本帖最后由 机械原理 于 2017-12-28 00:42 编辑
电调焦回差测量新方法
电调焦回差测量新方法 首先说一说我这里指的电调焦是哪种类型的电调焦。我这里指的是可以通过ASCOM或其他协议进行控制自动调节焦距的设备，而非仅通过手动进行焦距调整的设备。前一种如萝卜调焦，后一种如信达电调焦，我们这里只讨论前一种类型回差的测量。是后一种没有回差吗，这就得知道回差究竟是怎么回事了。所谓回差确切讲应该叫传动回差，是指运动副在发生传动方向反转时输出端出现迟滞的程度。主要是由于传动件、结构件弹性变形、运动副装配间隙等造成。从这个方面来看这两种电调焦都是存在回差的，但由于后一种电调是由人来手动控制的，通过人眼来判断合焦位置人本身变成了消除回差的装置，因此不太需要考虑回差问题了。 萝卜调焦 信达电调焦 这个章节我命名为电调焦回差测量新方法是因为我设计了一套有别于过去使用的方法，所以我们有必要回顾一下电调回差的方法。 以下引号内的文字均为引用前辈的文章，而且我并不知道是哪位前辈写的，如果您不同意引用请及时和我联系。
“ 电调回差测量办法 立冬出的电调是个好东西！ 要用好这个电调，首先要学会准确测量回差。常用的SKYX，MDL,FM都需要准确的回差来保证调焦的准确性。如果你使用SGP软件，那么完全可以无视实际回差的影响！！！ 一、什么是回差，回差由什么构成的 笼统的说，回差就是因为机械空程造成的，举个简单例子，前进100米，再后退100米，你回不到起点位置。准确的回差构成有：电机部分的空程，电调支架的变形，调焦座的空程等组成。其中电调支架变形引起的回差是可变的，不容易准确测量，而电机和调焦座空程一般都是固定数字。 二、测量回差的准备工作 1、硬件准备工作。安装好电调的驱动程序。安装方法比常规的硬件安装方法复杂，详见立冬给出的具体安装文档。 当安装好电调系统以后，你的回差就应该是一个固定数值了。测量这个回差，需要你会使用鱼骨板对焦，如果有软件辅助鱼骨板对焦会更好。调焦座缩短的方向是IN，伸长的方向是OUT。 把你的天文望远镜拉到可以看到星星的地方，控制赤道仪把天文望远镜指向一颗亮星（最好是1等以上的亮星），手动控制电调调焦，到大致合焦的位置。安装好鱼骨板，拍摄这颗亮星，控制电调直到准确合焦位置。 2、软件准备工作。牧夫有一个日本人做的鱼骨板对焦程序，可以直观的看到是否对焦，很简单实用。 这里只放一个截图，具体的方法请在牧夫看帖子。 鱼骨对焦版辅助软件 - 书刊软件多媒体 - 牧夫天文论坛（中国最早的天文论坛，致力于天文和望远镜的科普交流平台） -Powered by Discuz! 另有国内同好自己写的对焦检测程序，未使用过，先贴在这里。 再发一个福利，自己写的天文摄影中辅助对焦的软件 - 书刊软件多媒体 - 牧夫天文论坛（中国最早的天文论坛，致力于天文和望远镜的科普交流平台） -Powered by Discuz! 三、回差测量的方法： 1、OUT方向回差测量。在刚才准确合焦位置上（假设这个位置上，电调显示的步数是10000步），控制电调OUT走100步（电调显示10100），停下，然后开始IN100步（电调显示10000），这个时候不停拍摄亮星，检查亮星的合焦状态，发现不合焦，继续IN，这个时候一次走大约3-5步，慢慢调，直至合焦（假设电调显示为9985）。你会发现两次合焦位置差了15步，这个15就是OUT方向的回差。 2、IN方向回差测量。在刚才准确合焦的位置上（电调显示9985步），控制电调IN方向走100步（电调显示9885步），然后OUT方向走70步，不停的拍摄亮星，检查合焦状态，发现不合焦，继续OUT方向走3-5步，慢慢检查直至准确合焦（假设电调显示9995步）。两次合焦位置差值为10，这个10就是IN的回差。 四、回差的设置 打开RB软件，点击config按钮，会弹出RB的设置界面。 Backlash comnensation就是设置回差的地方，IN和OUT分别填写你测量到的回差数值，然后点击Set Backlash。填写完成以后关掉这个界面，然后重新打开，点击GetCurrent Settings，这时候就可以在IN ,OUT后面的框内看到你之前设置的回差数字。你需要用这个方法来检测是否正确设置了回差数值。 五、影响回差准确性的因素 根据我的使用经验来看，回差是否能测准确，主要是视宁度和电调支架两者的影响。视宁度会影响星点对焦，这个不用过多的描述，对过焦的同好都会发现。电调支架的影响就是一个隐形的影响。立冬原配的电调支架是一块铝片，厚度大约1mm左右，由于CCD重量较大，电机在驱动调焦座的时候，会引起这块铝片变形，角度不同，重量不同，这个变形引起的回差都不一样，无法测准。而之前所说的影响回差的三大因素之二的调焦座和电机，一旦安装到位，这两个部件的回差就是确定的，不会因为其他原因影响造成回差变化。 最重要的两点，一是如果拆装了调焦座，电调支架，电机中的任意一个，回差都需要重新测量。二是有齿调焦座比无齿调焦座靠谱的多。” 这是正统的回差测量方法，精度控制虽然没有量化但完全可以满足精度要求。但有一个问题就是你至少得有一个星点作为测量基准吧。假如你兴冲冲的安装好了自己的电调，结果遇到开光定律几天时间都没有星光，岂不是急死人了！呵呵，其实电调焦的回差与所有机械设备的回差空程没有任何区别，所有完全可以使用机床设备用于消除空程的方法。这个方法让你可以在自己家里就可以完成，不管是刮风下雨还是老婆掉脸子都可以完成。哈哈，其实没有那么邪乎，没有星光远处的灯光也完全可以利用。我的方法只是让你在调试阶段相对简单、准确且足不出户就可以完成罢了。 首先我们需要使用到的是机械加工过程中最常见的百分表及表座（如下图所示），有些望远镜可能需要精度更高的千分表。另外，还要一个很常见的导星镜鸠尾板。 其次，你需要将调焦系统完成安装，并已经完全锁紧各处螺栓。 先说说表座的问题，一般情况下工业用的表座指磁力表座加其上的接杆，有些地方也会把表座称为表架。可以从网上买，但一个真正好用的表座价格是不便宜的，如果可以从工厂里借到，最好是借用。百分表也是这种情况，能借就借。千分表价格不菲，尤其是真正能达到精度的（小日本产的，国产的我还没遇到过）随便可以买一个全新的小黑了，所以能不能借到还不一定呢。 因为我的是小黑，最显著的特点就是铁皮筒子。这也让使用磁力表座的使用成为可能性，不过从使用的效果来看，磁力表座因为自身重量原因，无法完全固定在镜筒上。所以就要用到鸠尾板了，一般情况下鸠尾板上会有1/4”的或者M6的螺纹，表座接杆底部一般为M6或M5的螺纹，所以直接将接杆从磁力表座上拧下来装到鸠尾板上就可以了。剩下的我不用说了吧，寻星镜鸠尾槽在那儿放着呢。 下面我们接前辈文章的第三部分。 三.回差的测量 首先将百分表安装在表架上，并将表架各调节旋钮松开（图上演示的这种是一键锁紧的，常见的还有两处锁紧的），将表架安装至鸠尾槽并锁紧。 随后将调节旋钮锁紧，锁紧同时调整表头上测头与基准位置接触（图上是滤镜轮后端面，只要是与调焦筒一体运动的零件端面即可），并下压一定距离（通过观察小表针可知下压了多少，主要是因为需要测量in、out两个方向），旋转大表盘至指针指向0位。需要注意的是为保证精度，测头应尽量垂直于基准面。 控制电调OUT走100步，此时可以顺便记录调焦筒一共out了多少距离（距离/100=每步移动距离）。 控制电调in走100步，观察百分表示数，看离0位有多少距离（每格距离可以直接从表盘上读取，演示用的百分表测量精度为0.01即每格0.01），差多少距离/刚刚记录并计算的每步移动距离=回差步数。按计算结果移动即可见到指针基本回到0位。验证回到0位后将回差步数填入软件out回差栏内。 控制电调in走100步，再控制电调OUT走100步，观察百分表示数，看离0位有多少距离，差多少距离/刚刚记录并计算的每步移动距离=回差步数。按计算结果移动即可见到指针基本回到0位。验证回到0位后将回差步数填入软件in回差栏内。 大家可以看到我的out回差为0.02mm左右，经过计算我的out回差为1步。In回差大概在0.03左右，如果我设置in回差为2步就会超过0.01左右，因此我设置in回差也为1步。 设置好回差后来回跑了两遍，可看到回差基本消除。至此回差设置结束，是不是要比星点方法简单的多。首先，不用对任何物体合焦，也就是完全可以在还未安装主镜副镜的情况下进行回差测量；其次，回差是按表的示数进行测量的避免了两次合焦的差异造成的测量不准确情况；最后，从示数上即可了解自己调焦系统的非刚性误差等随机误差。 以下我还想说一说有关调焦的两个重要方面： 何为CFZ？这个参数到底有何用？ 大家可以先到这个网址下计算一下自己的CFZ为多少。可以发现焦比越小的望远镜CFZ值越小，也就是光圈越大的望远镜CFZ值越小，这很类似于焦深的概念“光学成像系统的焦深指的是当系统像面移动造成的系统波像差变化不超过四分之一波长时，则认为这个像面可以移动的范围便是光学系统的焦深。”。换句话说，计算出来的CFZ是可以清晰成像的CCD的像面允许的移动范围。焦比越大可移动的范围越大，焦比越小可移动的范围越小。 http://www.wilmslowastro.com/software/formulae.htm#FR_b 在同等条件下，如果阁下使用的是大焦比的马卡、施卡镜，调焦时可以发现调至清晰后前后移动CCD有很长的距离成像依然清晰。如使用的是如RASA这样的小焦比镜子，轻轻移动就马上不清晰了。 计算这个值是为了确定你每次调焦时从不清晰到清晰的可移动范围。 电调焦的每步移动距离 在MDL中有关电调设置的界面里有一处AUTOFOCUS SETTINGS的对话框，里面需要填写FOCUS STEP SIZE，如果使用电调及MDL的这个参数必须填写。即电调焦每步长调焦筒移动了多少。这个值是如何测量的，论坛里基本上都是移动1000步，使用卡尺测量移动距离，然后除以1000，即为每步长移动距离。其实，只要知道你的调焦轴直径（无齿调焦座）或者齿轮节圆直径就可以计算了。无齿调焦座计算很简单，已知步进电机输出轴每转需要多少步（WLD为1440步，实在不知道自己试一试就知道），已知调焦轴直径，π*D/每转步数=每步移动距离。以小黑单速调焦座为例，调焦轴直径Φ4，电调步数1440，带入公式，每步移动距离=0.0087mm。有齿调焦座就有些难度了，如果你不知道齿轮模数、齿数、螺旋角，不如直接测量。但如果知道你可以用下面这个公式计算节圆直径：d=mz/cosβ，其实公式不用看，能弄明白前面那几个术语的都知道这个公式。以我自制的有齿调焦座为例：节圆直径经计算为10.57，可计算出每步移动距离=0.023mm。大家可以看到经过改造后的调焦座每步距离一下子变为了之前的2.5倍，应该说调焦的精细程度降低了。 为什么一定要提到这两个方面呢？应该说你的电调焦如果是使用的是步进电机（一般来说是），就一定要了解这两个方面。因为从前面CFZ的概念中可以看出，小焦比（大光圈）的望远镜的调焦行程是很短的。因此，小焦比镜子在调焦的过程中要让像平面（也就是CCD成像表面）落入CFZ内就必须有能够精细调焦的调焦座。这一点对于手动调焦来说不是问题，是因为手动调焦是连续的，而不是步进式的（所谓步进就是以一个固定的值移动，而不会在固定值之外停下来）。这下问题来了，如果你的固定值大于CFZ的值要让ccd成像平面落入CFZ内岂不是需要碰运气了！？因此，我们的电调焦的每步移动距离必须小于CFZ才有可能进行，确切说为保证ccd成像平面与理想焦平面重合，电调焦的每步移动距离必须小于CFZ的二分之一。小黑的CFZ=0.058mm，我的电调每步移动距离=0.023mm，才刚刚好能用。 说这么多是因为这两个值在很多地方有应用，MDL里需要设定，SGP里也需要设定（具体可见《SGP初级使用教程The First Week（7夜速成）》），大家还是计算一下。 另外，用于测量小焦比镜子的回差请选择千分表，但需要注意的是千分表的量程一般不超过0.5mm，一定要计算好移动步数以免损坏表头。
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