Seurantalaite tähtitaivaan kuvaukseen (ladon ovi -malli)




Seurantalaite tähtitaivaan kuvaukseen

DIY ladon ovi -malli


Valmis seurantalaite


Olen kuvannut tähtitaivasta ja varsinkin Linnunrataa jonkin verran, mutta tulos ei ole minua tyydyttänyt. Kalustona on Nikon D810 ja objektiiveina Sigman 24mm Art sekä 50mm Art. Ongelmaksi tulee vähäinen valotusaika.
Tutkin netistä mahdollista ratkaisua asiaan ja pitkän etsinnän tuloksena päädyin rakentamaan seurantalaitteen, joka eliminoi maapallon pyörimisliikkeen aiheuttaman ongelman.

Löysin ohjeen, jonka avulla aloitin suunnitella omaa laitetta: ladonovet, joita liikuttaa askelmoottorin pyörittämä suora kierretanko. Laitetta ohjaa Arduino Mega 2560 mikrokontrolleri. Piti ottaa huomioon omat kyvyt ja mahdollisuudet laitteen rakentamiseen. Suunnitelman pohjana oli tämä artikkeli http://www.nutsvolts.com/magazine/article/january2015_Wierenga

Jos olet kiinnostunut asiasta lue ko. artikkeli. Minulla on vain pieni nurkkaus rivitalohuoneiston varastossa, jossa voin tehdä esimerkiksi puutöitä tai vastaavaa ja työkalut ovat käsiporakonetta sekä pientä laikkahiomakonetta lukuun ottamatta perinteisiä käsityökaluja. Tein alkuperäiseen ohjeeseen nähden muutoksia, jotka osaltaan helpottivat rakentamista. Ladonovi ei voi olla rakenteeltaan ”lonksu”, vaan liikkuvien osien on oltava herkästi liikkuvia mutta ei liian väljiä. Tämän takia tein yhtenä päivänä muutamia porauksia ystäväni autotallissa, jossa oli pylväsporakone. Käsiporakoneella reikiä on lähes mahdoton saada suoraan.
Elektroniikan osalta tein kaiken tuon ohjeen mukaan. En ymmärrä elektroniikasta kovin paljon mutta olen aikaisemminkin juottanut komponentteja piirilevyyn eikä se nytkään tuottanut vaikeuksia.
Ohjelmakoodiin tein muutoksia ja laskukaavoja muutin järkevimmiksi. Tässä työssä oli suurena apuna tyttäreni poika, joka kertasi juuri trigonometriaa tulevia yo-kirjoituksia varten, hän on ollut myös innokas kaveri kuvausreissuilla.
Laite on nyt valmis. Tein myös laitteen suuntausta helpottavan tukevan telineen, koska kolmijalka osoittautui tutisevaksi.
Muutama kuva on päästy ottamaan ja tulokset ovat rohkaisevia. Kokeilimme myös Tamron SP 70 – 300mm F/4-5.6 Di VC USD zoom-objektiivia.



Orionin kaasusumu 300mm f/5.6 Iso 1600 163s


Seuraavilla sivuilla kerron rakennusprojektin vaiheista. Tämä ei ole mikään tarkka rakennusohje, mutta se auttaa ratkaisemaan niitä asioita, joita tulee vastaan rakentamisen aikana. Jokainen rakentaja voi tehdä omia valintoja niin kuin minäkin olen tehnyt. Ennen rakentamista ja osien hankkimista olin mielessäni suunnitellut laitetta mutta mitään piirustuksia en tehnyt. Punaisena lankana on kuitenkin ollut tuo sivun alkuosassa mainittu artikkeli.


Näin rakensin seurantalaitteen


Hankittu materiaali

Vesivaneria 3kpl 300 x 400 x 18
Vesivaneria 2kpl 300 x 50 x 18
 ( paikallisesta puutavaraliikkeestä )

Saranat 3kpl 100mm
( K-Rauta )

Kromipinnoitettu tanko 20mm x 1m
Kierretanko RST 8mm x 1m
( Motonet )

Kuulapää Velbon QHD-62Q
( Digitarvike )

Laakeripesät 4kpl 5x8mm CNC Motor Jaw Shaft Coupler
( Amazon.de ) ( Amazon.co.uk )

Ontto saranatappi 300mm
( sahattu sateenvarjon varresta )

Step motorunipolar, 9KG-CM, 6.2V, 1.0A   57BYGH213
( Kysan Electronics ) ei kuvassa
–---------------------------------------------------

BUZ11A 4kpl
( PARTCO )

Vastukset ja johtoliittimet:

Arduino klooni SainSmart Mega2560 R3
Arduino MEGA Prototype Shield
SainSmart LCD Keypad Shield
Acrylic Case for Arduino MEGA
( Amazon.co.uk )

Orion Schmidt-Cassegrain Finder Scope BaseOrion 9x50 Illuminated Right-Angle CI Finder Scope
( Amazon.co.uk ) ei kuvassa
----------------------------------------------------

Tässä on mainittu hankkimani materiaali. Tämän lisäksi tarvitaan sopivia ruuveja, muttereita, liimaa ym.
Huom! Punaisella merkityt olen poistanut käytöstä tai korvannut toisella tuotteella, sinisellä merkityt eivät olleet kuvaushetkellä vielä paikalla. Asiasta lisää myöhemmin tekstissä.



Ladonovien rakentaminen


Halusin rakentaa sähköisen puolen alkuperäisten ohjeiden mukaan ja käyttää aivan samoja komponentteja. Askelmoottori oli ongelmallinen saada, se löytyi kyllä amerikkalaisesta verkkokaupasta, mutta he eivät toimittaneet sitä Suomeen. Sain sovittua englantilaisten ystävien kanssa, että voin tilata ko. moottorin heille ja saan sen sieltä myöhemmin. Verkkokaupan tilausta tehtäessä tuli toinen murhe: alle 100$ tilauksia ei toimiteta ulkomaille. En kuitenkaan suostunut ostamaan 3kpl moottoreita. Sähköposti sinne ja he lupasivat lähettää moottorin ohi verkkokaupan järjestelmän. Ehkä he olisivat lähettäneet sen suoraan Suomeenkin, mutta en enää halunnut vaatia enempää ekstrapalvelua. Aloin tehdä laitetta vaikkei moottoria vielä ollut. Netissä oli askelmoottorista mittapiirros, josta sain tarkat mitat. Moottori tuli Kiinasta Englantiin ja sieltä se lähetettiin Suomeen. Toimitus kesti muutaman viikon ja saavuttuaan siitä oli yksi kiinnityskorva lysässä. Kuljetusvaurio ei kuitenkaan vaikuttanut moottorin kiinnitykseen, koska se tulee kiinni vain kahdesta kulmasta.

Ostin yhden ylimääräisen vanerilevyn siltä varalta, että joku mittaus, sahaus tai poraus menisi pieleen. Sahasin ylemmästä levystä palan pois, jotta Arduinolle jää tilaa. Merkkasin laakeripesien paikat maalarinteipillä ja mittasin reikien paikat tarkasti. Löin vielä terävällä puikolla merkin jokaiselle reiälle. Laakeripesien tilauksessa sattui pieni virhe, olisi pitänyt ostaa sellaiset joiden päädyssä on reiät ja niissä kierteet. Tein reiät ja kierteet sitten itse, jotta pystyin kiinnittämään päätylevyt niihin, ettei akselit pääse liikkumaan holtittomasti.

Seuraavaksi katkaisin akselista sopivat palat rautasahalla, merkkasin lovettavat paikat ja lovesin ne käyttäen rautasahaa, hiomakonetta, jossa oli katkaisulaikka ja viilaa. Laitoin taas maalarinteippiä akseleihin ja merkkasin reikien paikat sekä löin niihin pistepuikolla merkit.
Merkatut levyt ja akselit mukana suuntasin ystäväni luo, jolla on pylväsporakone. Reiät porattiin ensin pienellä terällä, koska kohdistus oli helpompaa ja vasta sitten lopuksi oikean kokoisella. Kumpaankin akseliin tuli kierteitä ja ne tehtiin myös pylväskoneessa, jotta kierretappi lähtee heti oikeaan suuntaan. Levyihin poratut reiät viimeisteltiin vielä toiselta puolelta senkkausterällä, jotta ruuvien kannat saatiin upotettua levypinnan alapuolelle.

Kalibroinnissa käytettävä ontto saranatappi
Ohjeissa oli hieno oivallus pitkästä saranatapista, joka oli ”putki” josta pystyi suuntaamaan saranatapin. Tästä laitteesta oli tulossa sen verran painava, ettei heppoinen saranaratkaisu tullut kyseeseen. Valitsin ensin 2 tukevaa saranaa ja porasin 8mm terällä auki saranatapin reiät ja laitoin uudeksi saranatapiksi kuvausvalon sateenvarjon varresta katkaistun pätkän. Tuo uusi saranatappi oli hieman heiveröistä, joten laitoin vielä kolmannen saranan edellisten väliin ( en löytänyt sopivaa teräsputkea mistään ).
Ennen kuin saranoita pystyi kiinnittämään, piti varsinaisiin ladonoviin kiinnittää nämä jo aiemmin hankitut vanerikaistaleet liimalla ja ruuveilla. Saranoita varten piti kovertaa vielä ura, jotta ne sai istumaan tukevasti tuohon ovien väliin. Tarkka sovitus ja merkkaus, ettei saranat väänny pois linjasta.

Ennen kuin kiinnittää laakeripesät, akselit sekä askelmoottorin ja kierretangon on hyvä tehdä kameran kiinnikkeelle sopiva jalka. Tein myös pohjalevyyn kiinnikkeen kolmijalkaa varten. Kolmijalkani on kuvaamiseen liian hutera, mutta sitä on kätevä käyttää kun kalibroi etsintäkaukoputkea.


Elektroniikka


Alussa jo kerroin aikomuksesta tehdä elektroniikka aivan alkuperäisen ohjeen mukaan. Juotostyöt onnistuivat kerralla. Osia hankkiessa iski nuukuus ja ostin Arduinon tilalle kloonin, joka oli halvempi. Klooni ei kuitenkaan toiminut. En saanut siihen ohjelmaa ladattua. Säästö ei kannattanut, sillä jouduin kuitenkin ostamaan originaalin Arduino Mega 2560.
Tein ohjelmakoodiin muutoksia useita kertoja ja otin varmuuden vuoksi aina Arduinon irti lisäkorteista, kun latasin uuden ohjelman.
LCD näyttö / näppäimistö kortti toimi näytön osalta, mutta sen näppäimistö oli surkea. En voinut kuvitella painavani sen painonappeja maastossa pilkkopimeällä. Painonapeille oli mielestäni suunniteltu liikaa toimintoja. Lisäksi tämä kortti asettui tähän kokonaisuuteen niin, ettei se mahtunut hankkimaani koteloon. Näytöllä ei ole todellista käyttöä kuvaustilanteissa. Testausvaiheessa oli kuitenkin mahdollisuus saada dataa tietokoneen näytölle, joten SainSmart LCD Keypad Shield ei tarvittu. En halunnut tähän kuin yhden painonapin, jota painamalla ladonovet palautuvat alkuasentoonsa.

Kiinnitin painonapin kotelon kanteen. Painonapin on syytä olla laadultaan kunnollinen, rimpula aiheuttaa häiriöitä. Alla on kytkentäkaavio ja kuva painonapin sijainnista. Johdot on kytketty katkasijaan juottamalla mutta, liittimiin 5V, GND ja 7 ne kiinnittyvät vain painamalla. Kansi on helpompi irrottaa ja kiinnittää, kun johdot saa irti vetämällä.



Painonappi on kotelon kannessa

Painonapin kytkentä
















Trigonometriaa, valintoja ja hieman ohjelmakoodista


Seuraavilla kuvilla on tarkoitus valottaa ohjelman koodissa esiintyviä laskutoimituksia.
Ylin kuva esittää laskennassa käytettävät mitat kuvan muodossa.
Toinen kuva esittää kulmaa alfa1. Se muodostuu oikeastaan kahdesta suorakulmaisesta kolmiosta, jotka erkaantuvat toisistaan, kun ladonovi alkaa avautua. Kulma on rakenteellinen eikä muutu toiminnan aikana. Laskin sen etukäteen valmiiksi, koska Arduinon koodista en löytänyt sopivaa funktiota. Esimerkki on tehty taulukkolaskenta- ohjelmalla. Sen voi ratkaista myös funktiolaskimella painamalla näppäintä sin-1 . Tulos on oltava radiaaneina.
Alimmassa kuvassa on laskettu theta, eli sen hetkinen avautumiskulma, johon on lisätty alfa1.
x on laskennallinen arvo siitä, mikä pitäisi olla akseleiden etäisyys toisistaan. Sitä verrataan arvoon d ja jos x on suurempi, niin askelmoottori saa käskyn ottaa puoliaskel ja arvoa d kasvatetaan puoliaskeleen tuottaman nosteen verran. Askelmoottorin puoliaskel on 1/400 osa sen yhdestä kierroksesta. Kierretangon kierteen tiheys eli nousu on tässä esimerkissä 1,25mm, joten tuo lisäys lasketaan nousu = 1,25mm / 400 = 0,003125mm.
Seurantalaitteen toiminnan kannalta tärkeitä ovat myös sen suunnattavuus mahdollisimman tarkasti taivaannapaan ja askelmoottorin aiheuttaman värinän minimointi.
Ontto saranatappi yhdistettynä etsintäkaukoputkeen, jossa on valaistu hiusristikko on ollut toimiva ratkaisu.
Kierretanko on tässä laitteessa 8mm ruostumatonta terästä ja kierteen nousu 1,25 mm. Yritin löytää tiheämpikierteistä tankoa, mutta en löytänyt. Tuo nousu ei ole ollenkaan liian suuri, mutta pienemmällä nousulla saattaisi värinä olla pienempää. Tilasin 8mm kierteettömän tangon ja väänsin siihen itse käsipelillä 0,75mm nousuisen kierteen. Tangon aine oli kuitenkin liian kovaa ja tuloksena oli aaltoileva kierre, joka aiheutti tutinaa pyöriessään.

Askelmoottori kytketään kierretankoon välipalalla. Käytin ensin vasemmanpuoleista joustavaa mallia, se kuitenkin oli liian herkkä taipumaan ja aiheutti ongelmia. Oikeanpuoleinen jäykkä malli toimii hyvin. Ostin sen eBaysta.

Askelmoottoria voi pyörittää joko kokoaskelin ( 200 askellusta / kierros ) tai puoliaskelin ( 400 askellusta / kierros ), joista valitsin viimeksi mainitun.
Tuon alussa mainitun ohjeen mukaan kirjoittaja käytti laitteen toimintaan 7,2V virtalähdettä. Askelmoottorin nimellisjännite on kuitenkin 6,2V. Laite ei kärsi pienistä ylijännitteistä. Olen kokeillut 9V jännitettäkin, mutta alemmalla jännitteellä askellus on ”pehmeämpää”.

Tukeva teline tai tositukeva jalusta. Varsinkin pitkä objektiivi vaatii erikoistoimia, olen käyttänyt tukevaa makrokiskoa ja vielä erillistä tukea, jotta saan kameran objektiiveineen tasapainoon. 

Vasta yksi kuvauskeikka on takana. Kuvaussäät eivät ole suosineet, laitan tässä vielä kolme kuvaa tuolta kerralta. Kuvat ovat yksittäiskuvia, pinoamaan ei ole vielä päästy.


Andromedan galaksi  300mm f/5,6  ISO 1600  151s

Yöllinen lopputalven maisema  24mm  f/2,0  ISO 200  121s

Seulaset 300mm  f/5,6  ISO 1600  153s









Kommentit

Lähetä kommentti