Matsubara工房という屋号で特注品対応をはじめました。でも職業欄は農業ですので農業ネタもあります。
NS-5000 5相モーター仕様 (遊星歯車式減速器)
2017-08-30 Wed 23:35
5相モーターのハーモニックドライブ仕様は期待通りの性能でしたが問題点が数点ありました。
・低温時ハーモニックドライブ減速器の内部フリクション増大で軸出力が低下し脱調する事がある。
・モーターコストが高いので総額で約35万円の価格が予想される。
・ハブ形状が大きく出力軸長が短いので実装制約がありメンテナンス性が良くない。

そこで5相モーターの減速器を遊星歯車式のバックラッシュ有品(ノンバクうラッシュ品でないタイプ)に変更して試作・評価してみました。

モーター減速器のバックラッシュも大事ですがハーモニックドライブ減速器でオリエンタルモーター様に問い合わせた時に減速器のバックラッシュよりモーターの回転精度の影響の方が大きいのではなないかとアドバイスされました。

2相モーターのマイクロステップの回転精度は理論的には素晴らしいですが実際にはバラツキが大きく高精度を狙うのでしたら5相モーターをお奨めします。マイクロステップ駆動とも相性がよく回転精度は明らかに良いです。お客様の製品仕様から2相モーターで充分な場合にコスト対応でお奨めします ・・・・・・ 5年程前に何故2相モーターを使うのですか?お客様のアプリだったら5相の方が良いと思いますと言われた事を思いだしました。

NS-5000の標準仕様の2相モーターでもf=1000mm程度の光学系でしたら充分な性能があります。これが長焦点のシュミカセ鏡筒や昨今の高解像度カメラを使った場合ガイド精度をもう少し上げたいとのご要望があったり惑星や太陽面の観察撮影のお客様から低振動を求められたりがあり解決手法としてαSTEP+ハーモニックドライブ仕様や5相モーター+ハーモニックドライブ仕様でした。

減速器の仕様ばかりを気にしていたのでモーター仕様の違いに注目しコスト的にもメリットのある(ハーモニックドライブに対してです)遊星歯車式減速器を使ってみました。

RAベルト駆動系 NS-5000 PK543PS_5P_BLT_RA RAウォームギア押引ネジ 赤経

DECベルト駆動系 NS-5000 PK543PS_5P_BLT_DEC DECウォームギア押引ネジ 赤緯

ハーモニックドライブ仕様の試作実績を基にベルトドライブ回りを設計しました。ウォームギアのアタリ調整用の押引ネジ、ベルト張力調整用ネジ等も両軸に設けました。また、フリーのプーリーは丁度良いサイズが無かったので汎用カムフロアに手を加えてタイミングベルトのレイアウト条件を満たしています。このフリーの背面プリーを取り外すとベルトがスプロケットから取り外せ赤道儀のウォームギアがフリーとなります。これによりウォームの当たり具合の調整作業がスムースに行えます。

カバーはモーターケーブル等の巻き込み防止目的だけでなく埃や夜露からも保護したかったのでフルカバーとしました。密閉構造ではありませんが赤緯軸の夜露などがタイミングベルトに付着するのを防ぐことが出来ます。

カバーはギア仕様用として当初はGFRPで手作りしていましたが数量がある程度見込めたのでアルミブロックからのNC削出+アルマイトを作ってみました。フルカバーにすると凄いコストになるので厚みをコストで妥協して18mmとしました。ベルトドライブ仕様にするにあたり巻き込み防止機能だけで充分と割り切りステンレス板にしましたコスト対応でもあります。

今回5相版では見た目のチープ感を無くしたいと思っていましたので知人の仲介で板金物の業者に特注でフルカバー版をお願いする事にしました。ステンレスの1.5㎜板をレーザー加工機で切り出し曲げ加工後接合点を溶接してあります。外側をバリ取りヘアーライン仕上げをしてもらいました。

ステンレスのヘアーライン仕上げは綺麗で良いのですが赤道儀に組付けてみると何となく自己主張が強い感じがしたのでタカハシ色に2液ウレタン塗料で塗装仕上げにしてみました。

NS-5000 PK543PS_5P_BLT_全体 NS-5000 5相遊星歯車式ベルトドライブ仕様_全景

NS-5000本体も今回大きく見直してみました。
2相モーター用と5相モーター用区別するべく筐体カラーを黒色にしました(2相はシルバーです)。また、従来は電源、モーターケーブル、シリアルケーブルの各コネクタが背面に実装されていました。使ってみると邪魔に感じ場合がありましたので思い切ってフロントパネルに集約しました。
NS-5000本体 NS-5000 5相版

コネクタ間の間隔が狭いので操作性を確保するべくすべてワンタッチコネクタにしました。
バックパネルに何も無いものを実際に使ってみると思って以上に使い易いようです。
それからコントロールボックスは当工房オリジナルの物で保護用のシリコンラバー付です。何回かコンクリート床に落としていますが大丈夫ですのでそれなりの強度はあるようです。シリコンラバーの色を黄色にしたのは意味がありまして昼間は黄色で目を引くだけでなく夜間赤色灯下では白く浮き出て見えます。シリコンカバーの色を青で試作したら赤色灯下では黒く沈んでしまい見えなくなってしまいました。

この5相ベルトドライブ仕様にするには赤道儀のウォームギア軸がベアリング化されていることが必須条件です。タカハシ純正のNV仕様になっているか等工房オリジナルのフルベアリング化改造をした物である事が条件となります。理由は標準の軸受メタルでは高速回転に対応出来ない事とベルトの張力で軸受けメタルのグリース切れを起こす可能性が有るからです。

肝心のガイド性能ですが知人に依頼して評価してもらいました。
30cmF4反射鏡筒にオフアキを組んでガイドカメラはQHY5-L-Ⅱ、ガイドソフトはMaxIm DL 、撮影カメラはFLI ML-16070(画素ピッチ5.5μm) LRGB撮影した画像で±1ピクセル以内(=ガイドエラーが殆ど無い) 各画像をアライメント処理しなくてカラー合成出来たのにはビックリしたそうです。知人曰く「もう2相には戻れないかな・・・」 

このテスト評価結果は5相モーター+ハーモニックドライブのものでした。私の聞き間違いでした。ガイド性能としてはやはりバックラッシュレスのハーモニックドライブ減速器が実際には一番良いようです。勿論遊星歯車式減速器+5相モーターは2相+平歯車減速器よりガイド精度は良好ですので充分な性能を持っています。

オフアキのようにガイド光学系の焦点距離が長く昨今のファインピッチのガイドカメラだとガイドエラーの検出能力は高いです。2相モーターのマイクロステップ領域の分解能で補正制御をガイドソフトはするのですが2相モーターの回転精度(=制御分解能・安定性)が不足しているので結果的に上手く補正し切れずにガイド精度がバラツキ撮影画像の星が大きくなるようです。高精度ガイドを狙うのでしたら高精度で制御できるモータードライブが要ると言う事に尽きるかと思います。

凡その価格が25万円+ウォームギアのベアリング化で約5万 合計約30万円が高いと思うかどうか・・・・・です。
導入速度は赤道儀の状態によりますがX400倍程度は行けるかと思います。ドライバーに産業用の最新機種を使っていますので恒星時やガイド時、キャリブレ―ション時など低速時は無音、無振動です。メーカーカタログによると全速度域でドライバーが勝手に最大2048分割までマイクロステップ駆動するらしいです。産業用は電源電圧はDC24Vが標準ですのでAC100Vから24V4A程度のACアダプタを使って運用します。
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NS-5000 5相モーター仕様(ハーモニックドライブ)
2017-08-30 Wed 22:03
究極のモータードライブを目指して昨年オリエンタルモーター製のαSTEP+ハーモニックドライブ減速器を特注対応で製作しました。NS-5000の標準仕様の2相モーターのマイクロステップ駆動ではガイド精度と振動特性が及第点には行っているけれでハイレベルの顧客ニーズには答えきれないという事が判りました。

NS企画様から昨年の初頭に特注で5相モーター+ハーモニックドライブ減速器仕様のメカ対応の依頼がありました。モーターならびにモータードライバーはオリエンタルモーター製でお客様からの支給でした。2相モーターで実績のあるベルトドライブ方式を採用しモーターの静止トルクが4N・mもありましたのでベルトの伝達容量も4倍に増やし寸法制約がありましたが数回の試作と設計変更にて何とか折り合いを付け取りまとめました。因みに設計変更の主の理由はメンテナンス性でした。

NS-5000 NJP PK543ハーモニック_RA_1k NJP ハーモニックドライブ赤経
NS-5000 NJP PK543ハーモニック_DEC_1K NJP ハーモニックドライブ赤緯

金具の剛性向上を狙ってアルミLアングルのワンピースを削り出しで使っています。モーターケーブルが標準でケーブルグランド仕様でしたので計測機器等で使うメタル丸型のワンタッチ脱着タイプのケーブル中継コネクタとしました。コネクタのオス、メスをそれぞれを両手で持つので暗闇でも自分の感覚で勘合出来るので操作性は良好です。

5相モーターで電流値が0.75Aと半減し電線本数も5本に減ったので部品代はチョット掛かりますが高信頼性で操作性も良いコネクタが使えるようになりました。ベルトドライブ部の保護カバーは2相と同様ステンレス板です。

ハーモニックドライブ減速器を使い込んだことがありませんでしたので天体撮影システムや画像処理にも造詣の深い知人のNJP赤道儀に装着し遠征撮影に使ってもらい評価をお願いしました。導入精度、ガイド精度は申し分ないとの事でしたが思わぬ落とし穴がありました。

知人が日光戦場ヶ原に真冬の2月に遠征撮影に行ったときです。外気温が-10℃まで下がったそうで平地(当工房、知人宅)では問題なくX300倍速で自動導入していたものが脱調してしまったそうです。NS-5000はパソコンのユーティリティーソフトを使って自動導入時の速度(=最高速)を簡単に変更できますので知人が脱調しないところまで最高速を落としたらなんとX140倍だったそうです。最高速が遅くなってもガイド精度は問題なかったので撮影は無事に出来たのですが何故最高速が低温で低下したか原因を調べて欲しいと依頼がありました。

早速オリエンタルモーター様の営業窓口に相談したところ思いもよらぬ回答でした。
「ハーモニックドライブの動作温度仕様は0℃~+40℃です。仕様外の使われ方です」 ハーモニックドライブシステムズのホームページにFAQがあったので調べたらやはり0~40℃でした。低温で使う場合は低温用グリースがあるので営業窓口まで相談してくださいとありました。

オリエンタルモーター様のハーモニックドライブシステムズのFAQに低温グリースがあるらしいけれどオリエンタルモーター様で対応してもらえるのですか?と確認したところ また驚きの答えが「あまり効果は期待しない方が良いですよ!」 オリエンタルモーター様のアドバイスは「ゼロバックラッシュギアは方式に寄らず機械的な適度ばスキが無いので温度仕様は必然的に狭くなります。解決策は減速器を暖めてください!」

知人に知らべた結果と対策を伝たところ次の遠征時は桐灰カイロをモーターにあて保温シートも巻いて使ったら快調だったと結果を教えてもらいました。原村の星祭りに私のJP赤道儀にこのハーモニックドライブ仕様のNS-5000を装着して実際に使ってみたのですが暖かい夏はX350倍速で軽快に動いていました。

お客様が暖地にお住まいで観測ドーム内で惑星の撮影とかをされるのでしたらハーモニックドライブ仕様は勧めです。遠征撮影等で高地(=寒いところ=0℃以下になるところ)にての運用をされる場合や寒地(標高の高い観測所や関東以北の冬季等氷点下になるところ)では減速器にヒーターを付ける等の寒さ対策をする必要があります。

テスト撮影での具体的な評価結果を追記します。
30cmF4反射鏡筒にオフアキを組んでガイドカメラはQHY5-L-Ⅱ、ガイドソフトはMaxIm DL 、撮影カメラはFLI ML-16070(画素ピッチ5.5μm) LRGB撮影した画像で±1ピクセル以内(=ガイドエラーが殆ど無い) 各画像をアライメント処理しなくてカラー合成出来たのにはビックリしたそうです。知人曰く「もう2相には戻れないかな・・・」 


ハーモニックドライブ減速器の弱点である(氷点下での使用が多いというアプリケーションに対しての弱点という意味です)低温時の特性を解決すべく減速器にヒーターと温調器を組合せ寒冷地でも安定動作する方策を思案中です。赤道儀のモータードライブのモーターに温調器の温度表示が付いているチョット変わった物になるかと思いますがハーモニックドライブは製品温度仕様内であれば優れた特性を発揮しますので何とか使いこなしたいと思っています。
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原村星祭り 2017
2017-08-16 Wed 22:12
久々の更新になります。
星祭りであった遠くの知人から「暫く更新がないから体でも壊したのではないかと心配したよ」と声を掛けられてしまいました。

7月はトウモロコシの収穫・出荷で朝4時半には畑で収穫作業をしていました。
夏のこの時期ですと天体写真撮影をしていると短い夜がうらめしくなります。
薄明になる時点で予定の撮影枚数が稼げていない時はあと10分で良いから明るくならないでと思ってしまいますが、立場が変わってトウモロコシの収穫となると早く夜が明けないかなと思ってしまいます。

畑で日の出を見て今日も暑くなるなと思いつつJAで決めた朝7時までに収穫するというタイムリミットに間に合わせるべく我武者羅にトウモロコシを採って行きます。汗だくになるので帰宅したらシャワーを浴び朝食を急いで食べ出荷用の荷造りをして箱詰しJAの集送センターに持ち込み共撰の検査を受けて午前中が終わります。

昼食を食べ昼寝をして明日の出荷の準備をしたり稲の管理や畑の草退治、連続して出荷できるようにトウモロコシの播種を順にしていますので生育状況に合わせての手入れや消毒など午後も忙しく動いています。夕飯のあとやっと望遠鏡のオーバーホール依頼品の作業や新たに開発中のモータードライブユニットのメカ設計・製作などを行い0時に就寝してまた次の朝のトウモロコシの収穫といった生活パターンが約一ヶ月続いていました。

夏の農繁期のピークのトウモロコシの出荷も原村の星祭りの直前に何とか終わり今年もギガオプト様のお手伝いでブースの隣に望遠鏡を持込みました。

原村2017-0 原村2017-1 今年は短い鏡筒にしました

天気予報では星祭り期間中は雨模様でしたので15cmF15鏡筒(青い鏡筒です)では雨対策が大変なので最近ギガオプトさんの紹介で手に入れた15cmF8 EDーApo鏡筒に今年はしました。鏡筒バンドが無かったので2日間で急造し何とか間に合わせました。この鏡筒ですがKenko製の試作品との事です。メーカーロゴも銘板も何も表示が無いのでマニアの方とお見受けする感じの方ほど一周見て回って何もないので「これ何処のですか?」と聞いてこられるという似たような行動を取られていたのが面白かったです。

原村2017-3 減光フィルターでの白色太陽

日中はバーダープラネタリウム社のアストロソーラーフィルムを使って白色の太陽を見ていました。黒点と粒状斑が良く見えました。今回ピラー脚はタカハシ純正の物で水平回転装置を介してJP赤道儀に載せています。ピラー三脚の石突はオリジナルでは1/2インチの只のネジですので使い勝ってが悪いのでM16に変更し産業機器用の脚を使ったものに変更しています。

JP赤道儀はNS-5000 5相ハーモニックドライブ減速器のベルトドライブ仕様を装着しています。5相モーターと最新のドライバーユニットを組合せ無音・無振動を実現しています。詳細は後日改めてブログにアップします。

原村2017-4 原村2017-5 土星と月を見てもらいました

初日は天候には見放され2段目の駐車場で古スコ仲間とさながらオフ会のような楽しい時間を過ごさせてもらいました。2日目は夜明けと伴に空が晴れ太陽を見て夕方になると雲が出てきて木星は見られませんでした。その後、雲が切れてきて土星、月とシーイングは良くはありませんでしたが見る事が出来ました。

Kenko製15cmF8鏡筒ですが2枚玉のEDレンズで青ハロは僅かですが月の輪郭部とか明るい対象で見える程度です。結像性能は並みレベルですが口径15cm屈折ですので土星のカッシーニの空隙や本体の縞模様も良く見えました。シーイングが良くなかったのでX250倍で観望してもらいました。月は欠け際クレーターをX350で見てもらいました。

鉄鏡筒で重量がバンドなしで18.5kg程ありますので15cm/F15と重量的にはそれほど変わりません。天体写真撮影を目的に入手しました。冷却CCDカメラとナローバンドフィルターによるSOA合成もしくはAOB合成での使用を考えていますので色収差は問題とならず球面収差はTOA-150用の67フラットナ-で抑える事が出来るのではと思っています。どんな写真が撮れるか自分でも楽しみです。
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新人君に期待!
2017-06-09 Fri 02:07
農繁期でトウモロコシの播種、田植などで忙しく農家のオジサンをしているうちに気がつけばブログの訪問者数が100000を超えていました。一ヶ月近く更新していないのでそろそろ強制的に広告が表示されるようになってしまいますので農業ネタにしようかと思いましたが期待の新人が加わりましたので・・・・・

期待の新人ですが2名います。
一人目はNikon D810A君です。
普段撮りにD90を天体写真用にD7000のフィルタ-除去改造品(自分でやりました、ブログの何処かにあるかと思います)を使っていました。D90の撮影データをPCにUSBケーブル経由で吸い上げてそのままにして置いたのがダメの始まりでテーブルの上に置いてあったD90とPCを繋いでいたUSBケーブルを足で引っかけてしまいD90が床にハードコンタクトしました(落ちました)カメラとしては問題なく動作するようなのですがUSBケーブルはグニャっと曲がっていてカメラのUSBコネクタは破損していました。当然電気的な接続はNGとなってしまいました。

対応策として考えた事は
①ヤフオク等でD90のジャンク品を見つけUSBコネクタを自分で交換する。
②中古のD90を捜す。
③D7000をノーマルに戻しフルサイズの中古を買って天体改造する。
④D7000はそのままで中古のDXサイズもしくはFX(フルサイズ)を買う。
⑤D810Aを買う。
  ※ ③はCanonが有力候補、④、⑤は交換レンズも必要

①はありませんでした。②は数万円かかるので今更D90もと言った感じです。③、④はせめて一世代前のカメラが欲しいので探すも欲しい機種は何れも20万円オーバーでした。⑤は妄想しただけでした。

Mapカメラで中古のカメラを物色していたところD810Aの新品が302,350円で36回まで金利手数料なしとあり24回払いでポチっとなしてしまいました。D90で使っていたDX用レンズを付けてみたのですがDX用にクロップしないと周辺減光が凄いです。追加でFX用の普段取りの標準ズームの中古品をMapカメラで購入しました。

D810Aでは星を真面目に撮っていないので星の写りは未確認なのですが普段撮りはやはり良いです。シャッターを切った時の音が違います。ベースのカメラが最上位クラスなのでやはり良いです。当初メモリカードを安いSDカードで使ってみたら何枚かとるとメモリーカードエラーになりました。D7000で使っているSanDiskの容量の少ないメモリカードは問題なく使えましたのでカメラの問題ではないようです。仕方なく64GBのCFカードを追加購入しました。エラーも出ず書込みも早いです。

さてもう一人の新人ですがナローバンドフィルターです。
Hβの半波値=3nmの50mm角です。Astrodonの商品ラインナップにはありません。参加している天体写真クラブのメンバーが米国のフィルターメーカーを捜して購入するとの事でしたので購入品リストに混ぜてもらいました。
薔薇星雲_AOB合成xFS-128 20分x1 AOB合成
薔薇星雲_SAO SAO合成


西空に沈み行くバラ星雲を4月の初めにテスト撮影してみました。
R:Hα、G:OⅢ、B:HβでAOB合成してみました。
SAO合成画像も参考に並べています。
FS-128直焦点でカメラはFLI ML-16803です。
自宅裏庭から市街光のある低高度で露出時間も掛けられませんでしたが知人に画像処理の協力もしてもらいSOA合成とは違う可視光のRGB合成に近い感じの色味になりました。秋になったら高山に遠征しシッカリと露出時間を掛けて撮ってみたくなりました。

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アルマイト_綺麗に出来た!
2017-05-13 Sat 02:47
天体望遠鏡の改造やオリジナル品を製作する時に使う素材は主にアルミ、ステンレス、黄銅です。

ステンレスは基本はSUS304を切削性を優先したい場合はSUS303を使って表面処理は無です。

黄銅は無処理(経年変化で黒くなります)、塗装もしくはメッキですが見栄えと寸法精度を考えると無電解ニッケルメッキを専門業者にお願いします。

アルミは試作等でとりあえずの場合は無処理ですが表面が傷着き易いのでアルマイト処理をします。大物は専門業者に依頼していますが小物は黒染めも多くレッツアルマイトを使って自分でやっています。

アルマイトを綺麗に仕上げるには下処理も大事ですが電解液の温度と電流値、時間の管理が大事です。電流値と時間の管理は容易ですが電解液温度の管理は大変でした。

電解液は約10%の硫酸を含んだものでアルマイトの手法としては硫酸法になります。液温20℃+1℃、電流値0.03A/cm2で時間は最低30分は必要です。電流値は定電流(CC)機能の付いた直流安定化電源を使えば簡単で以前はワークの表面積を計算して設定していましたが経験値として適正電流値にすると電源電圧が大凡12Vなりますので今は印加電圧を見ながら定電流値を調整しています。

液温は冬は化成処理している時のパワーで自己発熱もあるのでそれほど大変ではないのですが夏は外気温度が高いので水温が暖かくなってしまうのでクーラーボックスに入れる保冷剤を使ったりして調整していました。

電解液の液温が下がるとアルマイト層は厚くなりますが脆くなります。逆に暑いとアルマイト層が薄いです。そこでペルチェ素子を使った冷却ユニットを考えてみたのですが発熱量が大きいので役立たずに成りそうなので市販品で使えそうな物を探しました。

熱帯魚の水槽のクーラーとポンプ付フィルターユニットを使えばアルマイト処理に適したシステムが出来るのではとネット検索してみました。

アルマイト処理システム全景 アルマイト処理システム

作業台の下にクーラーとポンプ付フィルターユニットを置き上にはガラス水槽と封口処理に使う圧力鍋と加熱用のIHコンロです。水槽はサイズは自分で処理するワークサイズを200φもしくは200角と決めそれが入る奥行きが小さく高さが高い物を選びました。なお、購入はすべてAmazonです。

クーラーとフィルターポンプ クーラーとポンプ付フィルタユニット

左側がクーラーで小型で冷却処理能力の大きなコンプレッサー式を選んでいます。右側がフィルターユニットで循環ポンプつきです。フィルターは電解液が希硫酸ですのでケミカル系のフィルター(活性炭とかバクテリアを活用したもの)はすべて取外し機械的な網目系のフィルターだけにしています。

アルマイト処理中 アルマイト処理中

液温は設定20℃でセットし比較的大きなワークを処理しているので8A/15V=120Wのヒーターが入っている状態ですが液温は22℃で終始安定していました。また、電解液がポンプで強制循環しているので斑に成りにくいようです。

肝心のアルマイトの出来栄えですがとても綺麗で専門業者に依頼したようです。綺麗に仕上げる為にアルマイト処理する前にアルミブラスター(硝酸を添加する必要がある処理液です)という処理液で表面を酸洗いしています。液温管理が機械任せにお出来るので今年の夏は気が楽です。
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