Arduino Powered 'Scotch Mount' Star Tracker für die Astrofotografie - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Als ich jünger war, lernte ich die Scotch Mount kennen und baute mit meinem Vater eine, als ich 16 war. Es ist eine kostengünstige und einfache Möglichkeit, mit der Astrofotografie zu beginnen. Off-Axis-Tracking usw. Als ich diese Montierung zum ersten Mal in den 90er Jahren hergestellt habe, musste ich eine Filmkamera verwenden und den Film im örtlichen Kamerageschäft entwickeln lassen, es war ein teurer und langer Prozess (nehmen Sie die Fotos, Verwenden Sie die ganze Rolle, geben Sie sie ab, holen Sie sie ein paar Tage später ab und sehen Sie sich die Ergebnisse an), es ist jetzt mit Digitalkameras so viel schneller, billiger und einfach durch Ausprobieren zu lernen. Im letzten Schritt sind einige alte Aufnahmen von 1997 zu sehen.

Das Design, das ich damals und heute verwendet habe, stammt aus diesem Buch Star Ware:https://www.philharrington.net/scotch.htm

Für dieses Instructable habe ich auch ein Github-Repository für alle Arduino-Assets: Code, Schaltplan und Teileliste mit URLs.

github.com/kmkingsbury/arduino-scotch-mount-motor

Die Scotch-Montierung funktioniert nach einem sehr einfachen Prinzip, bei dem das Uhrrad zu bestimmten Zeiten gedreht wird, aber wie ich gelernt habe, spielt die Stabilität eine große Rolle für das Ergebnis der Fotos. Das Drehen des Uhrrads auf ein instabiles oder fadenscheiniges Design, insbesondere bei hohen Zooms, führt zu Sternspuren und Zittern in das Foto. Um dies zu überwinden und den gesamten Prozess zu vereinfachen und zu automatisieren, habe ich einen einfachen Arduino-basierten Motorantrieb erstellt, der auf einem Gleichstrommotor und einigen Kunststoffzahnrädern basiert (ich habe eines von mir aus einem kaputten Spielzeughubschrauber gezogen).

Es gibt andere Anleitungen für den Scotch Mount oder Barndoor Tracker, aber für mein Design wollte ich die Halterung klein und tragbar, damit ich sie in einen Rucksack werfen und in abgelegene Gebiete abseits der Lichtverschmutzung von Austin TX bringen kann.

Schritt 1: 'Mir wurde gesagt, dass es keine Mathematik geben würde!'

Die Erde dreht sich in 24 Stunden ungefähr um 360°, wenn wir das aufbrechen, dann sind es 15° in einer Stunde oder 5° in 20 Minuten.

Jetzt ist die 1/4-20-Schraube ein übliches Stück Hardware, sie hat 20 Gewinde pro Zoll. Wenn sie also mit einer Geschwindigkeit von 1 Umdrehung pro Minute gedreht wird, dauert es 20 Minuten, um diesen 1 Zoll zu bewegen.

Die Trigonometrie gibt uns die magische Zahl für unser Uhrradloch, das 11,42 Zoll (oder 29,0 cm) von unserem Drehpunkt in der Mitte des Scharniers entfernt ist.

Schritt 2: Materialien

Schottische Halterung:

• Obere Platine, 3 Zoll x 12 Zoll (3/4 Zoll)
• Bodenplatte, 3 Zoll x 12 Zoll (3/4 Zoll)
• Scharniere, Ein langes 3-Zoll-Scharnier wird empfohlen. Stellen Sie sicher, dass es sich um ein solides Scharnier mit nicht viel "Spiel" handelt. Ich habe zwei einfache Scharniere verwendet, aber es gibt viel Wackeln und ich kann sie gegen ein solideres Scharnier austauschen.
• Tangentialschraube, 1/4-20 x 4 Zoll lange Rundkopfschraube
• 2 xT-Mutter, 1/4-20 Innengewinde
• Schraubenösen & Gummiband
• Stativkopf (besorgen Sie sich einen leichten, aber stellen Sie sicher, dass er solide ist, Sie möchten nicht, dass eine billige Halterung eine teure Kamera fallen lässt oder sich die Halterung während einer Aufnahme löst und herabhängt).
• Clockwheel Gears (Ich habe 3 verwendet: ein winziges für den Motor, das mittlere mit einem kleinen und großen und das große für das Uhrrad selbst).
• Kunststoff-Abstandshalter für den Motorständer. Begonnen mit 1 "und schneidet sie auf die Größe, die ich brauchte, sobald ich die richtigen Höhen hatte.
• Dünnes Hobbysperrholz - für Motor- und Getriebehalterungen (ich habe eine Platine von Radioshack verwendet, dünn, leicht und stark genug, verwende das, was am besten funktioniert).
• Verschiedene Federn (ich habe die Zahnräder / Schrauben unterstützt und die Zahnräder inline gehalten). Ich habe ein paar von Lowes bekommen und einige andere aus Kugelschreibern gezogen und auf die richtigen Größen geschnitten.
• Verschiedene Unterlegscheiben, um zu verhindern, dass die beweglichen Teile gegen Holz schleifen.
• Einfache Halterung für die Motorhalterung.

Arduino Motor Driver (bestimmte Teile befinden sich in der Github-Teileliste mit URLs, wo Sie sie online erhalten können):

• Arduino
• Motorantrieb
• H-Brücken-Motortreiber 1A (L293D)
• Druckknopf
• Ein/Aus-Schalter

Schritt 3: Messen und schneiden Sie die oberen und unteren Bretter

Messen Sie auf jedem Brett 12 ab, markieren Sie es, schneiden und schleifen Sie die Kanten.

Schritt 4: Löcher bohren und Hardware hinzufügen

Es gibt eine Menge Löcher zu bohren und aufgrund der erforderlichen genauen Messung empfehle ich Ihnen, das Clockwheel zuletzt zu machen (damit Sie die 29 cm genau vom Scharnier abmessen können)!

Tipp: Ich empfehle, das Loch mit einem Locher zu klopfen, um das Loch an der richtigen Stelle zu führen.

Sie werden die folgenden Löcher bohren:

• Scharniere - Nicht einfach einschrauben, da das Brett spalten kann, bohren Sie die Löcher an den Kanten beider Bretter, Loch hängt von der Größe der Scharnierschraube ab, messen Sie die Schraube und verwenden Sie einen etwas kleineren Bohrer.
• Das Uhrrad - 29 cm von der Mitte des Scharnierstifts entfernt, es wird eine T-Mutter erhalten. Die Position dieses Lochs ist wichtig, damit sich das Board und der Himmel mit der gleichen Geschwindigkeit drehen, wenn die Schraube mit 1 U / min gedreht wird. Die T-Mutter sollte sich auf der nach unten weisenden Seite des Boards (zum Boden hin) befinden.
• Stativkopf - zentriert auf der Oberplatte, Größe hängt vom Stativkopf ab, ich habe auch eine Unterlegscheibe an meinem verwendet, um es fest zu halten.
• Stativhalterung - Auf der unteren Platine zentriert, 5/16-Zoll und dieses Loch erhält eine T-Mutter. Die T-Mutter sollte sich auch auf der nach unten weisenden Seite des Boards (in Richtung Boden) befinden.

Wenn Sie die T-Muttern hinzufügen, empfehle ich Ihnen, etwas Leim aufzutragen, bevor Sie es einhämmern, und vorsichtig zu hämmern. Ich habe einen Split auf meinem unteren Board (siehe Foto) angefangen, den ich reparieren musste.

Wenn Sie es auf einem Stativ montieren, werden das Stativbefestigungsloch und die T-Mutter am stärksten beansprucht (durch das Gewicht der Kamera bei Winkeln hin und her gedreht), so dass sich die T-Mutter wahrscheinlich lockert oder vollständig herauskommt Stellen Sie sicher, dass Sie es ausreichend kleben und versuchen Sie, das Gewicht bei der Verwendung der Halterung zentriert zu halten. Eine gute stabile Montierung ist entscheidend für Fotos ohne Sternspuren/wackeln.

Schritt 5: Motorhalterung und Getriebe

Kleben Sie zuerst eine Standard 1/4-20 Mutter auf eines der Zahnräder, dies wird das Hauptzahnrad der Uhr sein, dafür habe ich eine großzügige Menge Gorilla Glue verwendet (Sie können auf dem Foto sehen).

Zweitens kleben Sie ein winziges Zahnrad auf das andere große Zahnrad, dies ist unser Zwischenzahnrad, ich habe einen einfachen abgeschnittenen Holznagel als Achse verwendet.

Montieren Sie den Motor an einer Halterung (ich habe einen Reißverschluss gebunden und dann später geklebt, als ich die richtige Ausrichtung hatte).

Das Setup ist, dass der Motor das große Zahnrad relativ schnell dreht (1 Umdrehung / 5 Sekunden oder so), dies ist mit dem winzigen Zahnrad verbunden, das mit der gleichen Geschwindigkeit fährt. Das winzige Zahnrad richtet sich nach dem Hauptzahnrad der Uhr aus, aber da die Umfänge unterschiedlich sind, dreht sich das Zahnrad des Uhrrads viel langsamer. Wir streben eine Drehzahl von 1 U/min an und dafür fährt der Motor etwas zu schnell. Durch die Verwendung eines Aus- und Einschaltens im Arduino-Code gelang es mir, das Getriebe zu verlangsamen. Dieses Setup wird Gear Train genannt und Sie können hier ein wenig mehr darüber erfahren (https://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/gear-ratio3.htm) Sie müssen experimentieren, welche Werte funktionieren für Ein- und Ausschaltzeit, damit sich das Getriebe mit der richtigen Geschwindigkeit für Ihren Motor und Ihr Getriebe dreht.

Sie brauchen ein gutes Gehäuse, damit alles in Ordnung ist und sich reibungslos dreht. Achten Sie darauf, Ihre Löcher auszurichten und verwenden Sie Federn und Unterlegscheiben, um die Zahnräder auf glatten Oberflächen zu bewegen und nicht gegen die Bretter zu schleifen. Dies hat mich wahrscheinlich die meiste Zeit aus dem Projekt gekostet.

Schritt 6: Motorschaltung

Die Schaltung ist ziemlich einfach, da die meisten Verbindungen zum H-Bridge-Motortreiber gehen, verwenden Sie das angehängte Bild oder eine Fritzing-Projektdatei ist ebenfalls im Github-Paket enthalten.

Ein Druckknopf wurde hinzugefügt, um die Richtung umzukehren (oder Sie können das Uhrrad auch von Hand "zurückspulen").

Der Ein / Aus-Schalter hat es nur einfacher gemacht, das Laufwerk ein- und auszuschalten, wenn es nicht in Gebrauch / Entwicklung ist. Sie können auch einfach die Stromversorgung zum Arduino ziehen.

Die Motorrichtung hängt davon ab, wie sie verdrahtet wurde. Wenn Sie in die falsche Richtung drehen, kehren Sie einfach die Polarität um.

Schritt 7: Endergebnis, Tipps und Tricks

Und verwenden! Richten Sie das Stativ aus, richten Sie den Nordstern am Scharnier aus, wobei sich das Scharnier auf der linken Seite des Setups befindet (sonst verfolgen Sie in die entgegengesetzte Richtung).

Versuchen Sie, das gesamte Setup ausgewogen und stabil zu halten. Berühren Sie es während der Aufnahmen nicht und ziehen Sie nicht an den Kabeln (verwenden Sie einen Fernauslöser für Ihre Kamera) und versuchen Sie, Techniken wie Mirror Lockup (sofern Ihre Kamera dies unterstützt) zu verwenden, um klare, verwacklungsfreie Aufnahmen zu erzielen. Es gibt viele Tutorials zum Thema Astrofotografie und Sie werden schnell aus Erfahrung lernen.

Die Bilder zeigen zwei Aufnahmen, die ich mit dem gesamten Setup gemacht habe, dies war in den lichtverschmutzten Vororten von Austin TX in einer nicht klarsten Nacht, aber sie kamen gut heraus. Orion war etwa 2,5 Minuten lang und die größere Himmelsaufnahme war 5 Minuten lang (war aber aufgrund der Lichtverschmutzung zu lang und musste in Lightroom zurückgeschraubt werden). Es gibt auch 3 Bilder des Kometen Hale-Bopp von 1997, dies war mit einer handgedrehten Montierung sowie einer traditionellen Filmkamera. Sie können sehen, was Vibrationen oder eine falsche Ausrichtung mit dem Schuss anrichten können.

Abschließende Tipps und Gedanken:

• Kameras und Glas in Objektiven sind SCHWER, ich musste Federn verwenden, um zu versuchen, das Gewicht vom Uhrzahnrad zu nehmen und die Zahnräder zu unterstützen. Der Motor, den ich verwendet habe, hatte keine verrückten Mengen an Drehmoment / Leistung. Wenn also zu viel Gewicht vorhanden war oder die Zahnräder bündig auf den Brettern waren, war es schwer, das Getriebe zu drehen oder direkt zu blockieren. Ein stärkerer Motor wird helfen, aber das war genau das, was ich zur Verfügung hatte.
• Die Polarausrichtung ist der Schlüssel. Das Setup wird falsch tracken, wenn es nicht richtig ausgerichtet ist. Sie benötigen ein stabiles Stativ, das ausbalanciert und zentriert ist (eines mit einer Wasserwaage hilft)!
• Es gibt einen inhärenten Fehler bei der Tangentialhalterung, der bei längeren Belichtungen auftaucht. Sie können eine korrigierende Nocke verwenden, um dies auszugleichen: https://www.astrosurf.com/fred76/planche-tan-corrigee-en. html. Ich mache mir keine Sorgen, weil ich ein sehr Weitwinkelobjektiv verwende (20 mm im Vergleich zu 50 mm) und eine Laufzeit von etwa 5 Minuten tops.
• Astrofotografie ist von Natur aus hart und frustrierend. Erwarten Sie beim ersten Mal nicht tolle Fotos, es gibt eine Lernkurve, sicher können teurere und präzisere Geräte helfen, aber nicht, wenn Sie nicht wissen oder schätzen, wie sie funktionieren. Aber fang mal klein an, meistere die Basics, dann weißt du mit dem teuren Equipment umzugehen und kannst es gut einsetzen. Mit einfachen Einstellungen können Sie immer noch großartige Aufnahmen machen. Die alten Aufnahmen von 1997 waren "die besten" von ca. 100 Aufnahmen, also ein Lernprozess. Mit Digital kannst du Foto für Foto machen und aus deinen Fehlern und Siegen lernen, um deine Fähigkeiten zu verfeinern.

Vielen Dank fürs Lesen, wenn Sie mehr Fotos und Videos von meinen Projekten sehen möchten, besuchen Sie meinen Instagram- und YouTube-Kanal