Простой самодельный астрограф.
Думаю, каждый любитель астрономии когда-нибудь попадал под такое небо, что жалел, что с собой нет астрографа. Наверняка многие хотели бы иметь небольшой и лёгкий астрограф, который можно взять с собой в отпуск, поход, командировку. У меня такое желание возникло после созерцания из Крыма центра нашей галактики. Поскольку в магазинах не продавали астрографов, отвечающих моим требованиям, я решил сделать его сам.
Устройство монтировки.
Монтировка собрана на фанерной дощечке размером 160х160 мм. Упор из фанеры наклоняет дощечку на нужный угол. В механизм тонких движений я поставил обычный винт М5 с шагом резьбы 0,8 мм. Винт вкручивается в два свинченных уголка. Второй уголок используется для того, чтобы винт меньше болтался. Между уголками на винт накручены две законтренные гайки, которые ограничивают ход винта. Ручка сделана из пробки от сока, шкала наклеена на крышку от баночки. Шкала освещается красным светодиодом, который питается от литиевой батарейки через ограничивающее сопротивление 2 килоома.
Полярную ось сделал из мебельного болта М8х140. Нижний конец оси заточен под углом примерно 45 градусов и опирается на отверстие в металлическом уголке. Хорошо бы заточить ось на токарном станке, но я заточил на наждаке и притёр к отверстию. Верхний конец оси лежит на металлической пластинке, вырезанной уголком. Жестяная пластинка с дыркой не даёт оси выпасть. На ось накручены последовательно: гайка, шайба, поводок из фанеры, гайка из пластины, самодельная штативная головка, сделанная из двух уголков. Использовались, также, кольцевые прокладки из тонкого картона для увеличения рычага трения.
Думаю, что снимать чертежи не имеет смысла, т.к. всё делалось из подручных материалов. Коме того, я не считаю себя хорошим слесарем, наверняка Вы сможете сделать лучше. Загляните в кладовку, магазин, рынок, найдёте всё, что Вам надо. По сути монтировка сделана из фанеры, металлических уголков, шурупов и винтов. Для облегчения задачи приведу алгоритм изготовления.
Для испытаний я использовал фотоаппарат Canon S2 IS с 1,5х конвертером. Монтировка была установлена на фанерный столик, укреплённый на треноге от теодолита[/url]. Заодно хотел проверить работу фотоаппарата с конвертером. Эквивалентный фокус 648 мм оказался монтировке не по зубам. А вот моя монтировка №2 позволяла делать с этой аппаратурой удовлетворительные снимки :(.
Работа с монтировкой.
Можно отцепить поводок, направить фотоаппарат на Полярную звезду и фотографировать, медленно ведя поводок рукой. Регулировкой полярной оси добиться того, чтобы Полярная звезда на снимках не смещалась. Можно и не фотографировать, а наблюдать в видоискатель (монитор). Проблема в том, что Полярная звезда находится не точно на северном полюсе. Если фокусное расстояние объектива не очень большое, а выдержки не очень длинные, то такой точности хватит, если нет, то можно фотографировать с проводкой околополярную область и, сравнивая с картой, добиться того, чтобы звёзды на снимке вращались вокруг северного полюса.
Подробнее. Навожу полярную ось примерно на полярную звезду.
Фиксирую фотоаппарат так, чтобы полярная звезда была в центре кадра. Открываю
затвор и кручу ручку с повышенной скоростью. Если монтировка с мотором, то
включаю максимальную скорость. Выдержка
зависит от скорости. При 30х скорости достаточно 20-30 секунд. Смотрю на снимке
вокруг какой точки «крутятся» звёзды. Сверяю со звёздной картой или со снимком.
(Такой эталонный снимок можно получить, если сфотографировать приполярную область неподвижным фотоаппаратом с выдержкой минут 20). Если полярная ось оказалась не на месте, то смотрю куда и на сколько её надо сдвинуть. Двигая ось слежу, чтобы на экране или в видоискателе полярная звезда сдвинулась в противоположном направлении на такое же расстояние. Повторяю процедуру, пока полярная ось не встанет на место. На тёмном небе можно установить полярную ось таким способом даже с китовым объективом, но для повышения точности, лучше взять более длиннофокусный и более светосильный объектив. Обычно, я использую Юпитер-37А. Следует учесть, что на несбалансированных и хлипких монтировках при изменении центра тяжести, полярная ось может смещаться.
Но более надёжным, хоть и более трудоёмким остаётся метод смещения.
Чтобы определить, куда смещается звезда, я делаю снимок с максимальным имеющимся фокусом и с максимальной используемой выдержкой. В начале экспозиции я ручку монтировки не трогаю. Когда до окончания экспозиции остаётся несколько секунд, я, работая ручкой, догоняю время и дальше веду монтировку за временем. Получаю трек и изображение звезды в начале трека. Регулировкой положения полярной оси надо добиться, чтобы звезда лежала точно на начале трека. Заодно можно прикинуть точность шкалы монтировки. Если между звездой и началом трека есть разрыв, то часы монтировки спешат, ручку надо крутить медленнее. Если звезда находится на треке, то ручку надо крутить быстрее. По виду трека можно оценить вибрацию монтировки. Если трек напоминает осциллограмму, то придётся ждать безветренную погоду. После того, как полярная ось выставлена, монтировку надо зафиксировать. Если зафиксировать невозможно, то на основании надо карандашом отметить положение монтировки, чтобы её можно было поставить на место, если она сдвинется.
Разумеется, хорошо бы поставить на эту монтировку электропривод, но это впереди.
По мере поступления информации буду дополнять и исправлять эту статью.
Березенцев Игорь. (Berg) 27.10.2010
Дополнения буду делать в конце, чтобы не надо было пречитывать всю статью.
Сделал некоторые усовершенствования монтировки: на дощечку прикрутил жестяной лоток – гвоздикоулавливатель. (Обидно будет потерять гвоздик в темноте). Можно использовать магнит. Вместо гвоздика поставил швейную иголку, укороченную до нужной длины. Надо бы ещё поставить на ость хомут, ограничивающий смещение оси вверх, тогда ось не будет выпадать при переворачивании и монтировку можно будет транспортировать в собранном состоянии.
Чтобы проверить слабые места в механике, поставил на монтировку телескоп с большим увеличением и стал нажимать на разные части монтировки. Оказалось, что 8 миллиметровая ось недостаточно прочна – гнётся.
Звёзды бывают редко, поэтому я проверяю свою монтировку на стенде. Закрепляю монтировку так, чтобы ось была вертикально и ставлю на неё телескоп с большим увеличением (МАК-70). Телескоп балансирую так, чтобы ось монтировки опиралась на ту же часть подшипника, что и в рабочем положении. На расстоянии 13,75 метра от оси монтировки закрепляю линейку. Один миллиметр на линейке соответствует одной секунде времени. Вращая ручку монтировки можно проверить точность шкалы и плавность хода монтировки. Лучше использовать окуляр с сеткой, но если его нет, то можно взять любой сильный окуляр и следить за тем, как деления линейки уходят за край поля.
Я обнаружил, что в одной части шкалы моя монтировка спешила, в другой отставала. Оказалось, что шкала имела эксцентриситет. Пришлось центрировать её при помощи штангенциркуля.
30 января 2011г.
Монтировка №3 была сделана тяп-ляп – просто для того, чтобы проверить возможность использования такой монтировки. Тем не менее, она выдержала уже две поездки за границу и показала себя неплохо. Если снимать с неё Юпитером-37А минутными выдержками, то брака мало. Вот пример. Правда, при съёмке с более короткими выдержками разрешение получается лучше. Кое-что можно и с более длинным фокусом поснимать. Но монтировку надо тщательно настраивать. Работать с ней не удобно, да и по точности она уступает фабричным монтировкам, но у неё есть свои достоинства: небольшой вес, отсутствие дефицитных деталей, простота изготовления. Я свою монтировку сделал в ванной на табуретке, из электроинструментов использовал только дрель.
Напрягало то, что у этих монтировок надо крутить ручку не отрываясь, поэтому я начал делать электропривод.
Шаговый двигатель найти не сложно – можно купить или вынуть из старого дисковода или принтера. С драйвером сложнее – если делать самому, то надо иметь навыки, а если покупать, то дорого. У меня уже был драйвер (пульт) от монтировки EQ8, можно было его использовать. Чтобы подобрать скорость, можно поставить другой кварц. Вместо родного 3,579 мГц, я ставил кварцы 0,5 мГц и 33 мГц – драйвер работает нормально. Правда, с кварцем 33 мГц на скорости 32х двигатель гудит, но не крутится, но это уже проблема двигателя, а не драйвера.
Дополнительно я сделал ещё самодельный драйвер. Использовал простую схему на микросхемах:
1. К176ИЕ5 – кварцевый генератор и делитель частоты
2. К561ИЕ16 – делитель частоты.
3. L297 и L298 – драйвер шагового двигателя.
4. L6210 – диодная сборка
Все микросхемы включены по типовой схеме.
Драйвер управляется тремя тумблерами:
1. Включение/выключение
2. Вперёд/назад
3. Скорость 1х – 16х
Специально для проверки электроприводов я сделал ещё одну монтировку – четвёртую по счёту. Постарался, чтобы эта монтировка была достаточно крепкой, чтобы на неё можно было поставить маленький телескоп. Полярную ось сделал из шпильки с резьбой М10. Сделал упор, который с одной стороны крепится к поводку, а с другой – к нижней части оси. Таким образом, поводок крепится к оси в двух точках, а не в одной, как раньше. Ось верхней частью опирается но радиальный шарикоподшипник, а нижней – на шарик от подшипника. Для шарика высверлены конусообразные углубления как в оси, так и в опоре. Поводок, подшипник, упор, головка - всё привинчено к оси гайками. Самодельную штативную головку сделал по прежней схеме, но укрепил её дополнительным упором. Площадка головки получилась длинной, но я её пока не укорачиваю – может пригодится для второго фотоаппарата, искателя, гида. Так выглядит монтировка с одной стороны и с другой . Вместе с пультом и комплектом аккумуляторов, монтировка весит 2,1 кГ.
Для начала, попробовал самый простой привод – регулятор холостого хода автомобиля ВАЗ-2113. В этом регуляторе имеется толкатель, который под действием сигналов драйвера движется вперёд-назад. К сожалению, шаг этого толкателя грубый – 0,0417 мм. При длине поводка 143 мм, управляющие сигналы приходится подавать раз в 4 секунды. Я попробовал перевести драйвер в полушаг и уменьшить период до 2-х секунд, но оказалось, что в режиме полушага этот регулятор делает один шаг большой, а другой – маленький и уменьшения дискретности почти не происходит. :( И равномерность хода тоже получилась плохой. Вдобавок монтировка резонирует при каждом шаге.
Вот анимация съёмки М13 объективом Юпитер-37А. 17 кадров по 1 минуте. Смаз, конечно, заметен, но если учесть, что перед публикацией, снимки обычно уменьшают в 2-3 раза, то можно снимать и Юпитером-37, не говоря уже о более короткофокусных объективах.
Возможно, что плавность хода улучшится, если использовать импортный регулятор холостого хода, но он стоит в 5 раз дороже, я не стал покупать. Ход толкателя такого регулятора всего 12 мм, что при длине рычага 143 мм позволяет снимать менее 20 минут. Можно улучшить точность, увеличив длину рычага, но тогда время съёмки станет ещё меньше. Если же уменьшить рычаг, то время непрерывной съёмки будет больше, но можно будет использовать только короткофокусные объективы. На хороший результат с таким приводом рассчитывать не приходится.
Для другого привода (№2) я использовал шестерни от старого будильника. В двух металлических уголках сделаны отверстия с резьбой М5 в которые вкручен винт. Винт через иголку толкает поводок. На винт надета шестерня, которая зажата двумя гайками. Вторая, ведущая, шестерня имеет ширину 12 мм. При вращении, первая шестерня скользит вдоль второй, которую через ещё одну шестерню, крутит шаговый двигатель. При длине рычага 145 мм, двигатель шагает с частотой 4 герца, при этом, ход винта оказывается меньше 12 мм, поэтому время непрерывной съёмки составляет около 18 минут. Чтобы продолжить съёмку, я запоминаю, где в видоискателе расположена какая-нибудь звезда, перематываю винт на начало, сдвигаю головку с фотоаппаратом, чтобы звезда заняла прежнее положение и продолжаю снимать. Моя головка это позволяет. Если использовать головку от фотоштатива, то она должна быть панорамной.
При испытаниях монтировка с приводом №2 проявила себя неплохо – при съёмке Юпитером-37, из 38-ми двухминутных кадров разных объектов, в брак не ушло ни одного. Из 13-ти 30-секудндных кадров через Sky Watcher 705 (фокус 500 мм) забраковал только один кадр, а из пяти двухминутных забраковал два.
Результат - три двухминутных кадра на светлом небе.
Ещё одно испытание – снимал М13 через фотообъектив ЗМ-5А на рассветном небе. Две серии 7 и 9 кадров по 2 минуты.
Сделал анимацию.
Сложил 14 кадров в DSS.
С фокусом 500 мм брак, конечно, есть, но снимать можно.
Собираюсь сделать ещё три привода, но работа двигается медленно, а тестировать сейчас нет возможности – белые ночи. :(
1 Июня 2012 г.
Проверил свою монтировку в Болгарии, в городе Поморье. Брал с собой Canon 350Da с объективами Юпитер-37А и Tamron 28-75/2.8, а также телескоп Sky Watcher 705. Из трёх недель только две ночи не было дымки. То, что я успел наснимать за два вечера положил в отдельный альбом. Обрабатывал в DSS и в Фотошопе.
Что сказать о монтировке? Фокус 500 мм для неё, конечно, велик. Небольшой смаз есть на всех снимках и он не сильно зависит от выдержки. Характер смаза говорит, что проблема в винте. Может быть углубление для иголки расположено не по оси, может, дно углубления не ровное или шестерня закреплена эксцентрично или резьба плохая. Пока не могу сказать.
Тем не менее, даже с фокусом 500 мм удалось сделать неплохие снимки. Я думаю, фокус 300 мм для этой монтировки будет в самый раз, а может быть, и до 500 мм её удастся отрегулировать, особенно если снимать подальше от небесного экватора. По крайней мере, при съёмке с Юпитер-37А брака нет.
Несомненное достоинство этой монтировки – маленький вес и небольшие размеры (особенно в разобранном виде). Благодаря этому удалось сделать такие снимки, которые я не смог бы сделать дома ни с какой навороченной монтировкой.
Работа над монтировкой продолжается…
4 Августа 2012г.
Давно не отчитывался, уже стал забывать, что понаделал за это год. :) Народ интереса к моим конструкциям не проявляет, поэтому лень писать.
Я экспериментирую с электроприводами. Попробовал фрикционный привод (№3)
, для которого использовал двигатель от дисковода. Из двигателя выходит длинная ось, которая своим концом опирается на штатный подшипник. Я взял обрезиненный валик от принтера, насадил его на винт и прижал к нему ось двигателя пружинящей стойкой. Как я и предполагал, настроить такую конструкцию довольно сложно. Тем более, что винт у меня получился кривой, т.к. я сам его нарезал, чтобы получить мелкий шаг.
Один кадр получался нормальным, другой размазанным.
Я решил, что надёжной работы от фрикционного привода не
добиться и перешёл к приводу на прямой передаче.
Здесь винт М3 через муфту соединён с валом двигателя ST35 на 200 шагов. Двигатель закреплён так, что может свободно двигаться вдоль оси, но не может вращаться. Сделал несколько снимков через телескоп Deep Sky 70\400 . Снимал двухминутными выдержками. Процент брака небольшой. Я остался доволен как приводом, так и телескопом. Правда, поле у телескопа кривое и фокусёр гнётся, поэтому углы кадра выглядят безобразно, но что можно ждать от такого дешёвого телескопа?
Поскольку приближалось лето, а брать на отдых старое оборудование не хотелось, то я начал эксперименты с EQ-1. Для начала, поставил полярную ось на шарикоподшипники. Точнее, сверху поставил шарикоподшипник, а внизу – один шарик. В нижней части корпуса монтировки нарезал трубную резьбу 3/4" в которую ввернул сантехническую пробку. В пробке сделал отверстие с резьбой М8, ввернул в него болт. Как в торце болта, так и в торце полярной оси высверлил конусообразные углубления, в них и поместил шарик от подшипника. Ось своим торцом опирается на этот шарик. Верхний шарикоподшипник не удалось подобрать точно про размеру корпуса монтировки, остался зазор. С одной стороны положил в зазор прокладку, ещё с двух сторон под 120 градусов поджал подшипник винтами, для которых в корпусе монтировки сделал два отверстия с резьбой М5. Ось стала ходить легко.
Речь идёт о EQ-1 от DeepSky. К сожалению, EQ-1 от Sky Watcher так просто не переделаешь, там полярная ось короткая. :( Червяк в моей монтировке сделан небрежно, поэтому об астрофото без гидирования можно было не думать. Поставил на монтировку гид из QHY-5 и Юпитер-37А. Управляющие сигналы решил брать из порта QHY-5. Я знал, что это проблематично, но решил попробовать. Задача действительно оказалась сложной. После долгих экспериментов с программами Maxim DL, PHD, Guidemaster, ProGuider-2 остановился на последней. Возможно, Maxim DL лучше, но шибко дорогой, а ProGuider-2 - бесплатный. Прежде, чем ProGuider-2 заработал, ему пришлось загрузить такие драйверы:
NET Framework 2.0
NET Framework 3.5 SP1
vcredist_x86_библиотека C++.exe
SetupServer-2.1.0049.msi
SetupProGuider-2.1.0049.msi
QHY5 ASCOM Plugin драйвер Ивана.
Правда, ProGuider-2 при нажатии на кнопку «рестарт» выдаёт ошибку, но работает. Драйвер QHY-5 при каждом подключении приходится инициализировать заново. Кроме того, мне не удалось заставить работать на одном компьютере ProGuider-2 и QGVideo.
Ну и ладно. Главное, что гидирование заработало!
На монтировку поставил электропривод для EQ-1, купленный в магазине (тот, который с пультом). Управляющие сигналы с порта QHY-5 подал без развязки на кнопки пульта, один – на кнопку «2х», другой на кнопку «стоп» по схеме из интернета. Для подключения поставил в пульт разъём для стереонаушников. Кабель сделал сам.
Испытал монтировку с телескопом Travel scope 70. Не идеально, но снимать можно.
Чтобы повысить точность ведения, вместо червячного привода,
решил использовать свой – на винте. Для этого сделал очередной привод №5 .
Использовал недорогой шаговый двигатель с редуктором 64х. Пластмассовые шестерни в редукторе не вызывают доверия, но пока двигатели работают. Двигатель оказался униполярным, поэтому чтобы подключить его к моему биполярному драйверу пришлось разъединить обмотки. Контакты двигателя закрывала пластмассовая крышка, снять которую оказалось не просто, поэтому я просверлил в крышке дырку и разрезал дорожку через дырку. Двигатель через муфту соединён с винтом М4 который ввинчивается в зафиксированную гайку. Корпус двигателя может смещаться по направляющим вдоль оси, но не может вращаться. Привод получился малогабаритным, но мне в кустарных условиях не удалось добиться высокой точности изготовления, корпус двигателя «гулял», точность была не высокой. Позднее я сделал ещё один привод по такой же схеме (№5а), но для повышения точности его пришлось сделать больше размером. Привод установил на пластину, прикрученную к корпусу монтировки, поводок прикрутил к шестерне. Монтаж, демонтаж можно произвести без разборки монтировки, поэтому менять приводы – не проблема.
Для работы с гидом пришлось доработать самодельный драйвер. Он у меня собран на микросхемах L297 и L298. Поставил в корпус драйвера разъём для подключения сигналов гида. Перевёл драйвер в режим полушага, для этого соединил ножку 19 микросхемы L297 с +5 В через сопротивление 10 кОм. На эту ножку я подаю один из сигналов с гида. Если сигнал приходит (0 вольт), то драйвер переходит на полный шаг и монтировка крутится в 2 раза быстрее. Второй сигнал гида (на замедление) подаю на контакт 10 той же микросхемы. Под действием этого сигнала двигатель останавливается. Чтобы при перемотке назад, драйвер переходил на полный шаг, я соединил через диод контакты 17 и 19 микросхемы (плюсом на 19).
Дальнейшие эксперименты с EQ-1 пришлось отложить, так как мне в голову пришла ещё одна идея – использовать для походного астрографа фото штатив. Принцип такой – между штативом и головкой ставится экваториальный клин. На клин ставим двигатель с винтом, к головке прикручиваем поводок. Винт толкает поводок и крутит головку. Надо, чтобы головка была панорамной, т.е. чтобы положение шаровой пяты и положение головки по азимуту фиксировались разными винтами.
Для этой цели лучше подходят дорогие штативы, но я пожадничал и купил недорогой Rekam RT-P35. Его головка мне понравилась, а вот тренога слишком хлипкая, зато лёгкая.
Ну, треногу и заменить можно. Впрочем, и родная тренога справилась со своими функциями. Получился вот такой походный астрограф. Вид сзади. Вес монтировки с треногой, пультом и аккумуляторами – 2,6 кГ. Если учесть, что фотоаппарат с объективом немного тяжелее килограмма, то для съёмки без гидирования нужно тащить с собой меньше 4-х килограммов. Если нужен гид, то ещё ноутбук - 1,36 кГ и гид 0,83 кГ. Всего около шести килограммов – вполне носимо.
Испытывал астрограф в Железноводске. Использовал привод №5а и Canon 350Da с Tamron AF 70-300/4-5,6 Di LD macro. Астрограф показал себя удовлетворительно – примерно половина минутных снимков на 300 мм без гидирования не имеют смаза. А вот атмосфера была плохой, поэтому хвастаться нечем.
В начале августа 2013 года ездил в Болгарию – город Поморье.
Там атмосфера была лучше, поэтому удалось провести полномасштабные испытания
астрографа. Широта такая же, как в Железноводске, поэтому клин переделывать не
пришлось. Я к Болгарии поставил на монтировку привод №6, для
которого использовал шестерни, заказанные на заводе. Они уже давно дожидались
своего часа.
При испытаниях на стенде привод №5а давал погрешность до 3-х секунд времени. Я надеялся, что привод №6 будет точнее, но ошибся. Вал был кривой, поэтому не удалось сопрячь шестерни без зазора. Если в одном положении шестерни прилегали полотно, то в другом образовывался зазор. От ударов двигателя ведомая шестерня резонировала. Точность была примерно как у привода №5а. Хорошо бы смазать шестерни такой же смазкой, которая применяется в фотообъективах и в штативных головках, но у меня такой смазки нет. Смазал пока силиконовым вазелином. Со смазкой и под нагрузкой привод стал работать лучше. При съёмке Canon 350Da с Tamron AF 70-300/4-5,6 Di LD macro на фокусе 300 мм статистика получилась такой: без гидирования при 60 сек выдержки больше половины кадров получается без смаза. 120 сек – почти все со смазом, хотя и небольшим. Если снимать Юпитером-37А с выдержкой 60 сек, то брака нет.
С гидированием: фокус 300 мм до 4-х минут – брака нет. Правда, результат зависит от точности установки полярной оси, а выставить её не так просто: с изменением центра тяжести полярная ось уходит.
Мой дешёвый Тамрон на 300 мм даёт не чёткое изображение. Если взять хороший объектив и фотоаппарат с многопиксельной матрицей, то, вероятно, смаз будет заметнее.
Всё, что наснимал в Болгарии положил в отдельный альбом. Обрабатывал в DSS и в Фотшопе.
26 августа 2013г.
Есть продолжение.