Flemming R. Ovesen / Torben Taustrup


Projekt 12,5" Newton
Spejlcellen

Spejlcellen
Jeg har set mange og forholdsvis komplicerede spejlceller. Mange vælger at placere spejlet i en celle med 9 eller flere understøtningspunkter for at få fordelt spejlets vægt så jævnt som muligt, da en uheldig understøtning kan resultere i, at spejlet deformeres en lille smule, og dette har betydning for billeddannelsen.
Jeg læste en artikel om netop dette emne i Sky&Telescope - "Cures for unsupportive mirror cells", juni 1999 af David Lewis, der er "associate professor of electrical and computer engineering" ved universitetet i Toronto.
Lewis har skrevet et program, "PLOP", Plate Optimizer, der kan beregne den deformation som et hovedspejl undergår ved forskellige understøtninger. Lewis har en hjemmeside, hvorfra man kan downloade det omtalte program: PLOP
Ifølge programmet kan man med fordel understøtte et fuld tykkelses spejl (1/6 tykkelse af diameteren) med tre punkter der befinder sig i en afstand af 40% af spejlets radius målt fra centret.
Dette vil nok overraske en del, da de fleste har anbragt de tre understøtningspunkter i en afstand fra centrum i området 70%. Ifølge computerberegningerne vil dette deformere spejlet markant mere end med indstillingen 40% - så måske skulle du overveje at checke DIN spejlcelle?
Man skal dog lige være opmærksom på, at 40%'s understøtningen ikke er så stabil - der er større risiko for, at spejlet kan vippe, så der stilles større krav til styrken i både celle og bund.

Mht. fastgørelsen og justeringsmulighederne ved spejlcellen - jeg har udtænkt et nyt system, hvor jeg søger at undgå, at der sker en deformation af selve spejlcellen, når justerings/fastholdningsskruerne er strammet. Sagen er, at langt de fleste spejlceller vrides en smule, fordi skruerne sætvis modarbejder hínanden da understøtnings- og strammepunktet ikke er sammenfaldende. Dette er ikke hensigtsmæssigt, og jeg har derfor valgt en løsning, hvor punkterne ER sammenfaldende. Dette har jeg opnået ved at lade de tre 6 mm. skruer fra spejlcellen forløbe gennem gevindrørstykker i tubus' bund. Sideværts er skruerne fikseret vha. rundede møtikker der kan hvile i dertil indrettede fordybninger i gevindrørstykkerne.
For at opnå maksimal stabilitet skal gevindstykkerne ikke ret højt op over tubusbunden.
En fordel ved dette spejlcelledesign er, at spejlet kommer meget tæt på tubusbunden, og dette forrykker tyngdepunktet i en hensigtsmæssig retning, da der så ikke skal anbringes så megen ekstravægt på tubus for at få den i balance.

November/december 2000
Siden sidst er der så sket det, at der er kommet mere facon på spejlcellen , og fredag d. 15. december ankom spejlet så langt om længe fra USA.
Det var oprindelig meningen, at det skulle hvile på tre pads, hver med en diameter på 74 mm., men efter nogen kommunikation med David Lewis, der har frarådet så store understøtninger, er vi endt med pads med en diameter på 30 mm. Efter montage er de tre forholdsvis små hvileflader slebet, så de er helt i niveau med hinanden. Efterfølgende er det så meningen, at der skal monteres et mellemlag som spejlet kan hvile på. Vi har talt om, at siliconegummi fint vil kunne anvendes til dette formål, så nu mangler vi bare at finde ud af, hvor man får fat i sådan noget. Vi er i øvrigt blevet enige om, at en godstykkelse på et par mm. er passende.
Vinkelbeslagene hvorimod spejlet skal hvile er også fremstillet, og det samme gælder de profiler, der skal fiksere spejlet for oven.
De tre gevindrørstykker der skal holde spejlcellen stabilt i forhold til tubusbunden er monteret, og det lader til, at vi har opnået den ønskede stabilitet og styrke i denne del af konstruktionen.
Der er en ting som man skal være opmærksom på i forbindelse med ovenstående justerings- og fikseringssystem, for der er grænser for, hvor langt de tre gevindrørstykker kan justeres i forhold til hinanden idet de indvendige gevindstykker naturligvis mister centreringen, hvis niveauforskellen bliver for stor. I praksis har det dog ingen betydning, da vi naturligvis har lavet tubus og bund meget nøjagtigt, og derfor vil den ideelle indstilling af de tre gevindrørstykker være, at de skal befinde sig i den samme højde over tubusbunden.

Juni 2004
Vi har ikke været helt tilfredse med billedkvaliteten. Vi har konstateret, at stjernerne over feltet ikke har været pæne runde - faktisk ser det ud til, at stjernerne især nede i venstre hjørne er trukket ud så det der ud til at have en komethale der vender ud mod venstre - se et eksempel her. Læg mærke til, at stjernerne i den højre side af feltet er aflange på den anden led.
Vi har så kontrolleret om optikken har været linet forkert op, og der er også foretaget mindre justeringer, uden at dette har haft nogen registrerbar effekt på stjernernes facon.
Interessant nok er fejlen ikke på alle billeder, og man kunne så have mistanke om, at det kunne hænge sammen med fokuseringen. At billedet af hestehovedtågen ikke har deforme stjerner hænger muligvis sammen med, at objektet står så lavt, at spejlet ikke deformeres så meget som ved objekter der står højere på himlen?
Vi besluttede at lave en 9-punkts spejlcelle for evt. at kunne udelukke forkert understøtning af spejlet. De tre pads er i 5 mm. tyk aluminiumplade - hvorvidt dette er tilstrækkeligt er spørgsmålet.
Her er en enkelt 2 minutters kontroloptagelse af Bobletågen der på optagelsestidspunktet står forholdsvis højt på himlen.

November 2005
Vi er stadig ikke helt tilfredse med billedkvaliteten. Vi har konstateret, at stjernerne ikke altid er helt runde, hvilket tilsyneladende hænger sammen med den retning tubus peger i. Det ser ud til, at deformationen af stjernerne er størst, når tubus peger lavt på himlen. Vi har derfor en teori om, at sidestøtten af spejlet ikke er god nok, og at spejlet simpelthen deformeres, når det kiles ind imellem to sidestyr, alternativt kun støttes af eet.
Vi har derfor - endnu en gang designet om på spejlcellen, således at den nu er udstyret med 6 sidestyr. De tre ekstra sidestyr er fastgjort på arme i 3 mm tyk aluminium. Grundet den lille pladetykkelse kan sidestyrene give sig en smule, således at de kan danne et forhåbentlig passende modtryk til spejlets vægt - og samtidigt sikre, at flere end eet sidestyr støtter spejlet.
Derudover har vi forstærket de to trekantunderstøtninger der bærer spejlet. Der er endvidere monteret nye pads i silikonegummi for at øge spejlets friktion mod understøtningen, således at en del af kraften optages her og ikke på sidestyrene. Det er vores forventning, at disse tiltag vil have en positiv indvirkning på cellens stabilitet, og at der ikke vil være behov for refokusering efter at tubus er kørt til en anden position på himlen - som det har været indtil nu.
Kontroloptagelser vil vise, om ombygningen har haft den ønskede effekt.

August 2006
Der er stadig problemer med stjernefaconen, når vi fotograferer lavt på himlen. I sommer lavede vi en test med en laserpen som vi placerede i midten af fokuseringsudtrækket i stedet for kameraet. Ved siden af laserpennen anbragte vi et stykke papir som pletten kunne aftegne sig på, og teleskoptubus blev derefter kørt rundt i forskellige positioner for at se, om der var en målebar flytning der kunne indikere, at noget i det optiske tog havde flyttet sig. Vi kunne imidlertid ikke konstatere en flytning af laserpunktet, så de deforme stjerner kunne altså ikke tilskrives en flytning af den optiske akse.

Konklusionen var derfor, at fejlen måtte skyldes en deformering af hovedspejlet, når det hvilede på kanten, da stjernerne så fine og runde ud, når vi fotograferede med tubus i en lodret eller tilnærmelsesvis lodret position.

Vi har så i en længere periode gået og funderet over, hvordan vi kunne opnå en optimal understøtning af spejlet for at undgå deformering når det står på kanten. Vi var enige om, at en celle med tre sidestyr ikke var den bedste løsning – og tilsyneladende heller ikke en seks-punkts som beskrevet ovenfor. Det kan ikke udelukkes, at brugen af understøtningspads af gummi var en fejl, da spejlet fastholdes ret godt af disse. Måske er det den øgede friktion i forbindelse med sidestyrene der har været uheldig.

Man er virkelig sat i et dilemma. En af de vanskeligheder man støder på er, at spejl og celle har forskellig udvidelsesfaktor. Således vil aluminium, som cellen er fremstillet i arbejde mere end glas ved varierende temperatur. Derfor kan sidestyrene ikke anbringes, så de rører ved spejlsiden, da deres afstand – eller tryk hænger nøje sammen med omgivelsestemperaturen. Vores mål er at forhindre spejlet i at skride sideværts, når det hviler på kanten – og det gør det i realiteten hele tiden. Men da vinklen man observerer i er forskellig, vil trykket også være det.

Vi blev enige om at forsyne spejlcellen med tolv sidestyr - forsynet med filt. Filten er fastgjort med dobbeltklæbende tape. Dette lag er en smule fjedrende. Filten hænger ikke fast i spejlet, og det er nok en fordel.
Derudover har vi ændret spejlunderstøtningen fra en ni-punkts til en seks-punkts efter anbefalinger.

September 2012
Efter en observationssession konstaterede vi i forbindelse med en eksponering en markant feltglidning. Vi blev vi enige om, at det skulle der gøres noget ved - spejlcellen skulle forbedres. Det første udkast gik på at støtte spejlet med tre vipper, som forsynet med kuglelejer skulle støtte spejlet to steder hver - og over 60 grader Tanken var så, at to af disse vipper ville kunne fiksere spejlet, når tubus var orienteret i feltet fra øst til vest og fra 0 grader nord til lidt før zenith. Fordelen ved princippet er, at det er selvjusterende.
Men så kom jeg til at tænke på, at man med en mindre ændring kunne understøtte spejlet flere steder ved at montere to mindre vipper på den oprindelige vippe. På den måde kunne vi støtte spejlet for hver 30 grader
Modifikationen krævede ganske vist tolv kuglelejer, men dem havde vi i forvejen. Vipperne er lavet i 5 mm tyk aluminiumsplade, og lejerne i de store vipper er bronzelejer med en indvendig udboring på 6 mm.
Vipperne er monteret i en lejeblok med en 6 mm stålaksel. Det hele er spændt sammen, så der er et minimum af slør. De små vipper er forsynet med et centerleje med en ydre diameter på 13 mm og et centerhul på 4 mm. Derfor er der til montage udelukkende brugt 4 mm unbrakoskruer.
Nu ser spejlcellen så sådan ud

November 2012
Ved et nærmere eftersyn af konstruktionen kunne vi se, at den mekanisk ikke levede op til det planlagte idet to af vipperne tilsammen spændte over 210 grader. Dette forudså vi ville give problemer i forbindelse med termisk sammentrækning af cellebunden, da spejlet ikke kunne bevæge sig og derfor ville blive udsat for et tryk fra siderne.
Tegningerne skulle laves om, og vi blev enige om, at de yderste støttepunkter for to vipper maksimalt måtte dække 180 grader. Lejerne på de små vipper blev flyttet tættere på hinanden, og de små vipper blev placeret længere inde på de store vipper. Dette betød så, at vi måtte fravige princippet om, at afstanden mellem spejlkantens støttepunkter skulle være 30 grader hele vejen rundt.
Nu da vi var i gang besluttede vi, at fastgørelsen af cellen til tubus skulle gøres mere solid. Der er nu sat seks vinkler fast - hver med to 5 mm skruer - vinklerne er i 5 mm gods. På siden af tubus er vinklerne også gjort fast med to 5 mm skruer. Før sad den 6 mm tykke cellebund kun fast med seks 4 mm skruer, som var skruet ind i kanten - det var ikke godt nok måtte vi erkende.
Nu virker det meget mere solidt, og det er vores håb, at modifikationen har en positiv indvirkning på den mekaniske stabilitet, så spejlet ikke flytter sig så meget, når tubus flyttes fra een position til en anden. Nu må vi se...
I øvrigt er vi gået tilbage til at lade spejlet hvile på teflonpads for at sikre, at det kan glide og derved altid være i optimal mekanisk kontakt med kantkuglelejerne.

 

 

Tilbage til første side