Analyse der Probleme der iOptron Montierungen und deren Anfälligkeit

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Produktbeschreibung

Sehr geehrter Herr Kloss,
 
Nochmal vielen Dank für ihre Ioptron Montierung und die Fotoschiene!
Wie vor einiger Zeit versprochen, hier nun eine Zusammenfassung meiner Bastelarbeiten:
 
Die Mechanik der Montierung ist sehr solide konstruiert, leider gilt das nicht bei den elektrischen Komponenten.
 
Ich habe zunächst die beiden Motoren ausgebaut und dabei die Fehlerursache gefunden.
Der Azimutmotor nahm einen viel zu großen Strom auf, weil die Stromwendepole stark verschmutzt waren. Damit begann der Teufelskreis: Der Motor drehte zu langsam und die Steuerung erhöhte zusätzlich den Strom.
Dadurch wurde der Leckstrom im Motor noch größer usw. Da die Treiberbausteine direkt aus den 12 Volt versorgt werden und zudem keine Strombegrenzug vorhanden ist, führte dies zum Ausfall. 
 
Ich habe dann den Motorstromwender vorsichtig mit einem Skalpell und mit Lösungsmittel gereinigt, damit war das erste Problem gelöst.
 
Der Versuch die Orginalsteuerung mit neuen Treiberbausteinen zu verwenden ist leider gescheitert, also habe ich die Schaltung der Treiberplatine ausgemessen und den zugehörigen Schaltplan gezeichnet.
Dabei bin ich auf einen weiteren Schwachpunkt dieser Schaltung gestoßen: So kann es vorkommen, dass gleichzeitig links- und rechtsdrehen möglich ist und damit der Treiberstromkreis kurzgeschlossen wird.
Mit einer einfachen Reparatur durch Austausch der defekten Bauteile war also kein Land zu gewinnen.
 
Ich habe mich daher zum Bau einer neuen Steuerung entschlossen. Zunächst mit fester Drehrichtung und einem einfachen MOSFET-Transistor in der GND-Leitung der mit einem PWM-Signal angesteuert wird. In der Motor/Getriebebaugruppe sind optische Drehgeber eingebaut (40*2 Striche pro Motorumdrehung, die Teile könnten also sehr genau messen...) die ich zur Drehzahlregelung nutze. Dieser Versuch hat gut funktioniert, die Montierung ließ sich mit verschieden Geschwindigkeiten gleichmäßig schwenken, eigentlich die halbe Miete so dachte ich...
 
Für den zweiten Versuch habe ich dann obige Schaltung um eine Richtungsumschaltung erweitert. Nun wollte ich die Anordnung um einen definierten Winkel schwenken.
Dazu wurde ein PWM-Signal 500ms mit Tastverhältnis 50/50 angelegt, die Montierung schwenke einen gewissen Winkel, dann Drehrichtung umgekehrt und wieder zurück.
Die gemessen Winkel mit dem Drehgeber waren gar nicht schlecht, ein Laserpointer zur tatsächlichen Winkelkontrolle traf jedoch nie den gleichen Punkt wieder.
PWM war also nix...
 
Nächster Versuch mit gepulster Spannung 500ms ein.
Das Ergebnis war zufriedenstellend.
Also das ganze 100x, dann sollte der 100-fache Winkel herauskommen, jedoch waren die Abweichungen wieder sehr hoch.
 
In weiteren Untersuchungen fand ich die Ursache in den verwendeten DC-Motoren. Diese haben 3 Ankerpole und 2 Statorpole, der Motor kann also nur alle 60 Grad fix stehenbleiben. Nun zeigte sich eine weitere Schwäche der Montierung: Mit etwas Geschick ist es zwar möglich den Motor so zu steuern, dass er genau diese 60 Grad dreht, jedoch pendelt er nach dem Abschalten immer nach bis die Stabilitätslage erreicht ist.
Fatal ist dabei, dass der Drehgeber dabei immer mitzählt und so einen viel zu hohen Winkel angibt.
Das erklärte auch den Misserfolg mit der PWM-Ansteuerung.
 
Gleichzeit war damit auch klar, dass der Fehler hauptsächlich beim Ein- oder Ausschalten des Motors auftritt. Ich ließ den Motor nun länger eingeschaltet und schwenkte um ca. 90 Grad. In der Gegenrichtung traf der Laser die Zielmarke schon ganz gut.
 
Nun Lichtpunkte und Entfernungen von einigen Metern sind eine Sache, echte Winkel am Himmel eine andere. Die hellen Sterne des Herbst / Winterhimmels boten dazu optimale Messmöglichkeiten.
Ich habe eine ASI178 mit einem 28mm Weitwinkelobjektiv, die ich an der Montierung befestigte. Mit Probeaufnahmen schätzte ich den ungefähren Winkel je Pixel ab, dabei war die Genauigkeit weniger wichtig.
 
Während ich mit der Kamera belichtete (ca. 10 - 20 Sekunden) ließ ich die Montierung ein Quadrat abfahren. Diesen Versuch machte ich mehrfach mit unterschiedlichen Winkeln.
Auf dem Foto konnte ich dann die Sternspuren mit hellen Ecken (hier wird länger belichtet, da die Montierung die Richtung ändert) sehen und ausmessen.
Nebenbei konnte ich bestimmen wie weit z.B. alle 100ms geschwenkt wird.
 
Wieder wurde das Ergebnis bestätigt: Je kleiner der Schwenkwinkel, desto grösser der Fehler. Wieder zeigte sich: DC-Motoren sind zum genauen Positionieren ungeeignet...
 
Aber das war gar nicht mein Ziel.
Zur Zeit mache ich hauptsächlich Übersichtsaufnahmen mit alten Fotoobjektiven und Mondaufnahmen mit meinem C90. Dabei brauche ich keine hohe Positioniergenauigkeit, ich muss das Ziel nur mit ca. 15' treffen. Den Rest kann ich durch Einzelimpulse nachstellen, der Mond ist ja im Blickfeld!
  
Aktuell ist folgendes realisiert:
Über fixe Schwenkwinkel (90, 30, 10, 5, 1, 0,25 Grad) kann ich ein Objekt in beiden Achsen gut anfahren. Die Koordinaten der Sichtrichtung (Az,h) werden an den PC zurückgemeldet.
Nachjustierung dann wie oben beschrieben.
Die Nachführung erfolgt durch regelmäßige Einzelimpulse und ist variabel einstellbar.
Alles läuft mit 5V und kann damit mit einem einfachen USB-Powerpack betrieben werden.
Die Verbindung zum PC erfolgt über WLAN.
 
Das ist noch geplant:
 
Ich habe mich genauer mit Stellarium und dessen Teleskopsteuerung befasst.
Derzeit verwende ich das LX200 Protokoll, später wird das INDI-Protokoll über TCP-Verbindung zum Einsatz kommen um den Umweg über die serielle Schnittstelle zu sparen.
 
Damit kann ich die aktuelle Blickrichtung im Planetariumsprogramm anzeigen und mit den Bildern der ASI vergleichen.
 
Ein genaue exakte Positionierung wie bei GOTO ist so nicht realisierbar, jedoch kann ich nun die Blickrichtung immer neu kalibrieren, und relativ zur alten Position sehr genau schwenken.     
 
Ein Umbau auf Schrittmotoren wäre ebenfalls denkbar, jedoch müsste ich dann eine neue Antriebseinheit konstruieren.
 
Herzlichen Dank für Ihre Unterstützung!
Bleiben Sie Gesund!
 
Mit freundlichen Grüssen,
Günter S
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