Yolo Sekundärspiegel mit Verspannung

  • Hallo Interessierte


    Beim Yolo Schiefspiegler wird die Coma durch den Kippwinkel des Sekundärspiegels und der Astigmatismus mittels torischer Verformung von einem der beiden Spiegel korrigiert. Die Herstellung des Toroids wird immer noch als schwierig angesehen und dies behindert die Verbreitung des herausragenden Teleskop Designs, welches mindestens vergleichbar ist mit dem eines apochromatischen Refraktors.


    Der Erfinder Leonard hat die torische Spiegelfläche mittels Verspannung („warping harness“) realisiert. Sie kann aber auch mittels Politur in der notwendigen Güte hergestellt werden.


    Ich habe selber mehrere torische Spiegel hoher Qualität mit der Poliermethode hergestellt. Der letzte, ein 4 Zoll Spiegel, kann als Referenz gelten, nachdem er durchschnittliche Qualität hat. Meine Spiegel werden in Ellipsoid Konfiguration mittels DFTFringe ausgewertet:




    Mich wundert, wie gut denn eine Verspannung wirkt. Bis heute ist mir kein fundierter Bericht darüber bekannt. (Wenn ein Leser mir dies vermitteln könnte, wäre ich sehr dankbar.) Ich habe mich deshalb entschlossen, einen Versuch selber zu machen.



    Erwin Herrig hat in einem Artikel „ Torische Spiegel für Yolo Reflektoren“ (im Internet nicht mehr verfügbar) eine Verspannung vorgestellt, welche hohe Güte eines Toroids garantieren soll:





    Mein Freund Markus, mit seiner mechanischen Werkstatt, hat sie mir nachgebaut und wir sind daran , sie an einem (ebenfalls) 4 Zoll Spiegel zu testen.


    Wenn Interesse besteht, kann ich über unsere fortlaufende Arbeit berichten.


    Mit Gruss , Beat

  • Hallo Beat


    Das ist hochinteressant , besonders weil der Spiegel dann auf die gleiche Art getestet wird die deine anderen Spiegel .

    So wie das für mich ausieht ist das eine Spannfassung für das Schleifen/Polieren/Testen ?

    Bitte berichte unbedingt weiter über eure Arbeiten .


    Viele Grüße Rainer

  • hallo Forum,


    Beat:

    mit Interesse las ich hier Deine Ausführungen und bin zudem begeistert von Deinem Artikel im aktuellen VdS Journal !

    Ich habe mich in den 90zigern mit dem Yolo beschäftigt. Dachte daran so ein System anzufertigen, verwarf es aber wegen Zeitmangels und Respekt vor dem Versapnnen.

    Zu der Zeit nutzte ich zudem div. Schiefspiegler (Kutter System). Die Rohlinge 4",5", 6" habe ich noch liegen...

    Ich habe div. Artikel aus S&T von ua. Leonard gesammelt. Müsste mir mal den Ordner vornehmen.

    So auf die schnelle fand ich eben im Sternkieker der GvA Hamburg Nr. 153 2/1993 einen Bericht von E.Herrig über den Bau.

    Spez. über die Verspannung des Spiegels geht er im Artikel in der SuW 371992 ein , die SuW habe ich eben auf dem Dachboden gefunden.

    Den Artikel kann ich Dir zukommen lassen.


    Gruß

    Christian

  • Hallo Rainer

    Ja, in dieser Spannfassung kann man den Spiegel schleifen und polieren, das ist auch die Intention von Herrig. Bevor ich das mache, möchte ich den sphärisch polierten Spiegel verspannen und testen. Polieren in der Verspannung erst, wenn das Resultat gut genug ist.


    Hallo Christian

    Danke für die Blumen!

    Ich wäre froh um Zusendung des von Dir erwähnten Artikels. Du findest meine E -Mail Adresse im Autorenverzeichnis des aktuellen VdS Journals. Danke vielmals.


    Gruss, Beat

  • An dieser Stelle muss unbedingt auf die alte Diskussion aus dem Jahr 2007 hingewiesen werden:


    Gruß

    Michael

  • Hallo Michael


    Danke für den Link. Ich habe nicht alles gelesen, vielleicht habe ich etwas verpasst.: Ich finde auch hier keine quantitative Auswertung eines torischen Spiegels z.B. mittels Interferometrie. Bitte korrigiere mich gegebenenfalls.

    Auf Seite 3 sind von Kurt intra- und extrafokale und fokale Bilder eines sphärischen Spiegels ohne und mit Verspannung . Die Radiusdifferenz bei seiner Verspannung ist vergleichsweise gering. Trotzdem ist ersichtlich, dass die Qualität der torischen Deformation bei weitem nicht dem entspricht, was man mittels Politur Methode erreicht.


    Ich fürchte, es wird bei meinem Experiment auch so sein. Ich mache aber mal weiter und berichte.


    Gruss, Beat

  • Sehr interessantes Konzept.


    Hab mich bei Leonard etwas eingelesen.


    Von den Seiten von Erwin Herrig sind nur noch ein paar archivierte Seiten auf Seeds übrig.


    Der Artikel über Sekundärspiegel soll "soon" auf dieser Seite erscheinen. Vielleicht hat der Autor ja den deutschen Text?



    Und jetzt eine vielleicht seltsame Frage:


    Wenn ich den Glasrohling vor dem Schleifen verspanne, dann den kompletten Spiegel ganz normal parabolisch schleife, und erst dann die Verspannung löse, müsste der nicht unverspannt toroidal werden?


    CS Konrad

  • Hallo Konrad


    Den deutschen Text von Herrig habe ich und whs einige von uns. Ihn persönlich an eine Adresse zu Mailen dürfte whs erlaubt sein. Ich verstehe aber zu wenig von dieser Juristerei.


    Und: Deine Frage ist gar nicht seltsam. Das ist und war bei Herrig das Ziel: Den Rohling bis zum Feinschliff sphärisch zu machen, dann verspannen und weiter sphärisch polieren. Beim Lösen der Verspannung wird er toroidal. Bevor ich das auch versuche, möchte ich wissen, wie gut die Verspannung wirkt. Deshalb den sphärisch polierten Spiegel verspannen und interferometrisch ausmessen. Wenn das nicht annähernd so gut wird wie der eingangs abgebildete "allein von Hand" torisch geschliffene Spiegel, lass ich es bleiben.


    Beat

  • Hallo Conrad


    Wenn ich den Glasrohling vor dem Schleifen verspanne, dann den kompletten Spiegel ganz normal parabolisch schleife, und erst dann die Verspannung löse, müsste der nicht unverspannt toroidal werden?

    Genau das wird näherungsweise passieren .

    Die spannende Frage ist wie genau diese Näherung sein wird und wie weit sich zB. die zu erwartenden Fehler an den Kraftangriffspunkten auf die inneren Bereiche des Spiegels auswirken .

    Das Verhältnis von Spiegeldicke zu Durchmesser und Dicke zu Krümmungsradius sollte dabei auch eine Rolle spielen .

    Mit einem FE Programm kann man das auch berechnen .

    Am sichersten ist aber der Versuch und da Beat schon super Messungen torische Spiegeln gezeigt hat wird es richtig spannend .


    Gruß Rainer

  • Die spannende Frage ist wie genau diese Näherung sein wird und wie weit sich zB. die zu erwartenden Fehler an den Kraftangriffspunkten auf die inneren Bereiche des Spiegels auswirken .

    Das Verhältnis von Spiegeldicke zu Durchmesser und Dicke zu Krümmungsradius sollte dabei auch eine Rolle spielen .

    Mit einem FE Programm kann man das auch berechnen .

    Man kann die Form der verspannten Platte wahlweise mit FEM berechnen, oder analytisch nach der Formel von Timoshenko (siehe http://www.astro-electronic.de/faq3.htm#14). In der alten Diskussion von 2007 hatten wir beide Methoden verglichen und eine gute Übereinstimmung gefunden. Es ergibt sich kein reiner Astigmatismus, sondern da sind auch noch andere Terme mit drin.


    Gruß

    Michael

  • Frage an Kurt, falls er hier mitliest: Habe ich den richtigen Thread aus 2007 verlinkt, oder war da noch ein anderer Thread zu diesem Thema?


    Gruß

    Michael

  • Die Verformung berechnen, den Rohling anpassen und die Verspannung entsprechend dimensionieren ist der wünschbare erste Schritt. Der zweite wäre dann die Messung des Resultates am verspannten Spiegel, um dann womöglich Anpassungen an der Verspannung etc. vorzunehmen.

    Das Schleifen/Polieren eines Toroids scheint mir jetzt schon, nach der bisherigen Arbeit mit der Verspannung, viel einfacher. Dass es hohen Ansprüchen genügt, habe ich gezeigt.


    Zitate aus dem Artikel von Herrig:

    "Den Spannring (2) fertigt man je nach Größe des Spiegels aus gebogenem Bandstahl 3...4 x 20 bis 4...5 x 30 mm. Eingeschweißt werden zweikurze Rundbolzen von 10...16 mm Durchmesser, die mit Gewindebohrungen für die beiden abgesetzten Stiftschrauben (3) M5...M6 versehen sind. Um genau 90 Grad versetzt schweißt man die beiden 2...3mm dicken Bleche für die Abstützung der Druckkräfte wie im Bild ersichtlich ein."

    "Die ohne Nacharbeit erreichbare Genauigkeit der Fläche ist besser als Lambda/10 PV und damit auf alle Fälle für die üblich ausgelegten Yolo Reflektoren ausreichend."


    Mich nimmt einfach Wunder, ob mit der von Herrig gepriesenen Verspannung ein brauchbares Toroid zu erhalten ist, so wie es der Erfinder prophezeit.


    Beat

  • Hallo Alle


    Als erstes haben wir den 4 Zoll-Rohling seitlich angebohrt, damit de Spannbacken eingepasst werden können. Herrig schreibt:

    „Läßt man zwei Spannhakenpaare einer Spiegelfassung in seitlich eingefräste Rillen oder Bohrungen einer vorgeschliffenen Spiegelscheibe eingreifen, dann steht die freie Spiegelfläche zur weiteren Bearbeitung zur Verfügung.“



    Ganz einfach war die Sache nicht. Beim ersten Versuch sind Ausbrüche entstanden, welche die Scheibe unbrauchbar machten. Als „Tool“ konnte ich sie noch verwenden.




    Die neue zweite Scheibe ist dann mit den Diamant gebohrten seitlichen Löchern gelungen. Der Spiegel ohne Verspannung soll sphärisch sein. Nach 2 Stunden Politur war die Fläche für die Messungen genügend poliert und die Oberfläche gut genug, wie die interferometrische Messung zeigt:



    Links die defokussierten Bilder der Punktquelle, in deren Mitte die AD im Fokus. Rechts die Auswertung mit dem PDI und DFTFringe .



    Damit konnten wir den Spiegel in die Spannfassung bringen:


    Die Radiusdifferenz soll fürs erste auf etwa 50 mm eingestellt werden. Der Krümmungsradius des Sphäroids beträgt 4100 mm, der Durchmesser 4 Zoll.


    Ich berichte wieder, wenn ich die nächsten Messungen bereit habe.


    Beat

  • Hallo Beat,


    ich sehe dass die vier Kraft-Einleitungspunkte jeweils aus zwei Punkten bestehen, die 30° auseinander liegen. Das ist eine deutliche Abweichung vom Idealfall, bei dem die Kräfte an vier Punkten eingeleitet werden. Die Formel von Timoshenko wird diesen Fall nicht mehr korrekt beschreiben. Hast du sichergestellt, dass sich die Kräfte gleichmässig auf die beiden Punkte verteilen? Sonst wäre das System stark überbestimmt und kleinste Toleranzen an den Krafteinleitungspunkten könnten bereits zu großen Abweichungen führen.


    Gruß

    Michael

  • Man könnte den Rand nur anrauen und Alulaschen mit 2K-Kleber für die Krafteinleitung drankleben.

    In Scherrichtung sollte das halten.


    So müsste man nicht Bohren und hätte auch keine Spannungsspitzen im spröden Glass.


    CS Konrad

  • Ich habe nun einen Kreuztest gemacht: Punktquelle (rote Laserdiode) im kurzen und langen Fokus abgebildet. Mittlerer ROC um 4000mm.




    Der 4 Zoll Spiegel in der Verspannung Rk und Rl und darunter ein vergrösserter Ausschnitt , Radiusdifferenz 50mm. Die leichte Krümmung ist wahrscheinlich durch nicht ganz exakte Zentrierung in der Verspannung bedingt.







    Im Vergleich das geschliffene 4 Zoll Toroid mit Radiusdifferenz von 125 mm, einer beider Radien. Mittl. ROC idem. Vergrösserter Ausschnitt unten.




    Die Qualitätsunterschied ist offensichtlich, auch wenn die Aufnahmetechnik nicht identisch war: Verspannter Spiegel am Okular fotographiert, geschliffener Spiegel direkt mit CCD Kamera. Ich werde aber noch einen Vergleich mit Interferometrie machen um zu quantifizieren und die Unregelmässigkeiten zu analysieren.


    Beat

  • Danke für die Frage, Konrad


    Die senkrecht aufeinander stehenden, um die Radiusdifferenz versetzten Brennlinien beim Astigmatismus entsprechen je einem linear ausgezogenen Airy Pattern.

    Das Band in der Mitte entspricht dem Airy Scheibchen, die parallelen Linien den Beugungsringen. Beides soll schnurgerade sein. Von Auge am Okular sieht man je nach Beleuchtung mehrere Beugungslinien.


    Beim unserem verspannten Spiegel schwankt die Breite des zentralen Bandes, es ist nicht ganz gerade, die erste Beugungslinie ist fragmentiert und ebenfalls nicht gerade. Eine zweite Beugungslinie fehlt, was aber nicht nur vom Kontrast abhängt, wie Du wohl richtig bemerkst, sondern auch von der Aufnahmetechnik.


    Beim geschliffenen Toroid ist das zentrale Band einwandfrei. Die Helligkeit der Beugungslinien schwankt etwas, sie sind aber dem zentralen Band in hohem Mass parallel.


    Beim Ellipsoid Test werden wir von beiden Spiegeln das uns bekannte Airy Pattern sehen und die interferometrische Auswertung machen können.


    Beat

  • Hallo Michael

    ich sehe dass die vier Kraft-Einleitungspunkte jeweils aus zwei Punkten bestehen, die 30° auseinander liegen. Das ist eine deutliche Abweichung vom Idealfall, bei dem die Kräfte an vier Punkten eingeleitet werden. Die Formel von Timoshenko wird diesen Fall nicht mehr korrekt beschreiben. Hast du sichergestellt, dass sich die Kräfte gleichmässig auf die beiden Punkte verteilen? Sonst wäre das System stark überbestimmt und kleinste Toleranzen an den Krafteinleitungspunkten könnten bereits zu großen Abweichungen führen.

    Die Krafteinleitung an 4 Punkten ist nicht der Idealfall .

    Die Krafteinleitung an 8 Punkten sowie jetzt verwirklicht ergibt nach Leonard erst die gewünschte Genauigkeit der radialen und zierkularen Kurve . Dies soll das Ergebnis empfindlicher optischer Tests sein .

    Die Timoshenko Formel wird dadurch nur noch eine grobe Näherung für die Spannkraft hergeben.

    Das ist denke ich aber zu verschmerzen .

    Die beiden naheliegenden Punkte müßen selbstverständlich auf einer Wippe liegen .


    Viele Grüße Rainer

  • Die Verspannung ist ein möglichst genauer Nachbau des von Herrig vorgestellten Exemplars. Meine im Folgenden dargestellten Messresultate verraten aber grundsätzliche Probleme, wie von euch, Michael und Rainer angedeutet.



    Ich habe also den verspannten Spiegel im Vergleich zum geschliffenen in der Ellipsoid Konfiguration mit dem PDI Interferometer geprüft. Der Aufbau der Messeinrichtung ist so einfach wie bei m Prüfen eines sphärischen Spiegels im ROC.:




    Mit Verspannen meines hochkarätigen 4 Zoll Sphäroids (ROC 4100mm)habe ich eine Radiusdifferenz um 60 mm eingestellt. (Das entspricht einem Prozentsatz analog zu einem Yolo Sekundärspiegel beim 6 Zoll Yolo 1:12).) Das Resultat ist ernüchternd:






    Ich habe den Spiegel dann auf 80 mm abgeblendet:




    Damit kommt man immerhin auf "beugungslimitiert".




    Zum Vergleich mein 4 Zoll Spiegel, torisch geschliffen, Radiusdifferenz 128 mm (das Doppelte im vgl. zum Verspannten) , ROC im Mittel 4174mm

    Die interferometrischen Testresultate sind am Anfang des Threads aufgeführt., Strehl um .97.

    Die minimen Restunregelmässigkeiten (u.a.etwas Dreiblatt) könnten mit Fleiss beim Polieren noch beseitigt werden. Ich habe ihn aber lieber gerade zu einem neuen Yolo verbaut.




    Mein Fazit bezüglich Verspannung:

    - Ein Yolo zu bauen mit Verspannung ist kein einfaches Projekt.

    - Die Krafteinleitung der Verspannung muss in Abhängigkeit des Spiegelrohlings genau gerechnet und realisiert werden.

    - Die Werkstatt und das Können ist nicht jedem ATM vergönnt.

    - Das Gewicht der Konstruktion ist ungünstig gelegen, wenn der Sekundärspiegel verspannt wird.

    -Der Spiegelrand wird whs. wegen intolerabler Fehler abgedeckt werden müssen. Entsprechend muss er überdimensioniert werden.

    -Bis heute habe ich keinen Bericht von jemand anderem gefunden, der seinen verspannten Spiegel einer interferomtrischen Analyse unterzogen hätte.


    Meine Empfehlung ist, ein Yolo zu bauen, weil es der "Super APO des armen ATM" ist . Wenn das Toroid geschliffen (nicht verspannt) wird, hat jede(r) ATM Zugang.


    Mit Gruss, Beat

  • Das Projekt find ich auch sehr spannend.


    Eine Frage


    Würde sich an der prinzipiellen Form des Spiegels etwas ändern, wenn man den Lichstrahl um 90° in die andere Richtung dreht, wie auf der Skizze?


    CS Konrad

  • Hallo Beat


    Quote

    Mir ist nicht klar, wieso sich im Interferrogramm 3 Wulste zeigen, wenn die Krafteinwirkung im wesentlichen 4-seitig ist ?

    Gruss Emil

    Das geht mir auch so !

    Für wahrscheinlich halte ich das der Drehwinkel des Spiegels nicht stimmt .

    Der Asti durch ellipsoidale Anordnung und den verspannten Spiegel überlagern sich nicht richtig .

    Sonst kann ich mir vorstellen das die 30° Krafteinleitungspunkte nicht alle 4 leichtgängig drehen können (Wippe) .

    Auf dem Bild der Verspannvorrichtung kann ich das nicht klar erkennen .

    Nachdem ich mir noch mal das Bild der Spannfassung angesehen habe bin ich da im Zweifel wie Ihr die leichte

    Drehbarkeit realisiert habt .


    Viele Grüße Rainer

  • Hallo Rainer


    Quote

    Auf dem Bild der Verspannvorrichtung kann ich das nicht klar erkennen .

    Ist mir auch aufgefallen, die senkrechte Krafteinleitung ist irgendwie anders gemacht als die horizontale.

    Sonst bliebe als dritte Variante für das Trefoil nur die unwahrscheinliche Inhomogenität der Elastizität im Glas oder der Glasdicke [Keil].


    Gruss Emil

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