Arduino Fokussierer "Astrofocus" für Pentax SDHF75

Da hier bei uns im Süden Österreichs seit vielen Wochen sehr schlechte Wetterbedingungen herrschen, habe ich mich an ein Projekt gemacht, dass mir schon sehr lange am Herzen liegt.

Ich betreibe neben dem Newton auf einer EQ-8 parallel auch einen kleinen Pentax SDHF75 Refraktor auf einer EQ-3.
Seit ich diesen mit einer CCD Kamera, anstatt der EOS ausgestattet habe, ist das Scharfstellen zu einem echten Abenteuer geworden.
Die Kamera ist sehr schwer und durch das externe Filterrad ist der Zugang zu den Stellschrauben kompliziert und der Okularauszug hat keine Untersetzung.

Für den Pentax gibt es am Markt keine fertige Motorfokus Lösung, so suchte ich nach einer Selbstbau-Lösung.

Gefunden habe ich jene von Ivaldo Cervini, einem italienischen Amateurastronomen, der wie ich finde, eine sehr gute und zugleich einfach nachzubauende Lösung präsentiert.

Ich werde meine Baufortschritte hier Schritt für Schritt vorstellen, im Moment stecke ich noch bei der Mechanik etwas fest.

Wer möchte, kann parallel dazu auch auf meiner alten Homepage (http://www.a2p.at/Astronomie/StepperFoc_Pentax.html) den etwas detaillierteren Bericht mit größeren Bildern lesen…

<font size="3"><b>Auswahl der Software und Hardware-Plattform</b></font id="size3">
Hier entschied ich mich recht schnell für die Arduino Platinen, da diese sehr günstig und auch für Einsteiger einfach zu programmieren sind.

Bei der Software gibt es eine Unzahl an Projekten, die sehr unterschiedlich sind.

In der näheren Auswahl standen unter anderem folgende:

<ul><li>AstroFocus</li>
<li>ArduinoFocus</li>
<li>myFocuser</li>
<li>SGL Ascom Motor Focus Control</li>
<li>Arduino based motor focus controller</li>
</ul>

Ich entschied mich für das AstroFocus Projekt von Ivaldo aus mehreren Gründen:

+ optimal zum Einstieg, viele andere Projekte sind zu überladen und zu komplex

+ einfach und mit Standardelementen (Adafruit Motorshield, Adafruit Temperatursensor, …)

+ Temperaturkompensation

+ bietet 2 Ascom Treiber für den dualen Betrieb an (Danke noch einmal Ivaldo)

- Webseite nur in Italienisch verfügbar (ist aber dank google translate kein Problem)

Ivaldo beschreibt auf seiner Webseite sehr genau den Aufbau seines Fokussers, die Bilder das Video und die Tabellen sind dabei sehr hilfreich.
Es existieren auf seiner Webseite 3 Variationen seines AstroFocusers, die unterschiedliche Motorplatinen unterstützen (Arduino Motorshield und Adafruit Motorshield v2).
Eine Variante (AstroFocus3) besitzt statt der Steuertasten einen Endschalter zum Setzten des Nullpunktes, das ist für nichtstationäre Astronomen sehr hilfreich.

<font size="3"><b>Arduino Hardware</b></font id="size3">
Der Zusammenbau der Komponenten gestaltete sich recht einfach.

Folgende Geräte habe ich verwendet:

<ul><li>Arduino Uno Clone (mein originaler Arduino war leider defekt) ~ € 13.—</li>
<li>Adafruit Motorshield ~ € 30.—</li>
<li>Temperatursensor I²C MCP9808 ~ € 8.—</li>
<li>Gehäuse für Arduino ~ € 13.—</li>
<li>Netzgerät für den Arduino 12VDC/ 1,5A ~ € 15.—</li>
<li>Taster & Gehäuse für Handbedienung ~ € 15.—</li>
<li>Schrittmotor PSM42BYGHW603 1,8° (12V) ~€ 16.—</li>
</ul><i>Die Links zu Bezugsquellen befinden sich auf meiner Homepage, da die Forensoftware komplexe Links leider nicht darstellen kann.</i>

Wichtig ist beim Schrittmotor neben dem Drehmoment (0,38 Nm) auch die Spannung, da ich die Spulen immer bestromt lasse.
Damit ist ein Haltemoment gegeben, das verhindert, dass sich der Fokusser während des Fotografierens bewegt. Versuche mit einem kleineren Motor (6V) führten zu einer starken Überhitzung.

Die Materialkosten betrugen rund € 110 .— zuzüglich der Kosten für die mechanische Ankopplung, dazu aber später mehr.

Arduino Uno, Motorshield und Temperatursensor, wobei hier noch ein wenig Lötarbeit zu machen ist.
(Ansonsten werden die Platinen bis auf die Pfostenstecker fertig aufgebaut geliefert.)

Temperaturfühler, Schrittmotor, Arduino im Gehäuse und Handsteuerbox fertig aufgebaut.

Fortsetzung (Software und Ascom Treiber) folgt...

Servus Gerrit!

Wie schon oben geschrieben, habe ich auf meine alte Webseite verwiesen (wo ich die Links gesetzt habe), <s>da die Forensoftware die komplexeren Links leider verstümmelt.</s>

Allerdings habe ich es jetzt noch einmal versucht, und plötzlich funktionieren die Links [:0]

Arduino Uno Clone (mein originaler Arduino war leider defekt) (Amazon.de)

Adafruit Motorshield V2.3 (Amazon.de)

Temperatursensor I²C MCP9808 (Amazon.de)

Gehäuse für Arduino (Amazon.de)

Schrittmotor PSM42BYGHW603 1,8° (12V) (Neuhold Elektronik in Österreich)

Das Netzgerät hatte ich schon zu Hause, ebenso die Taster und die Box.

Servus Gerrit!
Ich wollte eigentlich eine plug&play Lösung (zumindest auf der Programmierseite).
Es scheint aber doch so, dass ich doch noch das Eine oder Andere nachprogrammieren/Tunen müsste. [8D]

<b><font size="3">Software und Ascom Treiber</font id="size3"></b>

Ivaldo hat ein kleines Tool geschrieben, mit dem man den Fokussierer via USB mit dem PC steuern kann.

Die Bedienungselemente sind zwar in Italienisch beschrieben, allerdings sind die Buttons und Felder (beinahe) selbsterklärend.

Mit (1) öffnet man den Ascom-Treiber und wählt den richtigen Fokusser aus.
Hier wurden schon beide unabhängigen Treiber (2+3) installiert.

Nach einem Click auf die „Properties“ muss noch der richtige serielle Port ausgewählt werden

Mit „Disconnetti“ (1) kann die Verbindung zum Fokusser wieder getrennt werden.
„TC“ (2) aktiviert die automatische Temperaturkompensation (mehr dazu weiter unten)

Mit den Pfeiltasten und dem vorgewählten Wert (3) kann der Fokusser verstellt werden.
Mit dem Wert oberhalb und der Taste „Vai“ kann der Fokusser auf eine absolute Position gefahren werden.

Nach einem Druck auf „Impostazioni“ öffnet sich ein Einstellungs-Fenster.

„Step Size“ (1) ist die Länge eines einzelnen Motor-Schrittes gemessen in Mikrometern.
Einige Programme (wie z.B. FocusMax) benötigen diesen Wert für interne Kalkulationen.

Um diesen zu errechnen, empfiehlt Ivaldo, sich die aktuelle Position des Fokussierers zu notieren (z.B. 13584) und danach möglichst exakt 10mm zu verfahren (Richtung ist egal).
Idealerweise vermisst man den Weg mit einer Messuhr und notiert diesen Wert ebenfalls.
Die Differenz der beiden Werte geteilt durch 1000 ergibt den „Step Size“ Wert.
Nach dem Ascom-Standard sind nur ganzzahlige (=gerundete) Werte gültig!

Der „T Coefficient“ (2) entspricht der Länge des zu verfahrenden Weges in Schritten bei einer Temperaturänderung um 1°C.
Dieser Wert muss ebenfalls gerundet sein.
Ivaldo beschreibt dies in einem kleinen Beispiel: Bei 17 °C sei die aktuelle Position 12478 Schritte und bei 13 °C 11529 Schritte.
Der daraus resultierende „T Coefficient“ ist gerundet 237 Schritte. Gerechnet wird nach folgender Formel:

Diese Messung kann einmalig zum Beispiel bei einer Vollmondnacht durchgeführt werden.
Ähnlich arbeitet Bernhard Hubl der diesen Koeffizienten über die Kühlleistung seiner CCD-Kamera interpoliert, vgl. Interstellarum 92, Seite 48ff im Artikel „Jede Belichtungsminute nutzen“.

Mit „Set Min“ und „Set Max“ werden die Grenzen des Verfahrweges des Fokussers eingestellt.
Achtung! Der Nullpunkt bezieht sich immer auf das eingefahrene Auszugsrohr. (Ggf. die Motor-Drehrichtung ändern)

Mit (5) werden die Grenzen angefahren mit (3+4) gespeichert.

<b><font size="3">Eigenheiten des Schrittmotors</font id="size3"></b>
Ich machte einige Tests mit Ivaldos Programm und angeschlossenem Motor.
Dabei fiel mir auf, dass der Motor bei schnellen Bewegungen sehr stark zu vibrieren begann.

Als ich alle Ansteuerungsvarianten im Programm von „Single“ und „Interleave“ auf „Microstep“ änderte, verschwanden die Vibrationen komplett. Allerdings reduzierte sich dabei natürlich auch die Drehgeschwindigkeit und ebenso das Drehmoment des Motors.

Mit einer angepassten Variante des Steppermotor Demoprojektes der Arduino IDE vermaß ich die mit meinen Schrittmotor maximale erreichbare Geschwindigkeit.
Die Vibrationen waren auch im Demoprojekt vorhanden, wenn nicht im Microstep-Betrieb gearbeitet wurde.
Heraus kam dabei eine recht interessante Kurve.

Da im Mikroschritt-Betrieb eine Geschwindigkeitsänderung mit freiem Auge sehr schwer erkennbar ist, stoppte ich die Zeit einer 360° Umdrehung des Wellenstummels.
Bemerkenswert ist auch, dass ein setSpeed () Wert von „1“ einer Zeit entspricht, die eigentlich mit einem setSpeed() von „8“ erreicht wird!
Somit ist die langsamste zu erreichende Geschwindigkeit mit setSpeed(2) zu realisieren.

Der maximale setSpeed() Wert für meinen Schrittmotor ist „64“.

Nach dem der Trockentest erfolgreich war, kommt nun die Hochzeit zwischen Fokussierer und Getriebe [:D]

Fortsetzung (Die mechanische Kopplung - Versuch 1) folgt...

<b>Servus Igor!</b>

Ich habe bei unbelasteter Welle gemessen.
Um das Drehmoment zu testen, habe ich mit den Fingern die Welle umfasst, die Vibrationen blieben trotzdem gleich.
Als ich den Stepper provisorisch an den Fokusierknopf montierte, machte ich mir etwas Sorgen um die Filter im Filterrad der CCD, so hat es 'gescheppert'[B)]

<b>Servus Dirk!</b>
Danke für den Link, auf Roberts Seite bin ich auch gestoßen, habe sie aber wohl falsch als "myFocuser" beschrieben. Das steht nämlich als Überschrift in seinem Video [:0]
Mich hat als Einsteiger in die Arduino Welt die schiere Menge an Möglichkeiten dieses Projektes etwas abgeschreckt, mittlerweile denke ich, ist auch dieses bewältigbar.

Ich werde bald (am nächsten Wochenende ist bei uns im Süden 'schwieriges' Astrowetter angesagt) ein 1st Light mit dem Fokusser machen.
Dabei musss ich zuerst meine mechanische Lösung testen und danach schauen, wie die Software mit APT zusammenarbeitet...
Dann werde ich entscheiden, ob ich Ivaldos Projekt weiter entwickle oder umsteige auf eine Alternative.

Das ist ja das schöne an der Arduinoplattform - wenn die Hardware passt kann man leicht auf eine andere Software wechseln!

So es geht weiter mit ein paar neuen Zeilen [:)]

<font size="3"><b>Die mechanische Kopplung (Versuch 1)</b></font id="size3">
Nun da die Elektronik und die Software fertig und getestet sind, wagte ich mich an die Montage und Verbindung des Schrittmotors an die Welle des Fokussierers meines kleinen Pentax.

Nach einiger Recherche im Web stieß ich in einem Beitrag von „Adrian“ im stargazerslounge Forum auf eine Lösung mittels Riemenantrieb (Bild).

Ich besorgte mir bei Conrad-Elektronik 2 Zahnriemenscheiben und einen dazu passenden Zahnriemen um rund € 25 .—

Danke an dieser Stelle an Rudolf Reiser, der erklärt, wie man den Drehknopf von der Welle montieren kann.

Da die Welle vom Pentax einen (exotischen) Durchmesser von 7 mm hat, musste ich die Zahnriemenscheibe auf 10 mm aufbohren und eine Messinghülse mit einem Innendurchmesser von 7 mm fertigen.

Danach baute ich aus 5mm starkem Aluminium-Blech den Haltebügel mit einem Winkel von 45°.

Da mir die Montage des Winkels in der Lösung von Adrian mit nur einer 6 mm Schraube zu filigran erschien, montierte ich eine zusätzliche Schraube (4 mm Senkkopf) mit einem Schlauchbinder, der zwischen einer Lage Hartgummi am Tubus fixiert wird.

Leider musste ich feststellen, dass mein gewählter Motor größer als jener in Adrians Lösung war und der Riemen leider zu kurz ist.[:0]

Daher disponierte ich kurzfristig um und machte im wahrsten Sinne des Wortes ein „Workaround“

Diese Lösung hat leider einige gravierende Nachteile, zum einen neigt diese Konstruktion zu Biegungen und Schwingungen und andererseits ist der zarte Zahnriemen wohl überfordert mit der Last der CCD mit Filterrad.
Und das Untersetzungsverhältnis dürfte auch zu gering ausfallen, trotz Mikroschritt-Ansteuerung...

Fortsetzung folgt (2. Versuch einer mechanischen Kopplung...) [:)]

Hallo liebe Leute!

Ich habe leider erst jetzt Zeit, wieder etwas zu diesem Thema zu schreiben [:)]

<font size="2"><b>Die mechanische Kopplung (Versuch 2 FINALE)[8D][8D][8D]</b></font id="size2">

Nach dieser Ernüchterung ging ich erst mal in mich und ließ den Tag ausklingen.
Meine Sternwarte ist 80 Km von meiner Wohnung entfernt, so dass ich nur an den Wochenenden an meinem Equipment arbeiten kann.
Das ist zwar ärgerlich, aber dadurch bekomme ich zwangsweise auch etwas Abstand von der Misere [:)].

Nach einigen Tagen und vielen verschiedenen Lösungsansätzen kam ich zum Schluss,
dass der Riemenantrieb für den kleinen Pentax nicht geeignet ist.

Der Fokusser-Antrieb des SDHF hat keine eigene Untersetzung und die Reduktion durch die Zahnriemenscheiben um einem Faktor 1:3,3 schien mir zu wenig.
Außerdem ist die Lösung nicht selbsthemmend und mechanisch instabil.

Ich entsann mich, dass ich in meiner Wühlkiste (leider 80 Km entfernt) noch ein Schneckenrad meiner Astro3 vom legendären Lidl-Scope haben müsste.

Ich kürzte die Schnecke und machte eine 5 mm Bohrung mit einer Reibahle passend für die Motorwelle.
Beim Schneckenrad entfernte ich die innere Presspassung und schnitt die Welle ab.
Danach fertigte ich aus Messing eine neue Hülse mit einer 7 mm Bohrung, mangels passender Ahle leider nur mit einem Eisenbohrer.
Durch den starken Kühlmitteleinsatz und der stufenweisen Bohrung ist die Passung wider Erwarten recht exakt geworden.

Diese Lösung ist nun mechanisch stabil und durch den kleinen Modul und den Winkel der Welle des Schneckenradgetriebes auch selbsthemmend.
Ich werde versuchsweise den Schrittmotor nach dem Fokussieren spannungslos machen und prüfen ob sich der Fokus verschiebt oder nicht.

Als Alternative zum Schneckengetriebe der alten Astro3 Montierung könnten auch Getriebe von z.B. RS-Components oder anderen Anbietern verwendet werden.
Allerdings sollte man bei diesen Komponenten darauf achten, ob die Selbsthemmung (u.a. Abhängig vom Steigungswinkel) vollständig gewährleistet ist.
Ansonsten müsste sie mit dem Haltemoment des dauermagnetisierten Schritt-Motors realisiert werden.

Spannend wird noch die Justage des Ascom-Treibers (min/max) werden, da durch das Übersetzungsverhältnis von 1:88 die Wege sehr lang sind [:)].

Gestern hatte ich etwas Zeit ein paar Messungen vorzunehmen:

<font size="3"><b>Backlash/Getriebespiel ist stark Lastabhängig!</b></font id="size3">

Ich habe vom Messaufbau leider vergessen Fotos zu machen,
aber im Grunde ist das ganze recht einfach zu beschreiben.

Ich baute das Teleskop mit Montierung auf und fixierte eine Messuhr mit einer Genauigkeit von 0,01mm an der CCD-Kamera.

Danach verfuhr ich mehrmals mit dem Fokussierer nach innen und außen und notierte die Anzahl der Schritte,
die ich verfahren musste, damit die Zahnflanken bei Richtungsumkehr wieder ineinander griffen.

Ich stellte 3 verschiedene Belastungssituationen für den Okularauszug her, wo die 2 Kg schwere CCD-Kamera wirken konnte.
Einmal zeigte das Teleskop 90° in Richtung Zenit (max. Belastung)
Die zweite Variante war rund 45° Teleskopneigung (mittlere Belastung)
Zum Schluß nivellierte ich das Teleskop auf 0° (min. Belastung)

Nun, das Ergebnis war für mich recht ernüchternd [:(]
<ul>
<li>Bei 90° ist der Backlash 30 Schritte</li>
<li>Bei 45° ist der Backlash 50 Schritte</li>
<li>Bei 0° ist der Backlash 180 (!) Schritte, wobei der Okularauszug zuerst in die "falsche" Richtung bewegt wird und danach wieder "zurück kommt" und erst dann die Gegenflanken der Zähne greifen [:0]</li>
</ul>

Für mich bedutet dies nun, dass mit diesem Getriebe der Backlash nicht mit einem simplen Eingabefeld im Treiber zu beheben ist.

Ich bin gespannt wie andere (kommerzielle) Lösungen aussehen ?

Hat schon jemand die Backlash-Korrektur in Abhängigkeit der OAZ-Belastung mit einer Meßuhr vermessen?

Servus Micha!

Tut mir leid, dass ich erst jetzt reagiere, aber ich habe eine längere Auszeit und bin in den Foren (fast) nicht mehr aktiv.

Du schreibest vom "HC Tool" - damit meinst Du das "Astrofocus HC" Tool von Ivaldo nehme ich an.
Dieses funktioniert aber auch auf ascom-Basis, daher sollte APT den Fokussierer auch erkennen?

Ich konnte mit APT vor ein paar Monaten damit reibungslos beide Fokusser bedienen...