XVIII. Tudnivalók a mechanika-hajtómű (ó-görögül: óragép) nyűgjeivel kapcsolatban
A fényképezésre/mérésre használt távcső-mechanikák egyik (vagy talán „A”) legfontosabb eleme a rekta és dekli hajtómű, de ezek közül is elsősorban a rekta-hajtómű, mivel ez tartja célon „rezzenéstelenül” a távcsövet a többperces expozíció közben.
Nagyon sok típusuk létezik, lehetséges csoportosításaik pl.:
• Meghajtás: gravitációs, rugós vagy elektromos
- Elektromoson belül: szinkronmotoros vagy léptetőmotoros
• Nyomaték-átvitel a tengelyre: csigahajtóműves, dörzshajtásos, fogasszíjas vagy direct-drive
• Hajtómű-áttételek: „normál” fogaskerekes, bolygóműves, fogasszíjas, hullámhajtóműves
• Szabályozás: mechanikai reduktoros, elektromosan visszacsatolt
- Elektromosan visszacsatolton belül: opto-elektronikus (autoguider) vagy elektro-mechanikus (Telescope Drive Master)
De lehetne még recézni a felsorolást további osztályozásokkal.
Praktikus okokból itt most csak az elektromos meghajtású és visszacsatolású, „normál” fogaskerekes (és fogasszíjas), csigahajtóműves összeállítással foglalkozom (hiszen manapság a boltok polcain gyakorlatilag tízből tíz ilyen típus).
Mint minden lassító áttételekkel rendelkező hajtómű esetében, itt is az a cél, hogy a bemenő hajtás fordulatszámát előírt mértékben lassítsuk, s ezzel egyidejűleg a bemenő forgató nyomatékot megnöveljük. (Megjegyzés: a legjobb megoldás a direct-drive, amikor maga a RA-tengely a meghajtó motor forgástengelye, s így gyakorlatilag nincs is hajtómű, de ez igen kifinomult és nagyteljesítményű szinkron meghajtást igényel, ami manapság még nagyon nem olcsó…)
A fenti módon lehet elérni, hogy pl. egy nagy fordulatszámra tervezett és kis nyomatékot tudó, viszonylag picike szinkronmotor képes meghajtani egy nagy és nehéz, akár 16”-os Meade LX200ACF tubust hordozó villás mechanikát. A motor tengelye és az RA tengely közötti áttételek száma, arányai nagyon változatosak lehetnek az akár 1:1-től (direct-drive) kezdve a tiszta csigahajtáson át (amikor a motor tengelye közvetlenül a csigaorsót hajtja) egészen a nagy, akár többszázas vagy többezres (!) áttételi arányokkal működő hajtóművekig. Természetesen az előbbi esetben meglehetősen nagy nyomatékú, és finom lépésközű, precíz motort kell alkalmaznunk, míg a nagy áttétellel működő hajtóműveket egészen kis motorokkal is lehet hajtani. Azonban nem szabad megfeledkezni a hajtóművel szemben támasztott rugalmasságról sem, mivel az nem elegendő, ha szépen és simán hajtja a vezetést kb. 15"/sec sebességgel, de a goto pozicionálást is szeretnénk elalvás nélkül kivárni, amihez viszont több °/sec szögsebesség kell... Ezért több, leginkább "házi készítésű" mechanika esetében alkalmaznak kettős meghajtást az óratengelyen, két külön motorral és hajtóművel: egyet a nagyon finom vezetési képességekhez, egyet pedig a nagyon gyors átállásokhoz - természetesen automatikus tengelykapcsolókkal. A fentebb már említett, és nagy felbontású enkóderrel szerelt direct drive tökéletesen tudja mindkét feltételt: egy-két másodperc (!!!) alatt képes akár 180°-ban átállni és rögtön utána szub-ívmásodperces hibával vezetni (bár "kicsit" többe kerül, mint egy EQ6
![nevet :lol:](./images/smilies/icon_lol.gif)
).
A "hétköznapi" gyakorlatban használt hajtóművek esetében örvendetesen terjednek a fogasszíjas áttételek. Ez azért előnyösebb, mivel a fogaskerekek pont-pont (esetleg a jobb és már bejáratott fogaskerekeknél vonal menti) hajtás-átvitelével szemben a szíj (mind a lapos, mind a fogazott) viszonylag nagy felületen viszi át a nyomatékot, az egyes megmunkálási hibák többé-kevésbé átlagolódnak, s így sokkal simább fordulatszám-átvitelt biztosít; a fogasszíj ráadásul csúszás- (slip) mentesen.
Fontos tudnunk, hogy mind a szinkronmotorok, mind pedig a léptetőmotorok ún. frekvencia-vezérelt meghajtások. Azaz a bemenő áram és feszültség változásai (bizonyos határokon belül természetesen) nem hatnak a fordulatszám stabilitására. Nem így a hőmérséklet: a vezérléshez időalapot szolgáltató kvarc-oszcillátor alapfrekvenciája módosul a hőmérséklet változásával, ezért fontos, hogy milyen pontossági osztályú típust építenek be egy-egy vezérlésbe. (Bár az egyéb mechanikai hibák nagyságrendje – az esetek túlnyomó többségében – jócskán elfedi az oszcillátor-frekvencia elcsúszását, ezért nem kell túllihegni ezt a jelenséget, de semmiképp sem árt tudni róla…)
Továbbá, ha a mechanika bármely okból megszorul, vagy pl. a tubus beleütközik a lábba, akkor csupán annyi történik, hogy a motor tengelye blokkolódik, s így a meghajtás kiesik a szinkronból. Magyarul a motor tengelye (a rotor) nem tud együtt forogni az őt forgásra kényszerítő mágneses térrel, s ezért a rotor „rángatózni” vagy ugrálni fog két lépés között, ami hangos, recsegő hangot produkál. Ez – legalábbis rövidtávon – ugyan nem károsítja a motort, de semmiképp sem használ.
A hajtómű tervezése, felépítése, gyártási technológiája és összeszerelési pontossága mind-mind alapvetően határozza meg a mechanikánk periodikus hibáját – PH (angolul Periodic Error – PE). (Szuper-kezdők számára: periodikus hiba – PH – alatt értjük a távcső követési pontatlanságának azon összetevőit, amelyek az idő múlásával, azaz a hajtómű tengelyeinek forgása során folyamatosan ismétlődnek; megkülönböztetendő az ún. aperiodikus hibáktól, amelyek egyszeri, véletlenszerű események következtében állnak elő – pl. forgácsszemcse a csapágy futófelületén, vagy ún. szélpuff - széllökés.) A PH hiba jellemzően több különböző frekvenciájú és amplitúdójú „fordulatszám-imbolygás” szuperpozíciójaként áll elő, azaz mintegy egymásra rakódnak a hajtás különböző elemeinek saját PH-i. Így a hibagörbe (amit pl. egy visszacsatolás nélküli vezetéssel tudunk kimutatni és mérni) hasonlóan néz ki, mint a Bükk-hegység vagy a Mátra sziluettje az Alföldről nézve: több kisebb-nagyobb csúcs és völgy váltogatja egymást látszólag rendszertelenül – csupán egy nagyobb periódusra ráülve.
Fontos!!! Az összes hiba-összetevő a hajtómű különböző forgó eleminek megmunkálási és szerelési pontatlansága miatt jön létre, s ezért egyértelműen beazonosíthatók a keletkezésük helyei és okai. Mindehhez, csupán a felvett PH frekvencia-spektrumát kell kiértékelnünk.
Legalább két (de inkább kettő és fél) csigaorsó fordulatnyi időtartományról készítsünk követési hiba felvételt, mivel ez a leghosszabb periódus, ami – gyakorlati szempontból – érdekes a számunkra. Ezt az időt úgy tudjuk kiszámolni, hogy az óratengely egy körülfordulásának időszükségletét (durván 24 óra) elosztjuk a csigakerék osztás-számával: pl. EQ6 esetében (24*60)/180=8perc/periódus. (Megjegyzés: a leghosszabb periódusú hibát maga a RA tengely csapágyazása és a csigakerék megmunkálási/szerelési hibája teszi a rendszerbe, de ennek periódusa 24 óra, és órás nagyságrendű expozíciót nem alkalmazunk az amatőr vagy félprofi gyakorlatban – de a profik is csak ritkán, pl. távoli extragalaktikus színképek felvétele esetén.)
EQ6-PE-TDM.jpg
A fenti képen egy EQ6 periodikus hiba-görbéje látható, ahol 650s-nál (a 11. percben) bekapcsoltam a TDM-et. A képen jól megfigyelhető a 8 perces (480mp-es) fő-periódus, és az arra rárakódó 3db másodrendű hiba (kb. harmad-akkora, 160mp-es periódusidővel), valamint a még nagyobb frekvenciájú hibák. Érdemes a felvett hibagörbét frekvencia analizátor programmal lefuttatni, ami az egyes összetevők frekvenciáját (vagy ennek reciprokját, azaz periódusát) és amplitúdóját meghatározza. (Később lehet, hogy teszek fel ide frekvencia-spektrum ábrát is, de most nem találom a szoftvert, mert már rég használtam, bocsi…)
Általánosan érvényes megállapítások:
1. Egy hiba periódusa annál rövidebb (frekvenciája annál nagyobb) minél előrébb keletkezik a hajtásláncban (azaz a motorhoz közelebb), hiszen relatíve gyorsabban forgó tengelyről származik.
2. Egy hiba amplitúdója annál kisebb, minél előrébb keletkezik a hajtásláncban (azaz a motorhoz közelebb), hiszen az áttételi aránnyal, azaz a fordulatszámmal együtt csökken a fordulatszám-eltérés mértéke is.
3. A hiba okozójának (hogy melyik tengelyen kell keresni a problémát) pontos „tettenéréshez” csupán az áttételi arányokat kell – a fent már ismertetett módon – kiszámolni, és összevetni a frekvencia-spektrummal. Ebbe a 200 vagy 400 lépéses léptetőmotor rotorjának (mikro-) lépési pontatlansága is bele tartozik!
4. A legkárosabbak a rövid periódusú, ugyanakkor nagy amplitúdójú hiba-összetevők, mivel ezek kompenzálásához rendkívül gyors működésű korrekciós algoritmusra van szükség; itt a TDM jó megoldás lehet a 30Hz-es mérési és 5Hz-es beavatkozási frekvenciájával +/- 0.5”-en belül tartva a hibát (lásd a fenti mérésen). Ha egy mechanika alapvetően sima járású (pl. egy dörzshajtásos), és lassan változó, bár akár jelentős mértékű a PH-ja, azt egy auto-guider is könnyebben korrigálni képes a maga másodperces nagyságrendbe eső korrekciós algoritmusával. De aranyszabály: a legkönnyebben korrigálható hiba az, ami nincs!!! (De sajnos mindig van…)
5. Fontos még említést tenni az ún. lebegés jelenségéről is (ez a hangtanból ismert, de a mechanikában is létezik). Ha két, egymáshoz közeli (1:1-es) áttételt alkalmaznak (amit néha, konstrukciós okokból tesznek a hajtóműbe, és ami szintén sohasem 1:1, hanem e körül ingadozik kisebb-nagyobb mértékben), akkor megjelenik egy nagyon hosszú (de itt változó, mivel nem konstans a frekvencia-különbség) periódusú lengés is a hajtásban, ami akár sokszorosa is lehet a leghosszabb „valós” periódusnak is. (Az okokba itt nem mennék bele, a Wiki leírja.)
A hiba az érintett tengely BÁRMELY alkatrészéről eredhet. Azaz lehet a nem megfelelő minőségű és/vagy terhelésű csapágy, lehet a csapágyház nem középpontos megmunkálása, a tengely excentricitása, a teljesítményt átvivő gépelem (pl. fogaskerék, fogasszíj-tárcsa) excentrikus megfogása vagy excentrikus elkészítése, a szíj vastagságának változása, a fogaskerék fogainak sérülése, stb.-stb.-stb.
Tehát a fenti analízissel jól be lehet határolni a hiba keletkezésének helyét, de a tényleges hiba-feltárás további vizsgálatokat kíván.
S végül még valami. Paradoxonnak tűnik, de nem az: az áttételek abszolút hibájának hatása mindig relatív: ugyanis a méretektől függ. Egy 300mm-es átmérőjű csigakerék esetén a csigaorsó által a kerék kerületén okozott 50 mikronos RA tengely pozíció-eltérés szinte észrevehetetlen egy szintén 50 mikronos orsó-hibához képest, ami ugyanakkor egy 80mm átmérőjű csigakeréken jelentkezik. Ezért irreális egy EQ akárhánytól (RAØ=90mm) pl. az Astro-Physics (RAØ=262mm) pontosságát akár csak megközelítő minőséget elvárni e tekintetben (is). Azaz minél kisebb a csigakerék átmérője, annál nagyobb lesz a periodikus hiba, még azonos pontosságú megmunkálás esetén is.
Végül egy érdekes olvasmány, ami a szívemből szól
![Zöld úr :mrgreen:](./images/smilies/icon_mrgreen.gif)
: (EQ6 tuning, egy műszaki rémálom):
http://www.bloomingstars.com/tuning-the ... nightmare/
Nincs meg a kellő jogosultságod a hozzászóláshoz csatolt állományok megtekintéséhez.
Egy mérés nem mérés, két mérés fél mérés; három méréssel már lehet kezdeni valamit...