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. Mere om PLOP her: PLOP
Ifølge programmet kan man med fordel understøtte et fuldtykkelsesspejl
(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.
