Panoramische koppen deel 2

Geschreven door Jan Cuypers.

2. Het zwaartepunt blijft in hetzelfde vlak

In de eerste soort panoramische koppen - besproken in het eerste artikel - klik hier -  loopt de (virtuele) horizontale as door het zwaartepunt van de roterende massa. Dat geeft weinig flexibiliteit, hij is maar geschikt voor camera’s met de juiste gewichtsverdeling en hij is redelijk omvangrijk. Indertijd waren er gelukkig  niet zoveel modellen, desnoods gebruikte men op de goede plaats bijkomende gewichten.

Maar om perfect in balans te zijn moet het zwaartepunt niet noodzakelijk onbeweeglijk zijn, het volstaat dat het in hetzelfde horizontale vlak blijft. Om het “wetenschappelijk” uit te drukken: zijn potentiële energie moet dezelfde blijven als men de camera kantelt. De operator hoeft dan geen inspanning te leveren om de camera in een bepaalde stand te houden.

image001.jpg William “Bill” Vinten bij zijn geesteskind. (Foto Vinten)

In 1956 komt de Britse firma Vinten op de markt met een kop die aan deze vereiste beantwoordt. Het is de beroemde Mark III en hij kent direct een enorm succes. Om de werking te begrijpen geven we eerst wat eenvoudige theorie.

Hoe ver daalt het zwaartepunt van een camera in functie van de neigingshoek α? Uit de onderstaande figuren blijkt dat dit ‘hoogteverlies’ gelijk is aan h(1-cosα). (Zoals in het vorige artikel is h de afstand tussen het zwaartepunt en de as, het scharnierpunt).

image002.png

Als men bij machines de positie van iets wil wijzigen in functie van een draaihoek, gebruikt men dikwijls een uitstulping, een nok, denk aan de nokkenas van een motor. Vinten deed het hier ook met een nok, in het Engels ‘cam’; wij spreken daarom ook over een kop met een ‘kam’. Zie hieronder, de tekeningen zijn gebaseerd op de figuren uit het originele octrooi.

Wat zien we? Bovenaan bevindt zich de plaat waarop de camera komt. Ze is, in de neutrale stand, op het punt A0 scharnierend verbonden met een stang (in het geel) die tussen vier rollen verticaal kan bewegen. Aan de plaat is een kam bevestigd (het onderdeel met de golvende lijn). De kam steunt op een rol B, in het rood, die vast verbonden is met de structuur. Wanneer we de plaat en dus de camera onder een hoek α brengen dan is de kam zodanig gedimensioneerd dat hij de as Aα omhoog duwt (beweeg met de muis over de tekening) zodanig dat AαB = A0B +h(1-cosα). En op voorwaarde dat het zwaartepunt van de camera zich in rust (bij alfa gelijk aan nul) exact boven de as bevindt blijft hij bij een willekeurige neigingshoek volledig in balans.

image004.jpg

Op de foto van William Vinten zien we duidelijk de kam en de (in dit geval drie) gelagerde rollen waarlangs de verticale stang geleid wordt. Deze laatste steekt net boven de vaste structuur uit.

image008.jpg

Bij dit latere model, de Mark 7, bevindt de kam zich aan de buitenzijde en is hij goed zichtbaar. We zien de gelagerde rol B waarom de kam rust – voor de gewichtsverdeling is er uiteraard een kam aan weerszijden van de kop – en rechts de hendels voor de verticale en horizontale remmen. Ernaast de draaiknoppen om de drag, de viscositeit van beweging, in beide richtingen in te stellen.

Een dergelijke kop heeft een maximale neiginghoek van 60 graden, dat is aanzienlijk, en hij kan grote gewichten aan, tot zo’n 90 kilogram. Maar er is wel een kam nodig in overeenstemming met de hoogte van het zwaartepunt tot de as. Volgens een catalogus uit die tijd zijn dit de maten van de kammen voor de verschillende cameratypes Philips LDK5 : 6 duim, Thomson TTV1515 : 7 duim, RCA TK47 : 8 duim, om er maar enkele te noemen.

Gedurende tientallen jaren waren zulke koppen dé standaard in de studio’s en voor sportreportages Ondanks het uitstekend concept hebben ze hun nadelen. Voor verschillende camera’s zijn andere kammen nodig. Bovendien is de fabricage van al die onregelmatig gevormde kammen niet evident. Er worden ook hoge krachten op uitgeoefend. Speling op de rollagers van de stangen geeft aanleiding tot onstabiele camera’s, enz. Toch worden deze panoramische koppen nog altijd gebruikt! Bij de firma Panther vinden we trouwens een gespecialiseerde kop die ermee gelijkenissen heeft : de Rocker plate, voor zeer lage perspectieven (http://www.panther.tv/product/rocker-plate/ ) en ook Shotoku heeft er nog een in zijn catalogus.

In de loop der negentiger jaren worden ze opgevolgd door types die steunen op de pantograaf. Die hebben het voordeel dat ze met een draai aan de knop op een willekeurig zwaartepunt kunnen ingesteld worden. Met een pantograaf – men noemde het toestel ook wel tekenaap – volgt men een rechte of kromme lijn, en die wordt dan vergroot of verkleind weergegeven. Zie deze animatie (bron Wikipedia):

image010.gif

De toepassing is natuurlijk heel wat ingewikkelder, toch in het geval van de Vinten Vector-reeks. Niet schrikken als je het vervolg leest.

We vertrekken met een platform dat scharniert rond een punt A, verbonden met een verticale stang AR. Het punt B van het platform is verbonden met een andere verticale stang v, hier in blauw getekend. Het punt R vormt een as voor een tuimelaar, twee stangen met lengte k resp. l die een rechte hoek vormen (in het rood). Het uiteinde van de ene stang is beweeglijk verbonden met de stang v. Het uiteinde van de rechterstang ligt op een horizontale g (groen).

image011.jpg

panto2red.jpg

Als het platform kantelt tot een hoek α dan komt de stang v uiteraard dichter bij de stang AR. De afstand is gelijk aan (AB).(1-cosα).  Door de tuimelaar wordt deze horizontale afstand omgezet naar een verticale, tussen g0 en gα. Deze afstand is gelijk aan (AB).(1-cosα).l/k  en evenredig met de daling van het zwaartepunt.

Stel dat we deze horizontale g vast verbinden met de structuur dan zou de as van het platform en dus ook het zwaartepunt stijgen met deze afstand. Om het zwaartepunt in eenzelfde vlak te houden dan moet de as stijgen met h.(1-cosα). De stijging gaat dus de goede richting uit, maar is onvoldoende. Men kan ze trouwens beïnvloeden door de lengte van de stang l te veranderen.

Een parallellogram of pantograaf komt te hulp en treedt op als versterker. In de tekening plaatsen we onze princiepsmechaniek naast de constructie uit het octrooi. De overeenkomstige elementen hebben dezelfde kleur. De groene stang g is verbonden met de dwarsverbinding 22. Daardoor treedt er een versterking op van de stijging van het zwaartepunt.

Beweeg de muis over de tekening en u ziet de kop in zijn uiterste stand.

stand3bis.jpg

 

image021.jpg

 De verticale as AR maakt deel uit van het min of meer ronde geheel. De horizontale g heet hier element 30 en is verbonden met het element 22. Dat element beweegt mee naar boven met de parallellogram.

Hoe het er uit ziet in een bepaalde hoek : het element 22 heeft zichzelf én het platform naar boven getrokken.

 Hopelijk is dit alles min of meer duidelijk, voor meer detail zie de octrooien. Het principe is ondermeer uitgewerkt in de Vector 70-reeks van Vinten. De gelijkenis met bovenstaande tekeningen is treffend.

Om terug te keren naar het eerste artikel, klik hier.

Voor het derde artikel klik hier.

 

 

_____________________________________________________________

Panoramische koppen deel 3

Geschreven door Jan Cuypers.

  1. Een veer doet het werk

Het verre verleden

image001.jpgFoto: Hanno-Heinz Fuchs / © Svenska Filminstitutet

 

Alle grote theorieën ten spijt zien we in de dagelijkse praktijk weinig koppen die werken volgens de vorige principes. De meeste, zeker voor lichtere camera’s, maken gebruik van een simpele veer. Of van een minder simpele …

Vanaf de oertijd van TV heeft men koppen gebouwd waarbij een veer het terugroepkoppel levert. Bij deze zeer oude Vintenkop zien we duidelijk de veer die rondom de as gewikkeld is.

 

 

 

In de jaren 1940-1950 waren de koppen van Houston Fearless dé referentie. In het eerste artikel maakten we al kennis met de dure en omvangrijke ‘cradle’-versie. Een zuiniger oplossing bestond uit een pan/tiltkop met veer zoals het type WW S2.

image002.jpg

Deze twee foto’s tonen hoe die kop onder de camera PYE Mk van Studio 6 op Flagey gemonteerd was. Anders dan bij de vorige kop is de  veer van buitenaf niet zichtbaar. De helicoïdale torsieveer is immers inwendig aangebracht.

 Volgens de brochure kan de camera in beide richtingen 45° neigen en mag hij tussen 80 en 150 pond wegen, dat is afgerond tussen 35 en 65 kg. Een veer kan niet voor alle gewichten geschikt zijn, het evenwicht waarvoor de veer zorgt is dus relatief. Belangrijk is wel dat camera opnieuw horizontaal komt als de panbar losgelaten wordt.

Vooraan op de linkerfoto zien we een hendel en een draaiknop. De knop dient om de wrijving (drag) bij verticale bewegingen in te stellen, de hendel is een rem die de camera in een gewenste stand blokkeert.

image003.jpg

Vanuit een andere hoek (de rechterfoto) zien we ongeveer in het midden de frictierem voor horizontale panbewegingen en daarboven een asje met een pen waarmee de camera voor- en achteruit kan geschoven worden om het zwaartepunt juist boven de horizontale as te plaatsen.

 

 

Een van onze andere camera’s uit de beginperiode staat op een gelijkaardige kop van Cinema Equipment, zie de foto hieronder.

image004.jpg

Bij studiocamera’s werd dit type van kop al snel vervangen door de versie met kammen van Vinten. Die bespraken we in een eerder artikel. Maar de versie met veer is bij de lichtere camera’s altijd populair gebleven en is bij de zwaardere camera’s na verloop van tijd zelfs opnieuw populair geworden.

Voor de oppervlakkige toeschouwer zien de meeste pan/tiltkoppen er hetzelfde uit. Het valt moeilijk  te achterhalen wat zich binnenin afspeelt en de brochures van de fabrikanten maken ons ook niet veel wijzer. We hebben ons daarom dikwijls gebaseerd op beschrijvingen in octrooien. Ook dit nog: het vermelden van een bepaald merk of type is puur illustratief en houdt geen waardeoordeel in. Daarvoor missen we de nodige expertise. Onze collectie omvat overigens ook niet alle geciteerde types. (We staan natuurlijk altijd open voor giften...)

 

cam9.jpg

 

De theorie dus : Als het zwaartepunt van een camera een hoek α maakt met de verticale door de as, moet de cameraman een kracht uitoefenen om hem in evenwicht te houden. In een vorige artikel hebben we gezien dat het moment M dat daartoe nodig is gelijk is aan het cameragewicht G vermenigvuldigd met de afstand van het zwaartepunt tot de as h vermenigvuldigd met de sinus van de neigingshoek α. Of M =  G.h.sinα.

Bij de hier beschreven koppen wordt die kracht geleverd door een veer. De kracht die een veer uitoefent volgt uit de wet van Hooke. Zie https://nl.wikipedia.org/wiki/Wet_van_Hooke

Ze is gelijk aan de veerconstante of krachtconstante k - een maat voor de stijfheid van de veer - vermenigvuldigd met de vervorming (uitrekking, indrukking, of verdraaiing voor een torsieveer). De vervorming zou theoretisch evenredig (evenredigheidsfactor c) moeten zijn met sinα. Het terugroepkoppel van de veer is dan M = c.k.sinα.

Dan blijkt uit de formule M =  G.h.sinα dat de veerconstante evenredig is met het product van het gewicht van de camera (telkens met accessoires) en de hoogte van het zwaartepunt, of G.h = c.k

Het product G.h is dus constant, het beschrijft een hyperbool : zie deze figuur, die we (om ze zelf niet hoeven te

image005.jpg

tekenen) ontlenen aan een Vinten-catalogus.

Hoe lager het zwaartepunt van de camera, des te meer mag hij dus wegen om in evenwicht te zijn voor een bepaalde veer.

Daarnet veronderstelden we dat de vervorming van de veer evenredig is met de sinus van de neigingshoek. In de meeste gevallen zal het om constructieve redenen eerder met de hoek zelf zijn. Dat levert een fout op, (zie de Vintenfiguur hieronder) die sommige koppen compenseren, maar waar we niet verder op in gaan.

image006.jpg

 

In de praktijk :

Behalve bij de meest eenvoudige opstellingen is het gewicht van de camera niet altijd hetzelfde. Er kan bijvoorbeeld een spotje geplaatst zijn, een extra beeldzoeker, een compendium, een andere lens, een prompter …..

Ook in zo’n configuratie moet de camera in balans kunnen gebracht worden. Dat kan men (op niveau van de panoramische kop) op twee manieren oplossen : door ofwel de veerconstante te wijzigen (een andere veer m.a.w.) ofwel de uitrekking van de veer.

Bespreken we de eerste oplossing : een andere veer.

Bij deze Vintenkop bijvoorbeeld kan men op een eenvoudige manier de veer vervangen :

image007.jpg image008.png

Er is een tiental verschillende veren beschikbaar, we zien er hier acht,  (apart aan te kopen) waarmee men camera’s van één tot 10 kg kan dragen. De kleur geeft de sterkte aan.

Dat betekent nog altijd extra werk en componenten. De de meeste koppen hebben tegenwoordig dan ook een draaiknop waarmee men het gepaste koppel kan instellen. Als voorbeeld geven we aan hoe dat bij Sachtler in zijn werk gaat.

Men gebruikt geen klassieke veren, wel een soort van wiel. Tussen de ring aan de naafkant 12 en de buitenste ring 13 bevindt zich een veer. Op de onderstaande octrooitekening zijn dat twee spiraalveren 16, want de kop moet in de twee richtingen kunnen kantelen. In de praktijk (zie de foto) zijn de twee ringen verbonden door een rubber van een bepaald profiel.

image009.jpgimage010.jpg

Op de binnenste ring 12 is er een nok 14 die verbonden is met een uitsparing op de as van het draaibare deel van de kop. In de buitenste ring 13 is er een uitsparing 19. Als het palletje 20 hierin zakt dan wordt de ring verbonden met het vaste deel van de kop.

image011.jpg

Met dat palletje kan men de veer dus naar believen in- en uitschakelen, bijvoorbeeld met het hendeltje 28 op nevenstaande tekening.

Stel nu dat men twee zo’n schijven inbouwt in de kop, waarbij de tweede schijf de dubbele terugroepkracht heeft van de eerste, dan kan men met twee palletjes drie gewichten kiezen, overeenkomend met schijf 1, schijf 2, en schijven 1 + 2. Met drie schijven kan men zeven gewichten kiezen, dat kan er zo uit zien :

image012.jpg

Als het aantal schijven toeneemt moet men al beslagen zijn in de binaire telling om de goede combinatie te kiezen. Daarom  voorziet men meestal een draaiknop die de opeenvolgende combinaties opwekt (zie de tekening hieronder).

 

image013.jpg

 

 

Veruit de meeste koppen werken op basis van dit principe (met een eigen veersysteem). Als men een hogere waarde oproept voor de veerspanning dan wordt die meestal pas effectief nadat men de kop over de horizontale positie bewogen heeft, want enkel dan kan het palletje in de uitsparing vallen. Een lagere waarde werkt onmiddellijk, het palletje wordt door een veer eruit gelicht.

 

 

Als alternatief kan men ook inwerken op de vervorming van de veer om de juiste balans te vinden. Bij een lichtere camera moet de veer minder ver ingedrukt worden voor dezelfde hoek dan bij een zwaardere. Meestal gebeurt dat door een ingewikkeld systeem van kabeltjes en/of excentrieken.

Als voorbeeld van een ingenieuze (en begrijpelijke) oplossing beschrijven we zeer kort het “wings”-systeem van Cartoni. Zie de figuren (uit het VS-octrooi 7.331.675) :

image014.pngimage015.png

We zien het mechanisme in zijn uiterste standen. Een veer 8 is bovenaan bevestigd aan een vast punt. Door te draaien aan de “balans”-knop 3 verplaatst men het onderste uiteinde over een gebogen profiel 5, de zogenaamde vleugel of wing. Deze vleugel scharniert aan één uiteinde rond de vaste as 6. Rond de as van de kop bevindt zich een excentriek (een beetje zichtbaar op de tweede tekening) die de vleugel naar boven doet scharnieren rond as 6 wanneer de camera naar beneden of naar boven neigt.

Op de eerste tekening drukt de veer op de vleugel juist boven deze as, zodat deze kanteling geen effect heeft op de indrukking van de veer. Geschikt voor een camera met gewicht nul.

Op de tweede tekening is het effect maximaal. Omdat het onderste uiteinde van de veer ver verwijderd is van het scharnierpunt 6 zal de veer bij een kanteling van de kop sterk ingedrukt worden, het terugroepkoppel is dan maximaal.

Door te draaien aan knop 3 kunnen we (via een wormwiel en  een cardankoppeling) de veer een willekeurige positie doen innemen tussen deze beide uitersten, zodat alle mogelijke tussenin gelegen gewichten kunnen gecompenseerd worden.

 

Conclusie
Met een paar voorbeelden hebben we de drie principes beschreven waarop het evenwichtssysteem van de panoramische koppen steunt. Op de markt zijn er natuurlijk zeer veel types. We weten niet hoe deze toestellen inwendig in mekaar zitten (bij bepaalde merken kunnen we het wel vermoeden)  en veel uitleg geven de fabrikanten zelf meestal evenmin. Het ligt ook niet in onze bedoeling - of mogelijkheden - om ze allemaal te bespreken maar we hebben hopelijk wat inzicht kunnen geven in deze algemene principes.

 Om terug te keren naar het eerste artikel klik hier.

Om terug te keren naar het tweede artikel klik hier.

_______________________________________________