu den Bewegungslinien bemessene Breite besitzt, die gleich ist der Breite in der unverzerrten Form.

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche :

   i. Verfahren zur photographo-mechanischen Wiedergabe eines plastischen Gebildes, erhöht oder vertieft, dadurch gekennzeichnet, daß ein Muster auf das Gebilde projiziert und das Ganze auf eine ebene Fläche photographiert wird mittels einer Kamera, deren Linse mit ihrem 6υ Hauptpunkt auf der Eintrittsseite in die Hauptebene auf der Austrittsseite der Projektionslinse eingestellt wurde, worauf von dem Negativ eine Schablone hergestellt wird, die etwa in Form einer Photogravure das verschobene oder verzerrte Muster aufweist und zur Leitung der Bewegungen des Werkzeuges einer Schneidmaschine dient.
2. 2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zusammenwirkung einer Projektionsvorrichtung, einer durchsichtigen, das Muster tragenden Platte in der Projektionsvorrichtung, eines ebenen, ganz oder teilweise entfernbaren Schirmes, auf den das Muster zur Scharfeinstellung projiziert werden kann, und einer Kamera, deren Linse mit ihrem Hauptpunkt auf der Eintrittsseite in die Hauptebene auf der Austrittsseite der Projektionslinse eingestellt wurde.
3. 3. Verfahren zur Benutzung einer nach Anspruch 1 hergestellten Schablone zur mechanischen Herstellung plastischer Gebilde, dadurch gekennzeichnet, daß man sowohl dem Werkstück wie der Schablone eine fortschreitende Bewegung erteilt, deren Bahn mit der unverzerrten Form des Musters identisch ist, während die Einstellbewegungen des Schneidwerkzeuges in Richtung der Schnittiefe von der Leitbahn der Schablone abgeleitet werden.
4. 4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein nur in achsialer Richtung verschiebbares Werkzeug (24), einen in einer zur Werkzeugachse senkrechten Ebene beweglichen Werkzeugträger (22) und einen in einer zur Werkzeugachse parallelen Ebene bewegten Schablonenteller (37), von dessen Bewegungen die achsialen Verschiebungen des Werkzeuges durch ein der Leitbahn der Schablone folgendes Führungsstück des Werkzeugträgers übertragen werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Werkstückträger (22) und dem Schablonenteller (37), vorzugsweise von einem gemeinsamen Antrieb, eine gleichartige Bewegung erteilt wird, die sich aus einer Drehbewegung und einer Verschiebung in der Drehebene zusammensetzt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

   BERLIN". GEDRUCKT IN DER