Zielgenauigkeit und Foucault-Unsicherheiten

    Hallo zusammen


    Ein inzwischen uraltes Spiegelprojekt mit mehreren jahrelangen Unterbrüchen scheint vielleicht doch noch zu einem Ende zu kommen: Ich poliere im Moment an einem 12"-Spiegel, Brennweite 1855mm. Es soll ein visueller Dobson werden.


    Ich messe mit fotografischem Foucault-Test. Die Auswertung mache ich einerseits per Figure-XP (als Cross-Check), andererseits mit einem handgestrickten Mathematica-Code, mit dem ich auch mehr als 15 Zonen verwenden kann. Ich bin nun ziemlich nahe an meiner Zielgenauigkeit von ca. 10nm angelangt und habe darum eine kleine Messreihe gemacht, um den Messfehler abschätzen zu können. Dabei habe ich festgestellt, dass die Messgenauigkeit selbst wohl bei ca. 10nm liegt. Ev. gibt es auch noch Form-Unterschiede je nach Messachse im Bereich von ebenfalls ~10nm. Ich sollte noch einige weitere Messungen machen, um den Messfehler besser abschätzen zu können.


    Ich bin nun etwas unsicher, ob ich den Spiegel im jetzigen Zustand belassen sollte, oder ob ich versuchen sollte, eine noch höhere Genauigkeit zu erreichen: Wahrscheinlich müsste ich dazu aber beginnen, jeweils Messreihen zu mitteln, um die Messgenauigkeit zu steigern, was die Prozedur natürlich weiter verlangsamt... Auf eine andere Messmethode (Interferometrie) möchte ich eher nicht umsteigen.


    Meine Frage an die erfahreneren Leute: Scheint es euch realistisch, den jetzigen Zustand noch zu verbessern, und machen solche Effekte visuell überhaupt noch einen Unterschied?


    Vielen Dank im Voraus für eure Einschätzungen!


    Beste Grüsse

    Peter


    PS: Foucault-Auswertung im Anhang:

    x-Achse in mm

    y-Achse in nm

    blaue Kurven: drei Messungen

    rote Kurven: zwei Messungen, Spiegel um 90° rotiert

    Ich hänge ebenfalls den FigureXP-Output an.


    Hallo Peter,

    nein, da ist mit Foucault nichts mehr sinnvoll zu verbessern.

    Mit Interferometrie geht evtl noch was, das Fass muss man bei einem f/6 Spiegel nicht unbedingt aufmachen.

    Für fertig erklären und gediegen drauf anstoßen, herzlichen Glückwunsch, Prost :)

    cs Kai

    Hallo Peter

    Das beste am Ende der ganzen Messerei....

    Der Sterntest am Nachthimmel.

    Da sieht man genau was Sache ist....

    Wobei natürlich auch die Frage (hoffentlich ;)) gestattet ist...

    .. wo willst du den noch hin!?

    0.99 ist ja schon mal ne Ansage.

    Sicherlich der Foucault - Test zeigt immer nur einen kleinen

    Teil der Fläche, aber hey hunterte Schleifer habe so tolle Spiegel hergestellt,

    warum sollte es bei dir anders sein.

    Also.... Arbeit einstellen und testen

    Gruß

    Andreas

    Die wohlbekannten Foucault Unsicherheiten oder auch die Unsicherheiten bei Verlass auf nur eine Testmethode... Bei einem so guten Spiegel würde ich nicht nur das Lob von Kollegen wollen, sondern eine Verifikation des Testresultates. Früher hatten wir die Interferometrie nicht ohne weiteres zur Verfügung, jetzt aber schon. Wenn Du es nicht selber machen willst, findest Du sicher jemanden, der an Deinem Spiegel für einen Test besonders interessiert ist. Die Alternative zur Interferometrie wäre ein WinRoddier Test, falls Du eine kleine Guiding Kamera hast oder Dir borgen kannst.


    Meine Gratulation wird voraussichtlich nach einem Kontrolltest folgen wollen.... Gruss, Beat

    Hallo Peter,


    99% Strehl, peak-to-valley Werte im Bereich von unter 20 Nanometern: Hut ab! Wenn Du bei der Messung (z.B. dem Ablesen der Knife-Edge-Werte am Foucault-Tester) keine Fehler gemacht hast, dann ist das ein extrem gutes, geradezu perfektes Resultat, wo du besser nichts mehr dran „verschlimmbessern“ solltest.


    Interessant (oder auch ungewöhnlich) finde ich die Wahl der effektiven Zonen, bei denen du gemessen hast. Erst eng beieinander, dann weiter, dann wieder enger. Und bei jeder Messung anders. Du scheinst nicht mit Coudermaske gearbeitet zu haben, sondern bei Bildern mit verschiedenen von dir gewählten KnifeEdge-Werten (aber auch die nicht immer mit dem gleichen Muster) geschaut zu haben, bei welchem Zonenradius die gleiche Graustufe auf dem Foto rauskommt. Schreibst ja „fotografischer Foucault-Test“.


    Vielleicht könntest du mal ein oder mehrere Foucault-Fotos hier posten. Damit könnten wir zwar keine quantitativen Aussagen treffen ob die Messungen so richtig sind, aber zumindest qualitativ schon sehen ob das traumhafte FigureXP Ergebnis zum Foucault-Bild passen kann.


    Und natürlich macht Beat‘s Vorschlag sehr viel Sinn: den Spiegel vor dem Verspiegeln mal ins Teleskop einbauen und gucken wie die Sterne abgebildet werden.


    Viele Grüße und herzlichen Glückwunsch auch von mir!


    Stefan

    Hallo Peter


    Glückwunsch zu diesem Spiegel , der ist mehr als fertig .

    Wenn Du magst , und es noch nicht gemacht hast , kannst Du noch auf Rotationssymetrie testen .

    Dazu die Mittelsenkrechte bei verschiedenen Schnittweiten auf links rechts Symetrie beobachten .

    Ist das in Ordnung Spiegel um 45° drehen u nd Test wiederholen . Ist auch die zweit Achse in Ordnung

    gibt auch keinen nennenswerten Asti 1. Ordnung und Du hast das genutzt was Foucault Dir an Testmöglichkeit bietet .


    Gruß Rainer

    Hallo Peter,


    was Du natürlich nocj machen kannst, und hoffentlich schon gemacht hast, ist der Test am künstlichen Stern. Foucault ist sehr blind für Asti. Wenn von extrafokal kommend alles kreisrund ins Beugungsscheibchen einmündet, dann ist das ein weiterer einfacher aber wichtiger Test. (Intrafokal ist es wegen der Parabel immer mehr oder weniger diffus).


    Viele Grüsse

    Gerhard

    Hallo zusammen,


    vielen Dank für all eure Reaktionen, das Feedback ist sehr nützlich! Ich werde also besser jetzt nicht wieder verschlimmbessern und auf weitere Testmethoden setzen. (Ich war mir nicht ganz sicher, ob trotz hohen Strehls ev. die Form des Randes problematisch sein könnte, mit dem ich lange zu kämpfen hatte, aber die Randform scheint ja keinen Aufschrei provoziert zu haben).

    In dem Fall werde ich mich als nächstes mit dem Bau des Teleskops auseinandersetzen (hoffentlich dauert dieser nicht so lange wie die Spiegelpolitur...) und einen Sterntest durchführen. Zum "WinRoddier"-Test und zum Test am künstlichen Stern muss ich mich noch einlesen, das klingt sehr interessant, danke für die Hinweise!

    Zitat von rainer-l

    Wenn Du magst , und es noch nicht gemacht hast , kannst Du noch auf Rotationssymetrie testen .

    Dazu die Mittelsenkrechte bei verschiedenen Schnittweiten auf links rechts Symetrie beobachten .

    Ist das in Ordnung Spiegel um 45° drehen u nd Test wiederholen . Ist auch die zweit Achse in Ordnung

    gibt auch keinen nennenswerten Asti 1. Ordnung und Du hast das genutzt was Foucault Dir an Testmöglichkeit bietet .

    Verstehe ich richtig, dass ich einfach das Foucault-Bild auf Symmetrie beurteilen soll? Und sollte ich nicht um 90° drehen?


    Ich hänge hier noch ein Foucault-Beispielbild an, Stefan hat danach gefragt:


    Ich denke, dass die Oberfläche insgesamt ein bisschen unruhig ist, ein weiterer Aspekt, bei dem ich nicht sicher bin, ob dies noch in akzeptablem Rahmen ist.

    Zitat von stefanruprecht

    Interessant (oder auch ungewöhnlich) finde ich die Wahl der effektiven Zonen, bei denen du gemessen hast. Erst eng beieinander, dann weiter, dann wieder enger. Und bei jeder Messung anders. Du scheinst nicht mit Coudermaske gearbeitet zu haben, sondern bei Bildern mit verschiedenen von dir gewählten KnifeEdge-Werten (aber auch die nicht immer mit dem gleichen Muster) geschaut zu haben, bei welchem Zonenradius die gleiche Graustufe auf dem Foto rauskommt. Schreibst ja „fotografischer Foucault-Test“.

    Genau, ich verwende keine Maske. Ich mache die Messung jeweils so, dass ich die Schnittweiten in fixen Schritten von 0.05mm erhöhe (bewegliche Lichtquelle) und bei jeder Position eine Fotografie mache. Die Bilder werte ich dann automatisch aus, nach einer Prozedur, die, wenn ich mich richtig erinnere, hier mal vorgestellt wurde (ich kann die Quelle wieder suchen). Im Wesentlichen wird die linke und rechte Spiegelhälfte verglichen, um die Zone gleicher Helligkeit automatisch zu bestimmen. Dies liefert mir die Zonenradien für jedes Bild. Die Oberflächenform bestimme ich dann direkt per Integration. Die FigureXP-Auswertung mache ich jeweils nur als Cross-Check, dazu wähle ich (etwas zufällig) 15 Datenpunkte aus. Die FigureXP-Resultate scheinen mir immer recht nahe am Resultat der handgestrickten Routine. (Bei Interesse kann ich auch gerne mal noch mehr Details liefern oder auch das Mathematica-Notebook zur Verfügung stellen, dazu müsste ich dieses aber noch etwas benutzerfreundlicher gestalten... Und Mathematica ist leider auch nicht frei erhältlich.)


    Vielen Dank für die Hilfe und beste Grüsse

    Peter

    Hallo Stefan,


    ok, vielen Dank für die Einschätzung! Ich werde mich also demnächst dem Dobson-Bau zuwenden.


    Danke nochmals an alle für die hilfreichen Tipps und Hinweise!


    Beste Grüsse

    Peter

    Hallo Peter


    Es ist offensichtlich ein Missverständnis aufgetaucht bezüglich WinRoddier Test. Wenn Du das ausprobieren möchtest und einen Foucault- unabhängigen Kontroll-Test befürwortest, dann zuerst einmal als Sterntest "on the bench". Dazu musst Du ja nur das Okular (bzw. die Foucault-Schneide) durch eine kleine Planeten- Kamera ersetzen. Diese hat in der Regel Okularhülsendurchmesser oder eine entsprechende "Nase".


    Am Sternenhimmel (am besten Vega) kannst Du es später zur ultimativen Bestätigung machen, wenn das Teleskop fertiggestellt und Du das WR Programm kennengelernt hast. Dazu ist beim Dobson eine EQ Plattform nötig. Polarstern ginge wohl ohne (geht bei mir nicht gut, weil über dem Hausdach).


    Was eine mögliche schmale abgesunkene Kante betrifft, ist der Foucault Test nicht sehr hilfreich, dünkt mich, der Sterntest mit Okular on the bench beim Paraboloid auch nicht. Am besten ist meiner Erfahrung nach auch hier die Interferometrie oder der WinRoddier Test.


    Beat

    Hallo Peter


    Foucault ist immer eine Winkelmessung die empfindlich ist senkrecht zur Linie der Schneide .

    In der waagerechten also für Steigungsfehler in radialer Richtung und in der senkrechten für

    Steigungsfehler wenn man sich kreisförmig über den Spiegel bewegt .

    Bei Asti 1. Ordnung geht es dabei zweimal auf einen Berg und zweimal in ein Tal .

    Mitten auf dem Berg oder im Tal ist die Tangente (in kreisrichtung) waagerecht .Der

    größte Steigungsfehler liegt 45° dazwischen . 90° vertauscht nur Berg mit Tal .

    Sieht man keinen Asti kann man sich zufällig auf dem Berg oder im Tal befinden .Nach einer Drehung

    um 45° ist man bei Asti dann im Bereich des größten Steigungsfehlers und kann so den Asti erkennen

    oder ausschließen .

    Bei deinem Foucaultbild kann ich bei der senkrechten Mittelinie keine deutlichen Abweichungen von

    einheitlichen Grau feststellen , der Rand ist allerdings nicht vollständig abgebildet , und es fehlt das zweite Bild

    mit um 45° gedrehten Spiegel .


    Gruß Rainer

    Asti ist im Foucault schwierig zu erfassen und kann Deinen hohen Strehl relativieren. Ein zweiter Test (Interferometrie, WinRoddier) kann Klarheit schaffen und lohnt sich.


    Hast Du, Peter, beim Schliff keinen künstlichen Sterntest gemacht? Das geht mit dem Foucault mit sehr geringem Aufwand nebenher. Den Tester dafür einzurichten ist ja sehr einfach.. Bei einer Vergrösserung von etwa 1000 fach ist auch ein geringer Astigmatismus gut erkennbar, vor allem wenn der Spiegel noch nahe einer Sphäre ist. Es ist auch eine Schulung fürs Auge, wie Texereau sinnig erwähnt. Ich mache das immer parallel zum Foucault.


    Bei "schnellen" Spiegeln muss man die Testparallaxe berücksichtigen. Einen Asti deswegen kann man ganz einfach mit Drehung des Testers (Punktquelle und Okular) evaluieren. Mein Tester ist in der Achse zum Spiegel drehbar: auch einfach einzurichten. Inwiefern auch der Astigmatismus einer Laserdiode berücksichtig werden muss, weiss ich nicht. Aber auch hier kann man zum Ausschluss einfach die Laserdiode drehen. Den Asti infolge "Air Stratification" gibt es ja auch noch. Da muss man den Prüfling drehen.


    Beim Paraboloid geht ein geringer Asti beim Sterntest je nach Öffnungsverhältnis in der SA unter. (Es trifft ja auch für den Foucault zu, dass er nur beim Sphäroid eine sehr hohe Empfindlichkeit aufweist). Zu Objektivierung und Quantifizierung mache ich deshalb zwischendurch mal einen WinRoddier Test. Bei Asti zeigt das Höhenprofil dann die von Rainer erwähnten Berge und Täler, am besten wenn man die übrigen Zernikes deaktiviert.


    Beat

    Hallo Peter,


    Ich stimme Beat zu.


    Ich hatte auch einen 12-Zöller fotografisch auf 99% Strehl im Foucault gebracht.

    Mit Interferometer waren es dann 85%. Haupfehler Asti.

    Prüfe es nach. Es ist simpel. Ich kann dir das Interferometer ausleihen.


    besten Gruß

    John

    Hallo Peter,


    wenn Du speziell mit dem Rand oder Kante zu kämpfen hattest, wie Du schreibst, dann kannst Du die Empfindlicheit im Sterntest (Labor / aus dem ROC) steigern. Hierzu mittig vor dem Hauptspiegel eine kreisrunde Blende platzieren, so das meinetwegen nur noch 2 Zentimeter umlaufend vom Spiegelrand aktiv sind. Etwaiger "Kantenschlonz" springt Dich förmlich an.

    Mache Dich deswegen aber dann nicht zu sehr verrückt. Der Test ist fies. Und allein deswegen würde ich wohl keine Hand mehr anlegen, sondern erstmal das Teleskop bauen und am Himmel testen.


    Viele Grüße

    Gerhard

    Hallo Peter


    Da Du dein Auswerteprogramm selbst geschrieben hast ein paar Fragen zu deinem Programm .


    Deine Zonenradien sind der Abstand kreisförmiger Linien gleicher Helligkeit zum Spiegelmittelpunkt ?

    Wie ermittels Du diese Radien , müßen das ganze Kreise sein oder wie bei einer Zonenmaske Kreisausschnitte ?

    Ermittelst Du so wie bei Texereau einen Steigungsfehler der über die Zonenbreite zum Höhenfehler

    integriert wird ?


    Gruß Rainer

    Hallo zusammen


    Danke erneut für die nützlichen Hinweise!

    Zitat von BeatK

    Wenn Du das ausprobieren möchtest und einen Foucault- unabhängigen Kontroll-Test befürwortest, dann zuerst einmal als Sterntest "on the bench". Dazu musst Du ja nur das Okular (bzw. die Foucault-Schneide) durch eine kleine Planeten- Kamera ersetzen. Diese hat in der Regel Okularhülsendurchmesser oder eine entsprechende "Nase".

    Zitat von BeatK

    Hast Du, Peter, beim Schliff keinen künstlichen Sterntest gemacht?

    Nein, ich habe bisher leider keinen Sterntest gemacht. Ich habe mich inzwischen erst etwas oberflächlich zum Roddier-Test informiert - auf jeden Fall eine faszinierende Methode!

    "On the bench" brauche ich ja einen künstlichen Stern dafür (mein Foucault-Tester ist spaltlos), ich lese gerade im Forum nach, wie man das am besten anstellt... Was mir nicht klar ist: Klappt der Test beim Paraboloid tatsächlich noch im Krümmungsmittelpunkt (per Zerlegung in Zernike-Polynome und Subtraktion der sphärischen Aberration)? Oder muss der künstliche Stern weiter weg positioniert werden (was natürlich andere Probleme mit sich bringt)?

    Ah, alles klar, vielen Dank für die Erklärung!

    Zitat von rainer-l

    Bei deinem Foucaultbild kann ich bei der senkrechten Mittelinie keine deutlichen Abweichungen von

    einheitlichen Grau feststellen , der Rand ist allerdings nicht vollständig abgebildet , und es fehlt das zweite Bild

    mit um 45° gedrehten Spiegel .

    Ich habe gerade kurz den Tester aufgebaut, hier sind zwei Bilder. Die Abschattungen der Spiegelhalterung habe ich entfernt, so dass der ganze Spiegel sichtbar ist. Im zweiten Bild ist der Spiegel um Handgelenk * pi/4 = 43° im Uhrzeigersinn gedreht, wie man an den Fingerabdrücken erkennt (es ging etwas schnell...):



    Bezüglich Astigmatismus lässt sich damit wohl nichts quantitativ aussagen - aber sollte mir bei den Bildern etwas ins Auge springen (bis auf die Polierspuren)?


    Zitat von John23

    Prüfe es nach. Es ist simpel. Ich kann dir das Interferometer ausleihen.

    Vielen Dank für das Angebot, das ist sehr hilfsbereit! Da ich in der Schweiz wohne, ist das aber wohl etwas zu aufwändig - ich werde es erst mal mit (künstlichem) Sterntest probieren.

    Zitat von Gerhard_S

    wenn Du speziell mit dem Rand oder Kante zu kämpfen hattest, wie Du schreibst, dann kannst Du die Empfindlicheit im Sterntest (Labor / aus dem ROC) steigern. Hierzu mittig vor dem Hauptspiegel eine kreisrunde Blende platzieren, so das meinetwegen nur noch 2 Zentimeter umlaufend vom Spiegelrand aktiv sind. Etwaiger "Kantenschlonz" springt Dich förmlich an.

    Danke, das ist auch ein guter Tipp! Ich brauche wohl wirklich einen künstlichen Stern.


    Zitat von rainer-l

    Deine Zonenradien sind der Abstand kreisförmiger Linien gleicher Helligkeit zum Spiegelmittelpunkt ?

    Wie ermittels Du diese Radien , müßen das ganze Kreise sein oder wie bei einer Zonenmaske Kreisausschnitte ?

    Ermittelst Du so wie bei Texereau einen Steigungsfehler der über die Zonenbreite zum Höhenfehler

    integriert wird ?

    Ich nehme dazu nur Kreissektoren (in den gezeigten Foucault-Tests hatte ich 108° eingestellt) und mittle per Median die Helligkeitswerte in azimutaler Richtung über den Sektor. Die Höhenfehler rechne ich schliesslich via numerischer Lösung der DGL, der ich linear interpolierte Messwerte füttere - das sollte äquivalent zu einer simplen Trapez-Integration sein.


    Vielen Dank für die Hilfe und beste Grüsse

    Peter

    Peter

    Ich wäre an Deiner Foucault Auswertung und Messung sehr interessiert und natürlich auch an Deinem Spiegel. Wir wohnen ja nahe beieinander. Ich habe Dir ein Mail geschickt. Wir könnten uns austauschen und im Forum dann wieder berichten.

    Gruss, Beat

    Hallo Peter

    Schön das Du noch mal ein Bild mit 43° Drehung einstellst .

    Wenn ich bei deinem Spiegel die Mittelsenkrechte entlanggehe sehe ich ein mittleres Grau .

    Es gibt auf beiden Bildern (0 °und 43° Drehung) nur kleine lokale Abweichungen davon .

    Ich wage mal eine Abschätzung : Strehlverlust durch Asti 1. kleiner 5%

    Wäre interessant wenn Du das Angebot von John oder Beat annehmen würdest .

    Wer wie Du ein eigenes Auswerteprogramm schreibt und umfangreiche Messungen macht

    will sicherlich nicht nur einfach einen guten Spiegel haben sondern auch seine Messungen

    und sein Programm überprüfen .

    So wie ich die Beschreibung deines Programms verstehe sollte das bei 15 Messwerten trotz linearer

    Interpolation genau genug sein .

    Mein erstes Auswerteprogramm war ein Basicprogramm aus Sky and Telescop bei dem aus drei Zonen

    eine Ausgleichskurve berechnet wurde die einfach integrierbar war . Zufällig war mein erster Spiegel

    damit recht gut obwohl nur fast spärisch mit Vertiefung im mittleren Bereich . Nachdem ich das Programm

    so verändert hatte das die Ausgleichskrve aus 5 und später 7 Zonen berechnet wurde war es vorbei

    mit dem guten Spiegel . Dafür paßte jetzt die berechnete Spiegelkurve zu dem was mir die Foucaultbider zeigten .


    Gruß Rainer

    Hallo Rainer

    Zitat von rainer-l

    Wenn ich bei deinem Spiegel die Mittelsenkrechte entlanggehe sehe ich ein mittleres Grau .

    Es gibt auf beiden Bildern (0 °und 43° Drehung) nur kleine lokale Abweichungen davon .

    Ich wage mal eine Abschätzung : Strehlverlust durch Asti 1. kleiner 5%

    Vielen Dank für deine Einschätzung, das ist ja schon mal ermutigend!


    Ich bin mit Beat in Kontakt bzgl. Roddier oder Interferometrie, es wird aber ein paar Wochen dauern, bis wir berichten können.

    Zitat von rainer-l

    So wie ich die Beschreibung deines Programms verstehe sollte das bei 15 Messwerten trotz linearer

    Interpolation genau genug sein .

    Ja, bezüglich Interpolation habe ich keine Bedenken. In meiner Auswertung verwende ich nicht nur die 15 Punkte, die ich nach FigureXP exportiere, sondern das gesamte Set. Bei 0.05mm-Schritten zwischen den Messpositionen ergibt das ca. 80-100 Punkte, das ist sicher totaler Overkill... ;) Die Hauptfehlerquellen habe ich noch nicht eindeutig identifiziert, ich vermute Luftunruhe und Verbiegen des Holzbodens bei Gewichtsverlagerung, ich werde aber versuchen, das noch besser zu verstehen.


    Beste Grüsse

    Peter

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