Barndoor mit reduziertem per. Fehler: S&T 06/07

Hallo App,

nachdem hier im Forum vor ein paar Wochen einige sehr beeindruckende Barndoor-Aufnahmen gezeigt wurden will ich mir demnächst auch so ein Teil als billigen Einstieg in die Astrofotografie bauen.
Ich frage mich nur, warum alle die Winkelgeschwindigkeit mit solch exotischen Lösungen wie Zweiarm-Barndoor, oder gebogener Gewindestange konstant halten wollen. Das Naheliegendste ist doch eigentlich den Schrittmotor mit einem uC anzusteuern (anstatt mit konstanter Frequenz) und die Drehzahl softwaretechnisch anzupassen. So wollte ich das jedenfalls machen, oder übersehe ich da noch etwas?

Gruß,
Thomas

Hallo Armin,

gerade erst realisiere ich, dass so ein mechanischer Ausgleich ja auch Sinn macht wenn man per Hand nachführt. In der Regel wird man solch eine Montierung ja nicht mit Leitrohr betreiben...
Wenn man das Teil aber eh per Schrittmotor nachführt ist der uC mit Sicherheit die flexibelste Lösung, und Löten muss man ja eh. OK, so ein uC will auch erstmal geflasht werden, das bedarf schon mehr Kenntnisse und Ausrüstung, als man einem nicht-Elektroniker zumuten kann. Außerdem müsste selbst ein fertiges Programm auf jede Barndoor erst individuell parametriert werden. Dafür könnte der uC dann aber auch gleich noch andere Aufgaben übernehmen, wie eine Serie von Langzeitbelichtungen bestimmter Dauer automatisch ausführen, den Batteriestand überwachen, etc.

Hallo Thomas!

Theoretisch spricht nichts dagegen, den Motor so anzusteuern, dass die Drehgeschwindigkeit die "mässige Genauigkeit" des Tangentialantriebes ausgleicht. Am besten, Du packst ein Leitrohr dazu und machst das ganze 2-achsig gesteuert mit Autoguiding..[;)] Aber dann entspricht es wohl nicht mehr dem eigentlichen Sinn der Barndoor. (die war ursprünglich ohne Motorantrieb gemacht, mit einem Wecker unten aufgeklebt, dessen Sekundenzeiger zeig, wie man die Gewindestange von hand (!) zu drehen hat.

Ich denke, wenn Du Deine Barndoor uP-steuerst, dann gibt das zwar ein interessantes Projekt, dann tät'ich aber lieber eine "mittlere bis schwere" Montierung ansteuern, (Aufwand und Kosten für ein 3-5kg belastbres Achsenkreuz sind kaum höher), da kann man dann wenigstens was ordentliches (kleiner Newton oder ED samt Leitrohr) draufpacken...

Meine Meinung:
- wenn Barndoor, dann einfach (das ist deren Sinn)
- wenn uP-gesteuert, dann möglichst belastbar (damit sich der Aufwand auch lohnt..)

Wobei, Du währst wahrscheinlich der Erste, der eine Barndoor mit PEC(*) baut, also lass'Dich auf keinen Fall bremsen...[^]

(*wobei, das heisst denn ja nicht PEC, eher TanEC; <i>Tangential error compensation</i>)

Interessante Idee ist das! Funktioniert aber nur, wenn die Gewindestange fix und die Gewindemutter drehbar ist, oder? Bei meinem Barndoor ist es nur gerade anders herum.

Meine Version ist auch mit einem Schrittmotor ausgerüstet. Die Steuerung per PC mit variabler Geschwindigkeit ist bei mir noch geplant, momentan scheitert es noch am fehlenden Laptop...

Grüße
Christoph

Steht denn in dem Artikel auch drinn, wie man die Gewindestange biegt? Das muss ja ziemlich genau sein...

Grüße
Christoph

Hallo!

Die gebogene(!) Gewindestange kann man natürlich nicht mehr drehen; da muss eine "Schubvorrichtung" (Zahnrad aussen, Mutter innen) an die feststehende Stange.

Generell keine schlechte Idee, beschreibt die Gewindestange ja denn ein "Teilsegment" eines grossen Schneckenrades. Allerdings ist die gebogene Gewindestange dann auch mehr empfindlich auf Durchbiegung.
(die ungebogene Stange kann mehr "Schublast" ab!)

Hier sieht man das recht gut: http://www.company7.com/library/astrokit.html
Nu' stell Dir vor, die Gewindestange ist noch weiter ausgefahren UND da sitzt noch eine schwere Kamera drauf; dann wird die gebogene Gewindestange doch irgendwann zur Sprungfeder....[B)]

Ergo: die Barndoor kann auch mit der gebogenen Stange nur eine gewisse Zeit lang genau nachführen.

Die Stange zu biegen geht wahrscheilich nach "Try and error", also mal etwas biegen, Radius messen, ggf. mehrmals nachbiegen bis Radius stimmt, und dann ein "möglichst gutes" 10-15cm Stück aus der gebogenen Meterstange aussuchen. Sollte eigentlich keine grosse Hexerei sein.

Ich persönlich täte aber lieber den "Tangentialfehler" (nicht gebogene Stange) in Kauf nehmen und diesen mittels einer 2-Armigen Barndoor (oder variabler Motorgeschwindigkeit) reduzieren -
wenn ich nicht eine Purus hätte...[;)]

P.s. da gibt's doch so einen kommerziellen "SkyTracker", der effektiv ein Segment (schätzungsweise etwa 20° des totalen Umfanges) eines riesigen (glaubs 600mm Durchmesser) Schneckenrades benutzt.
Das Ding ist recht neu, bin auf erste Erfahrungsberichte gespannt!

Warum nicht aus einer riesigen Scheibe (z.B. Holz mit 2mm dick aufbeplankter Messing-"Lauffläche") ein etwa 30-40 Winkelgrade grosses Stück mittels Gewindebohrer zum "Schneckenrad-Teilsegment" machen und dann eine Gewindestange als Schnecke benutzen? Das hat dann keinen Tangentialfehler; PE könnte man aufgrund des immensen Durchmessers sehr gering halten, und es biegt sich auch nicht durch.

Hallo Armin!

Ja, ich habe Erfahrung mit allen möglichen Gewindedurchmessern - z.t. bis zum Abreissen einer festgehockten Mutter (am Rebtraktor oder sonstigen Landwirtschafts-Maschinen).

Ich gebe zu: der Ausdruck "Sprungfeder" ist sehr überspitzt gewählt; Solange Du die Kamera nahe am Drehpunkt befestigst, hat die Schubstange nicht viel Arbeit zu leisten, dann geht das wohl in Ordnung.

Aber, wenn die Kamera nicht nahe am Drehpunkt befestigt ist, und der Erbauer dazu noch das Gefühl hat "ich schnall' da jetzt mal ein schweres Tele drauf und belichte 10min, ist ja schliesslich eine "NewAge-Barndoor"" dann kann die Biegung schon leichte Verformung annehmen.

Nimm' mal eine meterlange M6- Stange (Edelstahl, versteht sich[;)]) und verbiege diese so stark, dass sie anschliessend (nach dem "Zurückferdern") in den in den Radius für die "gebogene Barndoor" reinpasst. (das müsste dann ja knapp D=50cm sein) Und nun drücke die Stange nochmals etwas mehr zusammen, um - sagen wir 5cm. (nach dem Drücken wird sie wohl wieder auf den ursprünglichen Biegeradius zurückfedern)

Ich glaube, die dafür nötige Kraft wird sich im Bereich von 1-3 Kg (jaja, eigentlich müsste ich von N sprechen, nicht von Kg) bewegen.

Klar, in der Barndoor hast Du ein kürzeres Stück der Gewindestange eingebaut, aber da mag's ja auch bei weitem keine 5cm Verbiegung tolerieren; je nach Aufnahmebrennweite könnte wohl schon ein halber mm zuviel sein...

(ausserdem behaupte ich ja garnicht, dass es <i>nicht funktioniere</i>, ich behaupte nur, dass es - wie so manches - nicht nur Vorteile bringt)

Wie ich schon schrieb: <i>ich</i> würde eher mit der geraden Gewindestange arbeiten und auf 2-Arm oder variable Drehzahl gehen - oder einfach weniger lange belichten.[:)]

Aber Jedem das seine - mir kann's ja egal sein - für solche Fälle wo ich eine Barndoor bräuchte, nehm'ich nämlich meine Purus zur Hand..[:D]

Viel Erfolg und CS, das wünsche ich allen "Stangenbiegern" natürlich trotzdem - ganz ehrlich! [^]

Hallo Silvio,
anscheinend liegen unsere Vorstellungen von Einfachheit ein wenig auseinander[;)]. Ich sehe das so:
Wenn schon Elektronik (Motor + Ansteuerung), dann auch direkt mit uC, der dann möglichst viel Funktionalität übernimmt. Alles andere dafür möglichst einfach halten (Stichwort Zweiarm-Barndoor). Das ist meist billiger, flexibler und (für mich) auch einfacher. So braucht man z.B. nicht präzise zu arbeiten, da der uC ja individuell kalibriert werden kann.

Hallo Christoph,
ich verstehe nicht, wie du die Geschwindigkeit mit nem Laptop nachregeln willst, gibts da schon Software für? Wie wird das angeschlossen? Ansonsten ist da ein billiger Mikrocontroller für 2€ locker ausreichend.
An dich hätte ich aber noch eine ganz andere Frage: Ich habe deine tollen Bilder mit 200mm Objektiv für &gt;700€ bewundert (herzlichen Glückwunsch dazu, ich stehe total auf wide Field!). Ich frage mich nur, wieso du dich für dieses Objektiv entschieden hast, und ob ein kleiner 80/480mm APO für den gleichen Preis nicht besser geeignet währe? Sowas liegt nämlich bei mir im Moment in der engeren Wahl. Mit &lt;3kg sollte das auch noch locker handhabbar sein.

Ich habe die ganze Sache mal "wissenschaftlich" ausgewertet, hier die Ergebnisse:

Erstmal zur Formel:
Ich gehe davon aus, dass die Gewindestange durch beiden Arme im gleichen Abstand zum Drehpunkt geht (Länge a). Die beiden Arme erschließen den Winkel alpha. Daraus errechnet sich dann der Gewindestangenhub b.
Zu den Graphen (sorry, hatte keine Lust mehr die vernünfig zu beschriften):
- Der obere Graph zeigt den Gewindestangenhub b/2a über die Zeit in Minuten. Grün ist mit konstanter Geschwindigkeit, blau mit korrigierter. Die 450min. dienen nur der Veranschaulichung, damit der Effekt besser sichtbar wird.
- Der zweite Graph zeigt, wie der Winkel alpha in dieser Zeit steigt. Wieder ist blau korrigiert -&gt; konstante Winkelgeschwindigkeit, lineare Steigung.
- Der dritte Graph zeigt den absoluten Fehler von alpha in Grad, der sich durch konstante Drehzahl ergibt.
- Der vierte Graph zeigt den absoluten Fehler von alpha in Winkelsekunden für eine Belichtungszeit von 30 min. Es wird davon ausgegangen, dass der Anfangszustand von alpha 0° ist. --&gt; Fehler: 20''
- Der fünfte Graph zeigt den absoluten Fehler von alpha für den Fall, dass nach den ersten 30min. eine weitere Belichtung gestartet wird, ohne den Arm vorher zurückzufahren. --&gt; Fehler: 150''!!
- Der sechste Graph zeigt das gleiche wie der vorherige für weitere 30min. --&gt; Fehler: 400''!!!!

Die Fehler sollte man vielleicht noch in Pixel umrechen.

Ich denke die wichtigste Erkenntnis ist, dass der Fehler exponentiell schneller ansteigt, je größer der Anfangszustand von alpha ist. Deswegen: Arm häufig zurückfahren und lange Belichtungszeiten zuerst, dann die kurzen. Oder halt die Drehzahl korrigieren.

So, gute Nacht!
Thomas

Ach ja, hier das Matlab-skript für diejenigen, die etwas damit anfangen können:

zeit=0:1:450;
grad_min=360/(23*60+56);
alpha=0:grad_min:zeit(end)*grad_min;
delta_b=sind(alpha/2);
delta_b_falsch=delta_b(2)*[0:zeit(end)];
alpha_falsch=2*asind(delta_b_falsch);
subplot(6,1,1)
plot(zeit,[delta_b; delta_b_falsch])
subplot(6,1,2)
plot(zeit,[alpha;alpha_falsch])
subplot(6,1,3)
plot(zeit,abs(alpha-alpha_falsch))
subplot(6,1,4)
plot(zeit(1:31),(abs(alpha(1:31)-alpha_falsch(1:31)))*3600)
subplot(6,1,5)
plot(zeit(1:31),(abs(alpha(32:62)-alpha_falsch(32:62))-abs(alpha(32)-alpha_falsch(32)))*3600)
subplot(6,1,6)
plot(zeit(1:31),(abs(alpha(63:93)-alpha_falsch(63:93))-abs(alpha(63)-alpha_falsch(63)))*3600)

Hallo Thomas,

eine Software dafür gibt es nicht. Ich hatte mir überlegt, über ein Pascal Programm den Parallelport anzusteuern, der wiederum mit der Schrittmotorsteuerung verbunden ist. Für die Korrektur der Drehzahl hatte ich ähnlich wie Du (aber in Excel) die Drehzahl als Funktion des Gewindehubes ausgerechnet. Programmiert habe ich aber noch nichts...
Mit dem Excel konnte ich aber auch gleich mein Barndoor optimieren. Wenn man die Längen (bei Dir mit a bezeichnet) etwas länger als theoretisch vorgegeben macht, wird der geometrischer Fehler insgesamt kleiner! Bei mir war die Verlängerung etwa 1 und 8mm (asymetrisch).
Einfach mal ausprobieren...

Die Idee mit einem µ-Controller interessiert mich. Wie soll das funktionieren und wie wird der programmiert ?

Zum Objektiv: Klar, das Canon EF 200/f2.8L ist mit 700€ nicht ganz billig, aber da ich eher aus der Hobbyphotographie komme, lag dies nun näher ; und bei Tageslicht auch sehr zu empfehlen!

Grüße
Christoph

PS Danke für das Lob!

Hi Christoph,

was meinst du mit technisch vorgegeben? So dass der Arm mit nem Synchronmotor bei Netzfrequenz die richtige Winkelgeschwindigkeit hat? Solche Vorgaben entfallen bei einer intelligenten Ansteuerung natürlich völlig. Habe ich das richtig verstanden, dass dein Bodenplatte 7mm länger ist als der Schwenkarm? Sowas kann ich leider mit meiner Formel nicht simulieren, da ich von gleichen Längen ausgehe. Hast du das nummerisch gelöst?

Zum uC:
Du hast ja bereits eine solide Treiberstufe und Mechanik, da würde ich nichts mehr dran ändern. Du musst halt nur noch den Takteingang mit der richtigen Frequenz füttern. Wie machst du das eigentlich im Moment? NE555? Wie hoch ist denn deine Frequenz?
Wie auch immer, der uC kann dir eine von alpha abhängige Frequenz generieren. Dazu würde ich einen 8Bit AVR nehmen, welcher ist eigentlich egal. Dafür gibt es kostenlose Entwicklungstools, ne große Community im Internet, und den Programmieradapter kann man sich (zumindest für die kleineren Typen) leicht selber basteln.
Jetzt würde ich nicht den armen kleinen AVR die komplizierte Formel von oben ausrechnen lassen, sondern einfach eine Tabelle im Flash ablegen. Und zwar die Taktfrequenz in Abhängigkeit von der Summe der Takte seit letzter Justierung. Diese wird dann ausgelöst durch einen Endschalter bei alpha=0.
Einen guten Einstieg in die Welt der AVRs bekommst du hier:
http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutorial
Noch ein Tip: Den Takt kann man sich leicht von der integrierten TPU erzeugen lassen.

Leider bin ich im Moment beruflich so stark ausgelastet, dass ich in den nächsten Wochen sicher nichts mehr tuen kann. Aber wenn es soweit ist werde ich natürlich hier berichten.

Bis jetzt habe ich noch nicht einmal eine Kamera, aber ich werde mir wahrscheinlich die EOS400d besorgen, bevor die Cashback Aktion von Canon ausläuft, nur bei den Objektiven zweifel ich noch. Im Moment neige ich zum leichten 80/480 APO.

Gruß,
Thomas

Hallo Thomas,

ich habe das Excel Programm hier aufgeladen:

http://www.christoph-kreher.de/astro/barndoor.xls

Ich habe die Korrekturen so lange verändert, bis der Fehler rein anschaulich am kleinsten war. Bei mir ist die Bodenplatte dann ca. 7mm länger als die Schwenkplatte. Damit ist der Fehler deutlich kleiner und ich kann viel mehr kurze Aufnahmen in Serie machen.
Die Frequenz kommt von einem 4,1943 Mhz Oszillator, der dann auf 4 Hz runtergeteilt wird. Der Schrittmoter wird dann durch die 4 Hz angesteuert, was bei 200 Schritten pro Umdrehung dann 50s/Umdrehung ergibt. NE555 habe ich mir auch überlegt, aber da bin ich mir nicht sicher, ob der ausreichend frequenzstabil ist.

Die Motorsteuerung habe ich dann noch nach Plänen aus dem Internet (http://www.robotikhardware.de/bilder/schaltungstep298.gif) auf einer Lochrasterplatine zusammengelötet. Die Steuerung läßt 2 Geschwindigkeiten sowie die Änderung der Drehrichtung zu und wird von einem 12V Akku betrieben.
480mm Brennweite würde bei mir den Barndoor ziemlich herausfordern, aber 60-Sekunden Aufnahmen müssten damit gehen...
Den link zu AVR schaue ich mir noch an.

Grüße
Christoph