Bastelprojekt "Bewegter künstlicher Stern"

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Frank_Albert

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Hallo allerseits.

Wollte hier mal kurz folgendes Bastelprojekt vorstellen:
Ein künstlicher Stern, der sich mit genau definierter Geschwindigkeit bewegt, sodass man nicht nur die Optik, sondern auch die Nachführung kontrollieren kann. Eines vorweg: das Ganze ist billiges Versuchsstadium und noch an vielen Stellen verbesserungsfähig und auch der Nutzen einer solchen Gerätschaft ist sicherlich begrenzt. Aber dazu weiter unten mehr.

Konstruktion:

Künstlicher Stern (KS):
Ein Stück Glasfaser mit 0,05mm Durchmesser, dass von hinten mit einer weißen LED beleuchtet wird. Das Ganze ist der besseren Handhabung wegen inkl. Vorwiderstand in einem zylindrischen Aluminiumgehäuse verstaut.

Mechanik:
Sicherlich gibt es fertige Linearmodule, die die geforderten Anforderungen einwandfrei erfüllen (exakt, spielfrei, etc.). Die kosten allerdings ordentlich Geld, zumindest zu viel für so einen Versuchsaufbau. Also musste eine Gewindestange aus dem Baumarkt her, die von einem Schrittmotor aus der Rümpelkiste angetrieben wird und einen kleinen Wagen über ein Aluprofil zieht, auf dem sich der KS befindet. Da sich der Stern auf einer geraden Linie bewegt und somit dessen Geschwindigkeit nicht konstant ist und außerdem sehr genau stimmen muss, wird der Motor von einem Mikrokontroller angesteuert. Die ganze Konstruktion wird in genau zehn Meter Entfernung zur RA-Achse der Montierung mit etwa 50° Steigung aufgestellt. Der Stern fährt in Ausgangsposition und setzt sich auf Druck auf den Taster der Fernbedienung in Bewegung bis die Taste erneut gedrückt wird, oder die Endposition erreicht ist. Dann fährt er wieder in Ausgangsposition. Die DE-Achse der Montierung steht dabei auf 90°. Bei einem Verfahrweg von gut 90cm ergibt sich bei zehn Meter Entfernung eine maximale Nachführdauer von etwa 21 Minuten.

Link zur Grafik: http://img403.imageshack.us/img403/9600/antrieb.jpg
Antrieb

Link zur Grafik: http://img28.imageshack.us/img28/4646/antriebmittreiberplatin.jpg
Antrieb mit Motortreiberplatine

Link zur Grafik: http://img20.imageshack.us/img20/6803/gesamtaufbauvonoben.jpg
Gesamtaufbau von oben

Link zur Grafik: http://img98.imageshack.us/img98/5296/mcboard.jpg
Microcontrollerboard

Probelauf:

Der KS wird in der Scheune mit etwa 50° Steigung gegen einen alten Kühlschrank gelehnt und über eine Strombox mit Energie versorgt. Das Teleskop (C8) wird in möglichst genau zehn Meter Entfernung davon aufgestellt und die Montierung (SP-DX) so ausgerichtet, dass sich das Blickfeld bei DE=90° genau entlang der Schiene des KS bewegt. Nach Anbringen, Fokussieren und Ausrichten einer Webcam wird die Polhöhe etwas verstellt, sodass der KS mit der Zeit von links nach rechts über das Bild driftet und sich der Schneckenfehler in einer senkrechten Bewegung bemerkbar macht. Der folgende Lauf wird auf Video aufgenommen und die Einzelbilder anschließend mit Giotto (Danke!) aufkumuliert.

Ergebnis:

Es wurden zwei Testläufe durchgeführt, wobei die Verstellung der Polhöhe beim zweiten Mal in die andere Richtung erfolgte, sodass sich ein positiver Schneckenfehler einmal nach oben und einmal nach unten auswirken sollte. Im Ergebnis sieht man bei beiden Aufnahmen einen Schneckenfehler über zwei Perioden von etwa 30 Winkelsekunden, was sich mit einer früheren Messung am echten Stern deckt.

Link zur Grafik: http://img689.imageshack.us/img689/5804/berlagerung1.jpg
Überlagerungsbild Probelauf 1

Link zur Grafik: http://img262.imageshack.us/img262/746/berlagerung2.jpg
Überlagerungsbild Probelauf 2

Grüßle

Frank
 
Hallo Frank,

erstmal danke für Deinen Bericht, Du hast hier ein Thema aufgegriffen, das eigentlich viele beschäftigt. Der Nutzen ist glaube ich größer als Du denkst, denn damit kann man nicht nur den Schneckenfehler bestimmen, sondern auch seinen Autoguider testen.
Autoguider-Tests waren zumindest meine Sorge, und die von Bekannten auch. Für Guider-Tests muss die Anordnung nicht einmal perfekt sein, sondern sich nur im Rahmen dessen bewegen, was der Guider korrigieren können soll.

Ich denke, ein zentrales Problem dessen, der Deine Idee aufgreifen will, ist die einfache Umsetzung. Gerade Schrittmotor plus Elektronik und uC-Software und Equipment zur Programmierung sind Faktoren, mit denen nichtmal ich als E-Techniker mich in meiner Freizeit mehr herumschlagen möchte, wenn ich bloß meinen Guider ab und zu modifizieren und testen will.

Man müsste mal ausprobieren, wie mechanisch belastbar ein einfaches (schleichendes) Uhrwerk z. B. von Conrad (z. B. 463077) wäre, und ob man damit den Effekt nicht auch erzielen könnte.
Idee z. B.: kleine Umlenkrolle an Sekundenachse, über die ein Faden läuft (entweder endlos oder mit kleinen Gewichten an den Enden), an dem ein Glasfaser-Ende bestigt ist.

Viele Grüße, Henning
 
Hi

Das klingt sehr nützlich - Schneckenspiel testen/einstellen/testen, Autoguider testen etc. - und das alles am Tag oder zumindest nicht während das Wetter gut genug für Beobachtungen wäre.

Für die meisten dürte das jedoch zu kompliziert sein - der Antrieb ist ja im Prinzip der einer Astrotrack und stellt Anforderungen an die Elektronik/Steuerung, die viele nicht erfüllen können.
Mit kommen da 2 Alternativen in den Sinn, die simpler wären:
1. Die Gewindestange und die Schine biegen. Damit hätte man einen Kreisbogenabschnitt, sozusagen ein Stück Himmel. Wäre dann zwar nur für einen bestimmten Abstand zum Gerät vrewendbar, aber das lässt sich ja planen. Der Antrieb könnte dann über einen simplen Synchronmotor für 2€ bewerkstelligt werden, wer ohne Netzspannung arbeiten möchte käme mit einer 08/15 Schrittmotorsteuerung hin, in die micht eingegriffen werden muss.
2. Planetariumssoftware auf einem möglichst großen Monitor oder mit Projektor. Die Projektionsart des Himmels lässt sich ja einstellen. Mein allererster Guider wurde damit auch getestet - es klappt, aber es ist knifflig, die richtige Größe des Ausschnitts zu finden. Bei Monitoren kommt durch die kleine Größe noch hinzu, dass man entweder nur für sehr kurze Zeit nachführen kann - wo der Schneckenfehler zu selten sichtbar wird - oder aber eine andere Optik braucht.
3. Wenn nur der Guider getestet werden soll tuts auch eine zweite Montierung mit Laserpointer. Wer keine hat kann eine Barndoor basteln und ebenfalls mit Schrittmotor oder Synchronmotor laufen lassen. Fraglich wäre, ob der Himmel gebogen sein muss oder obs auch eine flache Wand tut.
4. Als Abwandlung von 3. täts evtl. auch ein Zimmerplanetarium, falls vorhanden.

cs
Jürgen
 
Hi Henning

Mit Uhrwerken hab ich auch schon etwas getüftelt - selbst mechanische zicken rum, wenn etwas Belastung gefordert ist. Chancen hat man da eher mit diesen elektrischen Bahnhofsuhren - also Synchronmotoren - oder sehr großen kräftigen mechanischen. Die kosten aber ne Stange Geld.
 
Hallo Frank,

also ich finde deinen künstlichen Stern wirklich sehr gut. :super: Ich hätte vor ein paar Jahren genau deine Anleitung benötigt um so was zu basteln. Auch wenn es etwas komplizierter ist, ich denke wenn man sich ein wenig damit auseinander setzt, kann man es schon ganz gut Nachbauen.

Könntest du vielleicht noch eine Stückliste hier posten was man genau braucht und eventuell wo man es bekommt und mit welchen Kosten man rechnen muss?

CS,
Michi
 
Hi Jürgen,
ich hab schon oft und vergeblich nach einem einfachen und günstigen Schrittmotormodul gesucht, das nichts kann außer einen Motor (4-Strang) konstant drehen zu lassen - mit digitaler Drehzahleinstellung z. B. über Dip-Schalter. Kennst Du eins?

Und erklär doch mal bitte, wie Du Dir eine gebogene Gewindestange vorstellst.
Grüße, Henning
 
Hi Henning

Es gibt simple Experimentierboards für Schrittmotoren - ebenso wie 'Grundlagenschaltungen'.
Drehzahlverstellung in der von dir beschriebenen Form müsste ebenfals möglich sein - bekannt wäre mir dazu aber nichts. Evtl. Mal im Roboternetz umschaun.

Mehr zu gebogenen Gewindestangen findest Du bei den Barndoors - im Prinzip biegt man die als Kreissegment. Der Mittelpunkt dieses Kreissegments liebt da in der Achse, um die beiden Bretter gleichmäßig zu bewegen. Hier wäre der Kreismittelpunkt eben die Aufnahmeoptik.

cs
Jürgen
 
Hi,

ich denke man könnte den Kreisbogen auch hinbekommen ohne eine Gewindestange zu biegen (was bei der Drehung ziemliche Belastung für den Motor erzeugen würde).

Man kann die Gewindestange gerade befestigen und die lineare Bewegung des Schlittens über einen Bowdenzug auf eine gebogene Konstruktion übertragen. So könnte die Seele eines Bowdenzugs zum Beispiel in einem transparenten Schlauch geführt werden und dieser wird in einem Kreisbogen montiert.

Alternativ könnte man eine dünne Gardinenleiste in den Kreisbogen installieren und erhält dadurch eine gerade Öffnung für direkten Blick auf den Stern. Der Bowdenzug kann dann noch mit den passenden Gardinenrollen in der Leiste geführt werden.
 
Hi Peter

Die Belastung durch das verbogene Gewinde kann man glaub ich vernachlässigen - selbst bei Radien von nur 20cm klappt das idr. - hier wären es ja mehrere Meter.
Die gebogene GEwindestange würde aber anderes koplizieren: Diese müsste ja starr sein, und der Stern müsste angetrieben werden, d.h. auf einem Schlitten mit Motor sitzen.

Die Idee mit dem Bowdenzug gefällt mir aber: Man könnte ja auch einfach eine Schnur von einer Rolle aufwickeln lassen und den künstlichen Stern davon ziehen lassen.

cs
Jürgen
 
Bei der Länge die du benötigst müßte die gebogene Stange ja an mehreren Punkten fixiert sein. Das geht aber nicht wegen dem Schlitten der auf ihr über die ganze Distanz laufen soll.

Über das Aufwickeln einer Schnur hatte ich auch kurz nachgedacht aber eine Gewindestange hat eine viel bessere Übersetzung. Weiterhin ändert sich die Einzugsgeschwindigkeit der Schnur abhängig von der Dicke der Wicklung. Dein Stern würde also immer schneller werden bei gleicher Trommeldrehzahl. Das ist nur schwer zu kompensieren.
 
Zuletzt von einem Moderator bearbeitet:
Hallo,
an eine Schnur, die über einen Kreisbogen läuft dachte ich auch schon. Die Gardienenstange als Führung find ich super :super:

Um die Aufwicklung zu umgehen, könnte man die Schnur endlos (als Ring) laufen lassen. Man müsste allerdings ca. den halben Schnurdurchmesser zum Radius der Antriebsrolle hinzufügen, um die Drehzahl zu errechnen.

Möglich wäre auch eine Legokette, da hat man eine definierte Geschwindigkeit, aber wahrscheinlich ruckelt die und hat mehr Reibung. Oder stattdessen ein Zahnriemen aus einem alten Drucker, aber bei allem was Zähne hat sieht man wahrscheinlich einen Ausschlag bei der Messung des Schneckenfehlers!?

Ach, oder die Kombination :mauer: : man lässt die Gewindestange drehen, aber nicht direkt den Schlitten transportieren, sondern eben über einen Seilzug ziehen. Dann hätte man einen ruckelfreien Antrieb und trotzdem eine Kreisbewegung des Schlittens entlang einer Schiene.

Fehlt noch was? Der Schrittmotor: Jürgen, was ich meinte wäre etwas das (fast) jeder hier im Forum aufbauen kann, idealerweise ein Fertigmodul, und nicht viel kostet...
 
nabend allerseits.

Hoppla, hier ist ja richtig was los. Hab' schon etwas länger nicht mehr ins Forum geschaut. :-)

Die Idee mit der gebogenen Anordnung hatte ich relativ schnell verworfen, da mir keine praktikable Lösung dafür eingefallen war. Mir erschien es einfacher, dir Geschwindigkeit zu varieren. Bei -richtig gewählter- konstanter Geschwindigkeit würde sich bei einem Verfahrweg von einem Meter und einem Abstand von zehn Metern nach meiner Rechnung ein Fehler von etwa plusminus drei Bogensekunden ergeben. Zum Trainieren eines Guiders ist das sicher kein Problem, und es würde sich wahrscheinlich auch mit einem Uhrwerk oder Ähnlichem bewerkstelligen lassen, sofern es nicht tickt (Musste mich erstmal beschlauen, was ein schleichendes Uhrwerk ist.).
Die Lösung mit Monitor erscheint mir nicht praktikabel, eben wegen der zu kleinen Diagonale. Ein Beamer wäre vielleicht die Lösung. Man müsste aber eine Sternabbildung wählen, die subpixelgenau wandert, da z.B. bei einem 800x600 Beamer bei 20 Minuten Laufzeit ein Zeilenpixel gleich 22,5 Bogensekunden ausmacht.
Schwieriger ist es, denke ich, überhaupt die korrekte Geschwindigkeit einzustellen. Beim Mikrokontroller kein Problem. Nach dem ersten Testlauf wurde die Abweichung (trotz Quarzsteuerung) gemessen, der entsprechende Korrekturfaktor berechnet und dieser dann in das Programm des Controllers übernommen - bumms - fertig.
Noch einen Vorteil hat der Aufbau mit dem Controller: der Komfort. Über eine einfache Kabelfernbedienung (zweiadriges Kabel mit Taster) kann man die Anordnung starten, stoppen und zurückfahren ohne das Teleskop zu verlassen. So kann man, gerade wenn man alleine ist, die geringe zur Verfügung stehende Laufzeit optimal ausnutzen. Ganz nebenbei kann man sich den aktuellen Betriebszustand ganz einfach mit LEDs anzeigen lassen.
Aber der Hauptgrund für die Verwendung eines MCs für mich war, dass ich nicht wusste, wie ich's anders machen soll (Die Idee mit der zweiten Montierung mit Laserpointer ist interessant. Hab' leider nur eine Monti.). Außerdem hatte
ich mir mal so ein Mikrocontroller-Testboard aus Interesse zugelegt und jetzt verzweifelt nach einer Anwendung gesucht. Ein Schrittmotor lag auch noch rum (unipolar) und ein Treiberbaustein, mit dem man die einzelnen Spulen des Motors per Parallelschnittstelle eines Rechners ansteuern kann. Beides wurde zuvor in einem Barndoor verbaut, noch bevor ich mir die gebrauchte SP-DX zugelegt hatte.
Beim Mikrocontrollerboard handelt es sich um ein myAVR Board MK2 (wie gesagt, so ein Übungsboard mit allerlei Drumherum). Der eigentliche Controller kostet 3,25€, das Treiber-IC ULN2003 (geht nur bei unipolaren Motoren) bei Conrad 1,18€. Wenn man das Drumherum auf das Nötigste (Spannungsversorgung, Quartz, ein paar LEDs mit Vorwiderständen, Lochrasterplatine, etc.) beschränkt, kommt man vielleicht mit 15-20€ plus Mechanik aus.

Grüßle

Frank
 
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