Derotierender Tilt-Fokussierer mit Guiding-Modul

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watchgear

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...oder kurz: Die ELW :totlach2:

Frage Nr. 1: Was soll das - was macht das - wem nützt es?

Die Idee ist entstanden, nachdem ich die neue AZ-GTi von Skywatcher in die Finger bekommen habe (http://forum.astronomie.de/phpapps/ubbthreads/ubbthreads.php/topics/1299606/Erste_Erfahrungen_mit_der_Sky-#Post1299606)

Meiner Einschätzung nach hat das Teil das Potential, alle anderen Reisemontierungen dieser Gewichtsklasse weit hinter sich zu lassen. Allerdings gibt es da ein großes Problem:

Wenn ich von einer Reisemontierung spreche, will ich damit irgendwann Richtung Süden - zumindest nach La Palma oder besser noch nach Namibia.
Eine azimutale Montierung kann man zwar über eine Polhöhenwiege entsprechend neigen - aber das bedeutet eine große Belastung für die Azimut- (dann RA-) Achse.

Die Montierung wird sich also in Äquatornähe wesentlich schwerer tun, als bei unseren gemütlichen 51° - aber wie viel das ausmacht, ist quasi nicht zu testen. Außer man fährt hin. Und das - in Namibia mit einer Reisemontierung aufschlagen, die nicht tut - ist so ziemlich das letzte, was ich mir antun möchte...


Die Lösung liegt eigentlich auf der Hand: Wenn man die Montierung einfach azimutal lässt, hat sie keinerlei Probleme mit dem Azimutal-Lager und verhält sich in Namibia ebenso wie bei uns. Daraus ergibt sich aber eine Bildfelddrehung - und die kann man kompensieren: Mit einem Bildfeld-Derotator.

Also habe ich angefangen, einen entsprechenden Derotator zu konstruieren, was allerdings nicht so einfach ist, wie ich vorher gedacht hatte. Aber der Reihe nach...

Ich habe keinerlei Erfahrungen damit, aber ich habe ein Excel-Sheet mit einer Formel gefunden, welche die Bildfeld-Rotation (°/s) in Abhängigkeit von der Position und der Deklination des Objektes berechnet. Im Umkehrschluss müsste das also die Geschwindigkeit sein, mit der der Derotator drehen muss, um die Bildfelddrehung auszugleichen.

Also habe ich als Basis meiner ELW (eierlegenden Wollmilchsau) ein Kugellager eingebaut. Groß genug, damit die Kamera (mit Korrektor etc.) hindurchlinsen kann. Hier kommt die erste Einschränkung: Obwohl es theoretisch auch größer ginge, habe ich mich erstmal auf 2" beschränkt. Mehr als APS-C wird damit also nicht gehen.

Dann kommt das Thema Guiding: Leider hat die AZ-GTi keinen ST-4-Port und selbst wenn man (wie wir es schon ausprobiert haben) das Ding mit EQDirect ansteuert und darüber guidet - wird das im Azimutalmodus nicht so toll sein. Man könnte zwar mit Leitrohr guiden - aber wenn dann der Leitstern nicht in der Mitte des Aufnahme-Bildfeldes sitzt, hat die Bildfelddrehung ein anderes Zentrum als der Derotator. Ich möchte deshalb per OAG guiden und zwar ebenfalls durch den Derotator hindurch. Damit das geht, muss über dem Derotator ein kleiner X/Y-Kreutisch mit der 2"-Klemmung sitzen, welcher über zwei Schrittmotoren um einen gewissen Weg (jew. +/-4mm) hin und her bewegt werden kann. Hier wären Piezo-Aktuatoren wohl besser - aber ich fange mal mit Steppern an.

Tja - und damit hat das Teil jetzt schon eine gewisse Größe bzw. optischen Weg und man wird hinter den meisten Okularauszügen nicht mehr in den Fokus kommen. Also muss der jew. Original-OAZ weg und das Teil braucht einen eingebauten Fokussierer, der idealerweise natürlich motorisiert ist (Robofocus).

Damit ist bis auf einen Begriff die Überschrift erklärt. Fehlt noch "Tilt"...

Einen OAZ mit Motor-Tilt habe ich mir vor Jahren schon für meinen Newton konstruiert. Das Ding funktioniert auch sehr gut - aber die Tilt-Funktion braucht man eher selten. Höchstens wenn man eine Kamera mit einem ziemlich schief eingebauten Chip hat - was durchaus vorkommt.
Für das nun geplante Teil ist die Tilt-Funktion aber sehr wichtig:

Da ich beim besten Willen keinen Platz für eine Derotator-Lagerung mit zwei Kugellager habe, muss ich mich auf eines beschränken. Den Antrieb des Derotators könnte ich theoretisch über einen Stirnrad-Trieb machen - aber da das alles auf dem 3D-Drucker entsteht und der für feine Zahnrädchen nicht genau genug läuft, mache ich an der Stelle lieber einen Zahnriemen-Trieb. Dieser muss aber zwangsläufig über oder unter dem Kugellager ansetzen. Dadurch wird das Lager (keine Ahnung wie stark) aber zwangsläufig etwas verkippt. Und genau diese leichte Verkippung kann man über die Tilt-Funktion wieder ausgleichen. :respekt:


Das war nun in grobem Zügen die Theorie. Bevor ich zur Praxis komme, noch ein wenig Rechnerei. Schließlich soll das alles ja zum Schluss auch funktionieren und in allen Komponenten genau genug sein.

Fangen wir mit dem Derotator an. Da habe ich einen normalen NEMA17-Stepper geplant. Dieser hat eine Zahnriemenscheibe mit 20 Zähnen (GT2) und einem Durchmesser von ca. 12mm. Der Gegenpart ist keine Zahniemenscheibe (für die der Drucker wieder nicht genau genug wäre) - stattdessen befestige ich die beiden Enden des Zahnriemens an einer Position auf dem Umfang einer glatten Hülse. Das begrenzt natürlich den Drehwinkel - aber mehr als 270° wird es dafür ohnehin nicht brauchen. Außer man hat sehr lange Nächte am Nordpol - und dann braucht man keinen Derotator :D
Diese Hülse hat einen Außendurchmesser von 74mm, woraus sich mit dem Antriebsrad und dessen 12mm Durchmesser ein Übersetzungsverhältnis von 1:6,16 ergibt.
Pro Umdrehung des Derotators macht der Stepper also 6,16*200 Schritte = 1233 Steps/U
Der Drehwinkel pro Schritt beträgt also ca. 0,3°

Bei einem APS-C-Chip mit einer Größe von 22,5x15mm beträgt der Abstand von der Mitte bis zur äußersten Ecke SQRT(11,25^2+7,5^2)=13,5mm

Ein Vollschritt des Derotator-Steppers würde das Pixel in der äußersten Ecke also um tan(0,3°)*13,5mm=70,68µm verschieben. Mit 1/32 Mikroschritten sind es dann also 2,2µm. Ich denke, das geht. Zur Not könnte man mit dem Mikroschritten ja auch noch weiter hoch...


Für den Fokussier- und Guiding-Part benutze ich kleine Stepper vom Typ 15BY-298-20M3. Die haben einen Schrittwinkel von 18°, ein eingebautes Getriebe von 1:298 und enden in einer M3-Gewindespindel mit 0,5mm Steigung.

Das bedeutet: Pro Vollschritt bekomme ich eine Drehung von:

18°/298 = 0,06° und das bedeutet bei einer Steigung von 0,5mm einen Vorschub von:

0,5mm/360°*0,06°= 0,083µm

Das wird sowohl für die Fokussierung, als auch für die Guiding-Bewegung mit Sicherheit genau genug sein. Ein Problem könnte höchstens sein, dass ich nicht die notwendige Geschwindigkeit beim Guiden erreiche. Man wird sehen...


Zur Praxis:

Wie bereits erwähnt, habe ich keine Werkstatt für Feinmechanik, sondern lediglich einen 3D-Drucker. Um mit dem Plastikkram die notwendige Stabilität zu erreichen, kann man also die Wandstärken nicht zu knapp machen - was der Miniaturisierung gewisse Grenzen setzt. Auch kann man es bei den meisten Teilen vergessen, mit 20% Infill zu drucken. Stabil wird das ganze nur, wenn man wirklich massiv druckt - und bei Teilen dieser Größe braucht das nunmal seine Zeit.

Da ich keine eigene Halle für den 3D-Drucker habe und die Toleranz meines Weibchens durchaus Grenzen hat, muss ich zunächst meinen 3D-Drucker auf absolute Lautlosigkeit trimmen. Das ist mir bereits soweit gelungen und wird Mitte kommender Woche abgeschlossen sein. Ich hoffe dann, Tag und Nacht drucken zu können, ohne Bekanntschaft mit dem Nudelholz zu machen.

Die Konstruktion sieht aktuell so aus:

Link zur Grafik: http://www.watchgear.de/PictureLink/ELW.jpg

Natürlich kann man daran nicht viel sehen. Sobald ich einzelne Baugruppen fertig habe, gibt es kleine Clips der jew. Funktion.

Problematisch ist es nicht zuletzt auch, die ganze Elektronik unterzubringen. Ich brauche 7 Motortreiber (DRV8825) und will mit 2 Arduino-Nano arbeiten. Mit einem Nano habe ich nicht genügend Ports und für einen Mega o.ä. ist nun wirklich kein Platz.
Infolgedessen sieht der Basisteil schon aus wie ein schweizer Käse. Hoffentlich wird das zum Schluss alles stabil genug...

Ich bin für Anregungen und Kritik jederzeit dankbar und werde fortlaufend berichten.

Gruß
Klaus

 
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Moin,

der Drucker ist seit Vorgestern fertig und werkelt vor sich hin. Mir ist noch ein Denkfehler aufgefallen, den ich bei der Berechnung des Derotators gemacht habe:

Ich dachte, Sprünge von 2,2µm in den Ecken des Bildfeldes seien ok, solange sie kleiner als 1 Pixel seien. Das dürfte man kaum sehen...

Allerdings macht dann auch der Leitstern entsprechende Sprünge, was den Autoguider mit Subpixel-Guiding ordentlich aus dem Konzept bringen würde. Ich muss mit der Auflösung des Derotators also um einige Größenordnungen unter der Pixelgröße liegen.

Weil ich erstmal Komponenten verbauen möchte, die ich hier in meiner Grabbelkiste habe, nehme ich jetzt einen NEMA11 mit 1:100 Vorgetriebe und einen RAPS128 Treiber, mit dem ich auf 128stel Mikroschritt komme. Damit liegt die Auflösung (theoretisch) nicht mehr bei 2,2µm, sondern höchstens bei 0,7µm (Vollschritt) und 0,006µm bei 128stel Microsteps. Welche Auflösung ich tatsächlich brauche werde ich anhand des Guidings später sehen. Aber so habe ich bestimmt genügend Luft nach oben.

Allerdings ist der Stepper mit dem Vorgetriebe um einiges länger und ragt in Richtung Kamera weit über das Gehäuse hinaus. Das könnte mit der einen oder anderen DSLR eng werden. Evtl. muss ich in einer zweiten Version den Stepper für den Derotator weiter nach außen legen, was aber ebenfalls Nachteile hat.

Erstmal probieren, was geht;-)

Gruß
Klaus
 
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Hallo Klaus,

erstmal viel Erfolg beim ehrgeizigen Projekt.

Mit welchem Material willst Du denn die Mechanik drucken?

Grüße,
Gerrit
 
Hi Gerrit,

nun ja - mehr als ABS kann mein Drucker nicht :blush:

Ich hoffe aber, es wird stabil genug. Die meisten Teile sind bereits fertig und das ganze macht einen sehr stabilen Eindruck...

Gruß
Klaus
 
Hallo Klaus,

zeigen, zeigen. Ich taste mich auch gerade an ABS rann.
Sollte eigentlich für Dein Vorhaben auch reichen.

Beste Grüße,
Gerrit
 
Hi Gerrit,

der obere Teil - sozusagen das Auszugsrohr des Fokussierers mit den X/Y-Antrieben für den Autoguider:

Link zur Grafik: http://www.watchgear.de/PictureLink/FGD1.jpg

...und das Basisteil mit der Lagerung des Derotators und den Aussparungen für die Elektronik ist gerade auf dem Drucker:

Link zur Grafik: http://www.watchgear.de/PictureLink/FGD2.jpg

Wenn Du Probleme mit ABS hast, probier doch mal PETG - ein echtes Wunderfilament! Ist aber etwas flexibler als ABS, deshalb habe ich ABS vorgezogen. ABS in der Größe geht nur mit komplett isoliertem Bauraum, der sich entsprechend aufheizt. Das begrenzt allerdings die Lebensdauer des Druckers, weil die Lagerung etc. auf Dauer darunter leiden. Bei mir hat der Bauraum immer konstant 56°C - und trotzdem habe ich leichte Risse in den Flanken. Aber kein Warping...

Gruß
Klaus
 
Hallo Klaus,

japp, eine eigene Kammer für den 3D Drucker fehlt mir noch.
Auf die Idee bin ich vorgestern gekommen.

Na, ich bin mal gespannt, wie es mit Deinem Projekt weiter geht.

LG
Gerrit
 
Dann nimm lieber PETG - da brauchst Du keine Kammer. Ist allerdings sehr schwierig nachzubearbeiten. Die Feile bekommt nichts runter und der Bohrer bleibt stecken :biggrin:

Das Projekt wächst und gedeiht. Die Mechanik ist fertig und ich löte mir gerade den Wolf. Der Punkt ist nix für mich...

Gruß
Klaus
 
Hallo Klaus,

die Kammer ist flux gebaut. Da mache ich mir keine Sorgen.

Dann löte mal fleißig. :)

CS,
Gerrit
 
Sodele - die Mechanik ist fertig, die Elektronik komplett eingebaut und schon zu 2/3 verkabelt. Die Derotator-Funktion und das Guiding sollte funktionieren. Den Fokusser habe ich bisher noch ausgeklammert.

Die Software ist natürlich noch nicht fertig. Nur die Initialisierungs-Routine (einmal Endstops anfahren und ab in die Mitte) und ein rudimentäres ST4-Guiding. Außerdem macht der Derotator-Stepper alle 26ms einen Schritt - da habe ich mir passend für NGC6888 mal so grob ausgerechnet.

Das Teil sitzt jetzt auf einem kleinen 6" Newton. Das sieht zwar ulkig aus - aber für den Anfang ist es bei dem Ding kein Drama, wenn ich es ein wenig verbasteln muss.

Link zur Grafik: http://www.watchgear.de/PictureLink/FGD4.jpg

So lege ich gerade den Hauptspiegel um 25mm nach vorne, um überhaupt in den Fokus zu kommen.

Eigentlich wäre ich bereit für den allerersten Test - aber leider sieht das Wetter nicht danach aus :Trost:

Gruß
Klaus
 
Hallo Klaus,

anstatt den Spiegel nach vorne zu verlegen, würde ich den Off-Amis-Guider entfernen. Du hast doch platz auf dem Sucherhalter und ein günstiges CMOUNT objektiv sollte doch als Nachführoptik ausreichen. Wenn Du den Spiegel zu weit nach vorne bringst, dann könnte sich eine Vignettierung einspielen. Da wäre ich vorsichtig.

LG
Gerrit
 
Ich war doch noch draußen - ein paar Sterne waren ja zu sehen. Das Ergebnis war ... na ja ... ein erster Test halt :smiley46:

Die Probleme hatte ich aber in erster Linie mit der AZ-GTi...

Es fing damit an, dass ich - was die Fokuslage des Newton angeht - wohl Blödsinn gerechnet habe und ich den Hauptspiegel als allererstes mal wieder dahin zurück setzen musste wo er hingehört. Mit meinen 30mm nach vorne ging gar nichts.

Dann machte mir die Prismenschiene Probleme, die (siehe Bild oben) viel zu weit unten herausstand und beim Alignment immer vor's Stativ knallte. Da muss ich mir morgen eine bessere Lösung bauen.

Und dann hat mich die AZ-GTi kräftig geärgert. Kurzum - ich habe kein Alignment hinbekommen. Lediglich ein 1-Star-Alignment auf Altair - aber davon kann man ja keine ordentliche Nachführung erwarten. Als ich dann auf NGC6888 schwenken wollte (für den ich mir die Bildfelddrehung ausgerechnet hatte) erzählt die blöde Kiste was von irgendwelchen Limits und weigert sich. Wieso hat eine Azimutale Montierung überhaupt Limits? Egal - damit muss ich mich wohl auch noch beschäftigen.

Zu guter Letzt bin ich dann in die Polaris-Region gefahren, um wenigsten den Guider zu testen. Funktioniert hat er jedenfalls - nur viel zu schnell. Als ich dann die Geschwindigkeit um den Faktor 10 reduziert hatte, fing er die Sterne nicht mehr ein, die mangels vernünftiger Nachführung langsam über den Bildschirm zockelten.

Nun ja. Ich werde mich wohl erstmal mit der AZ-GTi im AZ-Modus beschäftigen und eine kurze Prismenschiene an den Newton bauen.

Next time better luck;-)
Klaus
 
Moin,

lange hat's gedauert und viel ist passiert - aber unter'm Strich werfe ich die Flinte ins Korn. Bzw. Ich fange nochmal ganz von vorne an. Wieso das?

Ich habe das Teil ursprünglich als normales Zubehör-Teil konzipiert. Also quasi in den Okularauszug stecken und hinten die Kamera rein. Das hatte sich schon schnell erledigt, weil ich so nirgends in den Fokus gekommen wäre.
Der zweite Schritt war dann, den OAZ vom Teleskop zu entfernen und im Derotator zu integrieren, was die ganze Geschichte natürlich schon ziemlich komplex macht.
Die ersten Tests mit dem 6" Newton zeigten aber deutlich, dass das Tubus-Gewicht mit dem schweren Derotator doch arg an die Belastungsgrenze der Montierung geht.
Also kam der nächste Schritt und ich habe den Newton entkernt und einen Leichtbautubus mit Carbon-Stangen gebaut. Außerdem habe ich einen Weg gefunden, der AZ-GTi ein Gegenlager zu verpassen um sie weiter zu stabilisieren. So weit alles gut...

Aber die Elektronik - bzw. die Art und Weise wie ich sie unterzubringen gedachte - das überfordert mich komplett und auch nach dem x-ten Versuch bekomme ich es nicht zum Laufen.

Link zur Grafik: http://www.watchgear.de/PictureLink/FGD-Newton3.jpg

Es läuft soweit - aber jedes Mal, wenn ich das ganze halbwegs sortiert ins Gehäuse bringe und die Abdeckungen anbringe, habe ich wieder irgendwo einen Kurzschluss drin. Das hat mich dann jedes Mal ein paar Bauteile gekostet und 1-2 Tage Arbeit. Nur um dann zum Schluss wieder ein Wölkchen von sich zu geben. Bei der ganzen Bastelei habe ich auch schon zwei von den 4 Motoren des Fokussierers mechanisch zerstört, weil die M3-Spindeln in dieser Phase ungeschützt in der Gegend herumstehen und einmal angestoßen war es das dann. Nachkaufen geht bei diesen Motoren auch nicht, weil momentan nirgends zu bekommen.


Also kommt jetzt alles in die Tonne und das Konzept wird anders herum aufgezäumt...


Die ganze Elektronik in den Derotator zu bauen, bekomme ich nicht hin und das ist ja auch nur notwendig, wenn man es als "wechselbares Zubehörteil" konzipiert. Die Nummer ist aber durch. Also ist es nur konsequent, dass ich das Konzept auf "azimutales fotografisches Reiseteleskop" umschwenke. Das bedeutet, ich integriere den Rotator etc. direkt im Teleskop. Auf diese Art kann ich mir auch eine bessere Lagerung erlauben und deshalb auf die Tilt-Funktion verzichten. Auch habe ich auf diese Art genügend Platz, um eine vernünftige Steuerung mit genügend Ports zu verwenden, anstatt die Funktionen auf 3 Arduino Nanos zu verteilen, deren Kommunikation untereinander auch nicht gerade stabil ist.

Die Basis des neuen Konzeptes ist also der umgebaute 6" Newton. Das ist für meine Zwecke als Reiseteleskop auch eine gute Wahl. Daran ist genügend Platz, um alles hier und da unterzubekommen.

Ich bin dann nochmal am Zeichenbrett und melde mich wieder :super:

Gruß
Klaus
 
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