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[自制DIY] 平台赤道仪

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venn 发表于 2019-9-12 19:09 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 美国

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本帖最后由 venn 于 2019-9-12 19:42 编辑

平台赤道仪是一种特殊的赤道仪,它的特点是外形低矮,近似于十厘米高边长不到一米的一个三角板,负重大,能扛几十公斤重的Dobson式望远镜,可以装电跟,可以提供几十分钟到一个小时左右的跟踪,然后就要重新复位一下。它结构简单,成本不高,有条件的朋友可以自己制作,最适合使用大DOB的自动跟踪,当然你也可以把整个三角架支在上面使用任何形式的望远镜。
eq platform.jpg
这是使用时的样子:
使用时的样子.jpg
这是国外爱好者用他DOB放在DIY的平台赤道仪拍出的照片:

星空照片.jpg
下面就这种赤道仪的原理、常见类型、具体结构、设计考虑和参考图纸做一些介绍,这部分内容基本翻译自Reiner Vogel的网站:
以及最后我对为这种赤道仪增加导星功能的一些想法,希望喜欢天文又有动手能力的朋友参加进来,一起完善出一个合适的设计,让更多人能容易地用上这个设备。

 楼主| venn 发表于 2019-9-12 19:22 | 显示全部楼层 来自: 北京市 中联云港
本帖最后由 venn 于 2019-9-12 19:43 编辑

原理
赤道仪的基本原理就是制造一个与天球同步转动的平台,把望远镜固定在这个平台上,其视线就会与恒星的移动同步。如果我们设计一个大的立体圆锥,其对称轴指向正北,垂直角度与观测所在地的纬度相同,也就是直指北极星的方向,然后让圆锥按照每恒星日一周的速度旋转起来,这样就形成了一个和天球同步旋转的系统。为节省材料我们不必建造完整的圆锥,只要建造地面附近的一小部分如图中蓝色所示,这样就能实现一小段时间的追踪。由于追踪要求推动很大的圆锥口运动,电机系统的各种误差都被除以一个很大倍数抹平,所以容易实现比较高的追踪精度。要指出的是这种平台赤道仪有一个很明显的缺点,就是它的部分结构是和观测点的纬度相关的,如果想让它适应不同的纬度,必须设计一些跟纬度相关的替换部件。
原理1.jpg
如果把圆锥映射到实际设备上,是这样的: 原理2.jpg
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 楼主| venn 发表于 2019-9-12 19:30 | 显示全部楼层 来自: 北京市 中联云港
本帖最后由 venn 于 2019-9-12 19:44 编辑

平台赤道仪的结构是什么样的:
按照这个基本原理制造赤道仪,要由两部分构成:一个底板最南端安装一个旋转轴,北端安装两个滚轮,三点支撑顶板;
平台底板.jpg
一个顶板南端是一个旋转轴支点,北端是大圆锥的一小部分圆弧(后面管这一部分叫做"滑扇"),圆弧的形状要使圆锥轴心角度与纬度一致,圆弧坐在底板的两个滚轮上,顶板可以围轴心旋转:
平台顶板.jpg

底板上安装电机和控制机构,推动顶板按照固定的速度旋转,有的设计里是直接驱动滚轴,有的设计里是使用一个推杆推动圆锥边缘做滚动。
轮驱动
轮驱动.jpg
杆驱动
杆驱动.jpg

另外有一种设计是不制作完整的圆锥切片,南端不安装旋轴轴,而是也用一个滑齿,这样可以以有限的顶、底板实现很长的圆锥,追踪时更容易控制精度,缺点是南滑齿如果制作不够准确的话,平台旋转中心可能不在理论上的旋轴点上。
原理图:
双滑扇式原理图.jpg
         实际样子:
双齿平台照片.jpg
平台赤道仪的设计重点在滑齿的形状和支撑方法上,最直接的想法就是滑齿垂直于转轴,完全模拟圆锥底的形状,这样的滑齿外圈是完美的圆形,但上面于平台上板有一个角度,要求有一定加工精度。滚轮的支撑办法也有不同,Poncet的设计滚轮是斜着安装的,支撑在滑扇侧面,比较适合高纬度地区,Gee的设计是垂直支撑的,比较适合低纬度地区。这两种办法都是支撑锥口圆面,统称CS(circle segment)式或圆面支撑式(circle bearing)。
         
CS and VNS.jpg
滑扇支撑办法.jpg

d'Autume的设计是让滚轮轴支撑在圆锥侧壁上的,叫做锥壁式支撑(conical bearing)或圆桶支撑(Cylindrical Bearing),也有两种变形,其中一种是滚轮轴水平,滑扇和顶板垂直,这种设计方式又叫做VNS(Vertical North Sector)形式,它有一个明显的好处是便于支撑很重的望远镜,也有一个坏处是垂直滑扇外缘不再是正圆形,而应该是一个椭圆,加工比较困难。另一种滑扇与顶板是按纬度角相连的,这样滑扇是正圆,但上下底都不是直角。


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 楼主| venn 发表于 2019-9-12 19:32 | 显示全部楼层 来自: 北京市 中联云港
本帖最后由 venn 于 2019-9-12 19:45 编辑

它怎么使用
平台赤道仪的使用是很简单的,只要把它的中线对准正北(指南针或北极星)就可以,因为它的尺度比较大,对于各种制造和使用误差的容许度比较高,还是很容易实现精确追踪的,唯一要注意的是因为它是按观测纬度设计的,不要把它带的离家太远,不过一两百公里内是没什么问题的。

使用照片1.jpg 使用照片2.jpg
使用照片3.jpg

你可以把从DOB到三脚架支撑的任何望远镜架在上面,按照自己习惯的方式从目镜中寻找到要观察的星星,启动追踪,就可以让它保持在视野中心,你可以拍照或者仔细关槛,直到滑扇用尽了它的行程(不同的设计可以提供几十分钟到一个多小时的时间),这时你要把它重置回初始位置,再寻找目标开始追踪。平台赤道仪对DOB望远镜最友好,因为DOB重心低,平台摇摆滚动时不容易歪倒摔下来。
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 楼主| venn 发表于 2019-9-12 19:39 | 显示全部楼层 来自: 北京市 中联云港
平台赤道仪的设计
平台赤道仪通常是为适合你的望远镜而设计的。首先你要缺点自己使用它的纬度,这将决定关键的滑扇设计,其次要考虑你望远镜的底座尺寸和重心高度,不要让赤道仪旋转时把它倾斜到危险的程度。
        接下来要在几种主要的思路里做出选择:
1        南单指点,北滑扇
1.1        圆面支撑(CS)
1.2        锥壁支撑
1.2.1        垂直滑扇(VNS)
1.2.2        斜滑扇
2        南北双滑扇
CS和VNS两种类型的Reiner都做过,他认为CS类型的比较简单直接,是入门的首选,但是不能做到真正的三点支撑(理由他没说,可能是因为倾斜滑扇不能做得太薄,跟滚轮接触面比较大)因而精度不太好。VNS结构比较复杂(主要是滑扇椭圆),但垂直支撑和真正三点接触是其优点。
http://www.reinervogel.net/index ... Plattform_CS_e.html 这里Reiner给出了一个CS样式的例子,有普通木工设备用多层板很容易实现,也没用复杂的追踪设备,就是一个直流减速电机,用万用表测电压调速,就能有不错的效果。
        顶板的具体形状可以比较随意,最好能更自己的望远镜比较配合,可以设计一些专用的固定点,强度够用的情况下,中间可以挖空以减少重量。
        对于大的DOBSON,平台的高度是个需要考虑的问题,尽量要把平台设计得扁一些。同时可以考虑在平台上粘一层特氟龙片增加润滑,拆掉DOB底座的旋转圈直接座在上面,通常可以减低3、4厘米的高度。
        平台的各种尺寸,可以从维持望远镜重心稳定的角度进行设计,计算得到如下的主要数据。
vns design 0.jpg
通常顶板可以认为是水平的,把它作为基本参考平面,带你们一步步走:
vns design 1.jpg
首先确定望远镜重心高度,让按纬度角度抬起的极轴通过重心,确定顶板中心距南旋转轴心的距离a,同时也就定下来了重心在水平面上的投影位置。
vns design 2.jpg
然后转到水平面上来,量一下DOB望远镜方位角转环的大小,以重心的投影为中心,画一个跟它一样大小的圆,在正南位置贴一片特氟龙片,然后在东西个贴一个,其连线(蓝线)与旋轴的水平投影垂直,大约成等边三角形,这样这三片特氟龙就能支持DOB的水平旋转。这两片特氟龙中心的连线就可以做滑扇的安装位置,其距南旋轴点的距离为b.
vns design 3.jpg
再转到垂直位置,b有了,画出与极轴垂直的锥口平面(蓝线),轴心与水平面距离c'就能定下来了。
vns design 4.jpg
现在转到面对倾斜的锥口平面,现在要决定滑扇的尺寸,也就是要知道锥口半径c。先画出长度c',在其一端画垂直线,量出特氟龙垫的位置画出来(红色),滑扇最小宽度要比两个特氟龙垫子宽一些,找到你认为合适的宽度e,通常每边可以比特氟龙垫宽10厘米,它们和平面交点(绿箭头处)距极轴的长度就是c。实际制作时不用整个的滑扇,只要做出在支撑滚轮上滚过的一段就型,看你想一次追踪多长时间,比如1.5小时,那么这段时间内滑过支撑滚轮的长度就是1.5/24*2*3.14*c,它近似等于需要制作的滑扇的宽度d。
        如果是较小或重心较高的DOB,用这种办法常常算出过窄的滑扇,这时就要把两片特氟龙片东西方向上分得远些。
VNS形式的滑扇不是正圆形,而是一个椭圆,需要把上面计算好的圆弧变换一下:
VNS sector.jpg          
VNS sector2.jpg

VNS滑扇的加工方法一种是用软件计算画好椭圆曲线,打印出来,贴到木板上用曲线锯加工。VNS两段滑扇为了减少南北方向上在滚轮上的滑动,不能安装在一条直线上,而是要和各自的平面半径垂直,就像上图红色所示那样。于是滑扇的具体算法是先把圆上各点的高度乘以纬度的COS值做缩小,再把宽度除以cos(β)括大,如上图。理论上这样安装的滑扇转动时并不总是正直角面与滚轮接触,所以比使用较薄一些的材料制作有利于减少误差,Reiner使用5mm厚金属板,纯铁或硬铝合金摩擦系数太小,容易打滑,软铝又不耐磨,他选择了AlMgSi0.5铝合金,在14英寸dob上他用的是3mm铝合金板。
VNS sector full view.jpg


另一种办法是设计一种专门的夹具,有整个真实圆锥的大小,钢管搭一个轴和一条半径,把粘好滑扇毛坯的顶板固定在圆锥壁上,一个台锯锯齿按纬度角度倾斜,也放在圆锥壁上,推动圆锥转起来,不管滑扇和顶板的角度是多少,都会锯出正确的曲线来。这重夹具加工还有一个好处是对于南端不用转轴,也是一个滑扇的设计,可以比较容易地保证南北两个滑扇的同轴性。对于想这么做的人,可以参考http://sawdustfactory.nfshost.com/eq%20platform/
VNS sector making.jpg
电机与驱动:
Reiner使用直接摩擦驱动滑扇,这种方式容易制作,回位简单。他使用减速比1:600的RB35直流电机和1:20齿轮驱动,靠调整电压来控制速度
driver1.jpg
这是他的调压器,通过LT 1086提供一个2-12V的电压,根据实测确定合适的追踪电压:
driver2.jpg
制作图纸:
http://www.reinervogel.net/index_e.html?/Plattform/Planung_e.html
Reiner在上面的链接里给了适合一大(16寸以上)一小(14寸以下)DOB的设计图纸,大家可以下载参考。
下面链接是westmarch按照这个图纸的制作实例
https://stargazerslounge.com/top ... atform-for-dummies/

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 楼主| venn 发表于 2019-9-12 19:40 | 显示全部楼层 来自: 北京市 中联云港
本帖最后由 venn 于 2019-9-16 14:25 编辑

进一步提高
Reiner设计的驱动是十分简单的,按他的说法已经效果很好了,但我想应该还可以提高。直接的想法比如使用步进电机,比如VNS式的驱动不要匀速,按理论计算出一个三角函数,依此驱动等,总之要上单片机什么的,搞得更复杂一些,也更贵一些。但这仍然是盲跟,是否可以把导星加进来呢?
看过 @885645  的"发帖庆祝一下刚刚完工的ST4导星信号直流电机控制器"帖子,http://bbs.imufu.cn/forum.php?mo ... B%E7%94%B5%E6%9C%BA忽然有了一个想法,不用什么三角函数,不用什么步进电机,不用什么单片机,就用ST4的赤经进信号线直接驱动电机,是不是就可以实现精准的导星了呢?我是做软件的,对硬件不怎么懂,提出这个想法,有兴趣有经验的朋友请来一起完善它。
ST4信号其实很简单,就是控制赤道仪赤经、赤纬四个方向的微动信号。即赤经前进、赤经后退、赤纬前进、赤纬后退。带导星接口的摄像头如T7C、QHY5都有一个ST4信号输出端口和一个USB端口,usb端口用于实现同电脑的数据通信(包含视频数据和导星控制数据),在CCD内部包含有ST4的解码器,接受电脑送来的导星控制信号,同时转换成ST4信号输出控制赤道仪。工作原理是现将视频数据送入电脑,通过电脑运行的导星软件计算出导星数据,然后向摄像头的ST4解码器输送控制数据,解码为ST4信号控制赤道仪。ST4是一个6针的RJ11电话线插头,有一个公共脚和四个方向脚,公共脚通常为地,而方向脚在不作用状态是对地高阻抗态,而方向脚在作用时是对地低阻抗态。只要做一个电路只看赤经进信号,驱动电机往前走一点,只要别走过,因为有摩擦,就可以只进不退,电机力气要大点,传动回差什么的也都不是问题,不要求高级货,成本可以很低。
大家看这个想法如何?


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大水车 发表于 2019-9-12 22:14 来自手机 | 显示全部楼层 来自: 北京市 移动
有意思,像第一张图上的平台赤道仪有多重?

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不知道,应该不太轻,目前有商品化的最轻的是这个http://www.blandinequatorialplatforms.com/ 自身14磅,负重150磅。 自制可以考虑使用全铝合金减轻重量。 这是一个更有名气些的商品化产品,也是铝合金的 http://w  详情 回复 发表于 2019-9-13 13:57
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大力发展生产力 发表于 2019-9-13 10:09 | 显示全部楼层 来自: 湖北省武汉市 华中科技大学东校区
有趣的东西,在这上面架一个大口径dob拍行星肯定不错
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 楼主| venn 发表于 2019-9-13 13:57 | 显示全部楼层 来自: 北京市 中联云港
大水车 发表于 2019-9-12 22:14
有意思,像第一张图上的平台赤道仪有多重?

不知道,应该不太轻,目前有商品化的最轻的是这个http://www.blandinequatorialplatforms.com/

                               
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自身14磅,负重150磅。
自制可以考虑使用全铝合金减轻重量。
这是一个更有名气些的商品化产品,也是铝合金的 http://www.equatorialplatforms.com/alumplt.shtml

                               
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价格都在1000$到2000$,太贵了
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大良 发表于 2019-9-14 13:16 来自手机 | 显示全部楼层 来自: 广东省梅州市 移动
用在牛反目视非常好!

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老兄实际用过吗?自制的还是购买的?  详情 回复 发表于 2019-9-22 11:05
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KKKVVV 发表于 2019-9-18 09:02 | 显示全部楼层 来自: 广东省深圳市 电信
楼主把这个讲得很细,活雷锋。
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 楼主| venn 发表于 2019-9-22 11:05 来自手机 | 显示全部楼层 来自: 北京市 中联云港
大良 发表于 2019-9-14 13:16
用在牛反目视非常好!

老兄实际用过吗?自制的还是购买的?
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大良 发表于 2019-9-22 12:05 | 显示全部楼层 来自: 广东省梅州市 移动
是的!有空看我新浪微博-大良天文爱好者

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抱歉,未找到“大良天文爱好者”相关结果。建议:您可以尝试更换关键词,再次搜索。您可以关注萌小搜 @微博搜索 获取搜索技巧。您也可以尝试在全网内搜索: 大良天文爱好者  详情 回复 发表于 2019-10-8 22:58
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 楼主| venn 发表于 2019-10-7 10:29 | 显示全部楼层 来自: 北京市 中联云港
因为对电路和电机等硬件不熟悉,就在网上看有没有什么成品可用,发现有些电机驱动套件还是很不错的,简直可以拿来就用,下面就是找到的一个。如果功能选P3: 给信号1;正转一定角度停;  给信号2;反转一定角度停;这意思就是把ST4的线连上就能用了:赤经加 连信号1, 赤经减连信号2, 调整步进角度到一个比较小的数字,接个57电机直接驱动摩擦轮,是这样吗?懂电路的朋友给看看?
电池怎么配好?有合适的锂电可用吗?
电机.jpg


这是产品说明:
1:产品型号:YF—20;步进电机驱动及控制一体;可以直接接步进电机;无需外接驱动器;提供详细演示视频;可调速;可设定角度;可实时显示速度;内置加减速等算法保证精准度;厂家直销;支持定做。
2:电压电流范围:开可以控制电压:7~30V 电流:2A以内;常见42,57两相四线五线六线步进电机;
3:速度说明:可实时调速:0.1~999转/分钟;(大部分42,57步进电机最高转速约350转/分钟)
4:角度说明:角度:1~9999度可设定; 360度为一圈;用户可换算成自己的需要的运行距离
5:功能列表:
P--1:点动;按住就转,松开停;
P--2:自锁:按正转保持正转;按反转保持反转;松开不停;
P--3:给信号1;正转一定角度停;  给信号2;反转一定角度停;
P--4:给信号1;正转一定角度停;  给信号2;反转回到原点停;
P--5:给信号1;正转一定角度停;再给信号1;反转回到原点停;
P--6:给信号1;正转一定角度停;信号消失; 反转回到原点停;
P--7:通电后,在两个限位(信号1,信号2)之间来回循环运行
6:按键及信号说明:
功能键: 长按2秒进入功能选择;短按调节功能;调好2秒之后;自动保存并退出设置模式
复位键: 长按2秒电机反转找起点限位(信号3) 此功能用户需要在信号3接限位传感器
正转键: 同信号1
反转键: 同信号2
停止键: 同信号3
7:电路板预留外接驱动器接口;注意外接驱动器细分请调至32细分可与本电路板各个参数配套
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shian98 发表于 2019-10-8 22:58 | 显示全部楼层 来自: 上海市杨浦区 电信
大良 发表于 2019-9-22 12:05
是的!有空看我新浪微博-大良天文爱好者

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看图  详情 回复 发表于 2019-10-9 22:07
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大良 发表于 2019-10-9 22:01 来自手机 | 显示全部楼层 来自: 广东省梅州市 移动
做另一个
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大良 发表于 2019-10-9 22:02 来自手机 | 显示全部楼层 来自: 广东省梅州市 移动
拍照效果单张
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大良 发表于 2019-10-9 22:07 | 显示全部楼层 来自: 广东省梅州市 移动
shian98 发表于 2019-10-8 22:58
抱歉,未找到“大良天文爱好者”相关结果。建议:您可以尝试更换关键词,再次搜索。您可以关注萌小搜 @微 ...

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 楼主| venn 发表于 2019-10-17 09:38 来自手机 | 显示全部楼层 来自: 北京市 移动数据上网公共出口
用4040铝型材制作上下框架像是不错的办法,都是标准件,算好长度让商家给截好,自己用螺丝刀就能搞定,又重量轻负重大。
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