MagneTicFocuser MTF - 3D gedruckter DIY Fokusmotor für das Teleslop

Ein Fokusmotor, den man schnell und ohne Werkzeug an verschiedenen Teleskopen montieren kann... Das war schon länger ein Gedanke, der mich beschäftigte. Zu kaufen gibt es so etwas nicht, bleibt also nur noch DIY. So entstand also der MagneTicFocuser oder kurz: [MTF] und wie er aussieht, siehst du in diesem Blogpost...

Auf der Suche nach einer günstigen Möglichkeit einen Motorfokus zu bekommen stieß ich auf GitHub auf ein Projekt namens TicFocuser-NG. Das ist ein INDI Treiber für einen Pololu TIC Controler. Dieser Controler ist eine kleine, kompakte Platine mit einem Schrittmotortreiber und einem Controler der über MicroUSB angesprochen wird. Der Vorteil dieser Lösung ist, man benötigt keinen Arduino oder Raspberry Pi um den Schrittmotortreiber anzusteuern, alles ist auf einer Platine, die kleiner ist als die Fläche eines NEMA17 Motors. Einen Nachteil gibt es aber: Bis heute ist keinen ASCOM Treiber verfügbar, für INDI aber schon . Aber... ASCOM ist für mich so oder so kein Thema also stört es mich nicht. Wer denkt, OK, kein ASCOM, also uninteressant... Den [MTF] kann man noch anders nutzen. Am Ende dieses Artikels findest Du noch eine Variante ohne Elektronik, die man mit z.B einem OnStep Controler oder einer externer Controllerbox nutzen kann.

Motor

Als Antrieb entschied ich mich für einen NEMA17 Motor mit Untersetzung. Es wurde der STEPPERONLINE 17HS13-0404S-PG5 mit einem präzisen 5,18:1 Planetengetriebe. Der Motor selbst ist ein 0,4A NEMA17-Stepper mit 1,8° Schrittwinkel. Von der Bauart ist er noch relativ kompakt, und kann bis zu 2Nm Drehmoment erzeugen. Das reicht für ein normales Teleskop mit Kamera, Korrektor/Flattner und ggf. Filterrad.

Controler

Wie oben schon erwähnt, entschied ich mich für eienen Pololu TIC T500. Das ist der "kleinste" der TIC Reihe, es gibt aber noch andere Modelle mit mehr Features wie z.B mehr Microsteps. Der T500 kann nur 8 Microsteps, aber weil ein Getriebe dazwischen ist, reichten die 8 Microsteps um zu fokussieren. Da dieses Projekt auch ein Experiment war, wollte ich nicht viel investieren und da war die Wahl eben der T500.

Druckteile

Am CAD verbrachte ich einige Zeit bis das Design stand und alles zusammen passte und so sieht der [MTF] nun aus:

MagneTicFocuser MTF - Front MagneTicFocuser MTF mit Teleskop Flansch Hexafoc

 

Hier siehst Du eine 50%ig transparente Ansicht vom [MTF] Fokusmotor, rechts mit einem Flansch, der zum Hexafoc des Explore Scientific ED80 FCD100 passt. Der Flansch und die rote Platte am Focuser haben jeweils 4 starke Neodym (N45) Magnete. Die am Teleskopflansch sitzen 1mm tiefer im Flansch, die am Focuser stehen 1mm heraus. Das ergibt eine Verdrehsicherung, Zentrierung und einen wirklich festen Halt.

Das ganze besteht aus 4 Druckteilen: Gehäuse, Magnetplatte, Deckel und Kupplung. Auf der Teleskopseite wird ein Gegenstück benötigt das an den Teleskop Okularauszug angepasst werden muss. Im besten Fall sind es 2 Teile, ein Flansch und das Kupplungsrad

Sonstige Benötigte Teile

  • 4x M3x6 für die Befestigung vom Getriebemotor
  • 4x M3x10 für die Verbindung zwischen Gehäuse und Magnetplatte
  • 2x M2x8 selbstschneidend für die Befestigung des Controlers
  • 2x M4x10 Madenschraube für die Kupplung
  • 4x N45 Neodym Magnete 9x5 (4 weitere für den Flansch am Teleskop)
  • 1x Hohlsteckerbuchse 5,5x2,1
  • 4x Einschmelzmuttern M3 5x6 (Habe die VORON kompatiblen Einschmelzmuttern)
  • Sekundenkleber um die Magneten einzukleben
  • JST-Stecker/Buchse 4-pin für Motor, 2-pin für 12V

INDI Treiber

Die Software ist ein ein INDI-Treiber namens TicFocuser-ng  und muss ggf. kompiliert werden, nicht alle Linux Distributionen bieten diesen Treiber in ihren Paketquellen an. Am einfachsten ist es mit Arch Linux oder seinen Derivaten wie Manjaro die AUR nutzen. Für z.B. Debian basierende Distributionen gibt es nach heutigem Stand kein per apt installierbares Paket. Die manuelle Installation ist aber kein Hexenwerk, alles was dazu benötigt wird, ist auf der GitHub Seite des Entwicklers beschrieben: TicFocuser-ng

TIC Software

Um den Controler einzurichten wird noch eine Software benötigt. Tic Software von Pololu. Diese Software ist wichtig um den Controler auf den Stepper einzustellen. Hier kann z.B. der Treiberstrom, Microsteps, Geschwindigkeit, Beschleunigung u.v.m. eingestellt werden.

Install Script

Am Ende dieses Artikels findest Du den Downloadbereich, hier kannst du auch mein InstallScript herunterladen und die Softwareinstallation automatisiert starten. Infos dazu sind im Download vorhanden.

 

Der etwas erhöhte Aufwand wird mit einem sehr günstigem Fokusmotor belohnt. 20-30€ für den Controler, 30-40€ für den Getriebemotor und etwas Kleinkram wie Schrauben und Magnete, ect.

So sieht er nun aus am Refraktor

Autofokus für das Teleskop MagneticFocuser MTF am Refraktor DIY Motorfokus am Teleskop MTF Flansch am Refraktor Teleskop


Gedruckt wurden die Teile in ABS und in 0,1mm Layerhöhe damit es auch gut aussieht. ASA würde sicherlich auch gehen, hatte ich aber nicht da. PETG müsste auch funktionieren, habe es aber wegen dem Stringing nicht so gerne. PLA würde ich nicht empfehlen, der Steppermotor wird permanent mit Strom gefüttert damit er seine Position auch halten kann. Somit kann er etwas Wärme produzieren die PLA nicht lange mit macht. Der Stepper ist zwar nur ein 0,4A Motor, produziert aber mit 174mA schon ordentlich Drehmoment. Für mich mehr als ausreichend. Leider lässt sich der Treiberstrom im T500 Controler nicht individuell einstellen, der nächst kleinere Wert ist 1mA und das ist zwar im Leerlauf kein Problem aber am Teleskop reicht das Drehmoment nicht mehr und der Stepper verliert ordentlich Steps.

Auch der Newton bekam den MTF

MagneTicFocuser MTF am Newton Teleskop mit Baader Steeltrack OAZ Newton MTF Fokusmotor

Der Newton hat einen Baader Steeltrack BDS-NT OAZ, für den es jetzt auch einen passenden Adapter im GitHub Repository und auf Pintables gibt. Natürlich würde das auch auf einem Refrakror mit einem Steeltrack funktionieren.

1. Test

Der erste Test war nicht in einer sternenklaren Nacht, er war einfach nur im Garten und das Zielobjekt war ein weit entferntes Dach mit Solaranlage. Mir ging es einfach um die Funktion des Autofokus und die scheint sehr gut zu funktionieren. Test bis dahin bestanden! Aber...

Ca. eine halbe Stunde später habe ich mal an das Focuser Gehäuse gefasst und mir fiel die deutlich erhöhte Temperatur auf. Hmm das bedeutet, da fließt zu viel Strom aber weniger  als die 174mA geht nicht weil die nächst kleinere Auswahlmöglichkeit ist nur noch 1mA und das ist einfach zu wenig. Der Stepper hat mit 1mA kaum Drehmoment und ist so natürlich nutzlos.

 Bugfix

Ob ein anderer Antrieb Abhilfe schafft? Vielleicht oder - hoffentlich! Der nächste Test wird mit einem Getriebemotor mit einer höheren Untersetzung. Bestellt ist ein STEPPERONLINE 17HS13-0404S-PG27. Dabei handelt es sich um den gleichen Motor aber mit einer wesentlich höheren Untersetzung von 26,85:1

Mit diesem Motor hoffe ich, den Focuser mit nur 1mA betreiben zu können und so den Stromverbrauch und Temperatur zu senken. Das wären 2 Fliegen mit einer Klappe... Durch die höhere Getriebeuntersetzung ist auch die Auflösung beim Fokussieren deutlich höher. Sind schon 3 Vorteile. Aber wo Licht ist, da ist auch Schatten und das wäre etwas mehr Gewicht.

Der Motor bzw. das Getriebe ist ganze 7,7mm länger und passt so natürlich nicht mehr in das bereits gedruckte Gehäuse. Es ist so kompakt wie möglich konstruiert und somit ist kein Spielraum drin. Jetzt muss eben noch das Design angepasst werden und der Drucker hat wieder was zu tun...

 2. Test

Das Gehäuse wurde angepasst, der neue Stepper Motor  ist angekommen, und der Zusammenbau war recht schnell erledigt. Die Nacht darauf sollte ein Test unter dem Sternenhimmel sein. Und so war es. Bestes Wetter, klarer Himmel ohne einer Spur von Wolken bei 15°C und sehr leichtem Wind.

Der MagneTicFocuser mit dem 26,85:1 Getriebe hat tatsächlich sauber fokussiert :) Und das mit nur 1mA Current Limit!  Ich bin begeistert! Das Drehmoment ist dank der hohen Getriebeuntersetzung doch um einiges stärker als gedacht. Er könnte vermutlich sogar mit angezogener OAZ-Bremse  weiter drehen, was ich natürlich nicht probiert habe. Die Bremse funktioniert so auch nicht mehr, diese Schraube hat jetzt die Funktion den MagneTicFocuser-Flansch am Teleskop zu halten.

Die Schlepperei war trotzdem umsonst, mir ist der Kamerasensor der ASI071 mal wieder komplett zu gefroren und die Session war dahin. Naja. Aber der Autofokus hat super funktioniert und das hat mir die Laune dann doch nicht komplett ruiniert.

Fazit

Der MagneTicFocuser scheint ein Erfolg zu sein, den werde ich behalten und in Zukunft auch nutzen. Der Flansch für den Newton mit dem Baader Steeltrack OAZ ist auch fertig und nun kann ich den Focuser an beiden Teleskopen verwenden. Genau das war auch der Plan ;)

STLs

Die STLs habe ich auf GitHub geladen, und hier der Link:

MagneTicFocuser - GitHub

 

Oder bei:

printables white




Happy printing!

 

Montage

Nachdem alle Teile gedruckt wurden, kann der Aufbau beginnen.

Pololu TIC T500

Die Platine kommt mit Schraubklemmen, ich mag solche Verbindungen nicht weil man sie nicht einfach und unkompliziert wieder verbinden kann. Sollte mal der Motor von der Platine gelöst werden, muss man beim wieder anschließen auf die Farben der Kabel achten. bei Steckern muss auf so etwas nicht geachtet werden. Also habe ich 2 JST-Stecker an die Platine gelötet. Den 2-Pin für die 12V-Versorgung, den 4-Pin für den Motoranschluss.

Motor mit JST Stecker

Am Motor wurde, nachdem die Kabel gekürzt wurden, die 4-Pin Buchse gecrimpt.
Achte auf die Reihenfolge der Motorkabel am Stecker. Siehe dazu das Foto weiter unten...
Mehr muss hier nicht getan werden.

Housing verschrauben Die rote Magnetplatte wird nun mit dem Gehäuse verschraubt. Dazu müssen an der Magnetplatte 4 M3 Einschmelzmuttern eingeschmolzen werden und am besten auch die 4 Magnete eingeklebt werden. Sekundenkleber reicht hier aus, die Magnete werden schon mit relativ viel Kraft in das Druckteil eingepresst. Bedenke, die Magneten stehen am Ende 1mm heraus, versuch also nicht sie bündig ein zu pressen, das geht schief!
Danach kannst du die Magnetplatte und das Gehäuse mit 4 M3x10 Schrauben verschrauben

12V Anschluss am MTF Jetzt können wir den 12V Anschluss anbringen. Dazu wird eine 2-Pin JST-Buchse am einen Ende gecrimpt, am anderen Ende an die Hohlsteckerbuchse 5,5x2,1 gelötet. Schrumpfschlauch nicht vergessen ;) Somit ist auch diese Baugruppe für den Rest bereit.
MTF Motor verschrauben Der Motor wird an der Magnetplatte verschraubt. Dazu werden 4 M3x8 Schrauben benötigt. Setze den Motor in das Gehäuse und achte auf die Aussparung an einer der Innenseiten des Gehäuses . Sie dient als Platzhalter für die 4 Motorkabel. Im Gehäuse ist es sehr eng, es würde sich verformen wenn die Kabel an der falschen Stelle im Gehäuse wären. Verschraube dann den Motor wie es im Bild zu sehen ist mit den 4 M3x8 Schrauben
JST Stecker Jetzt werden die beiden Stecker mit der Platine verbunden und danach wird die Platine mit 2 selbstschneidenden M2x8 Schrauben am Cover verschraubt. Die Kabel müssen dabei eng nach innen gebogen werden, also so dass die Kabel nicht nach außen zeigen sondern nach innen. Auch hier ist kein Platz für falsch verlegte Kabel
MagneTicFocuser MTF fertig montiert Jetzt nur noch das Cover in das Gehäuse stecken bis die Rastnasen geklickt haben und fertig. Solltest du die Software schon installiert haben, kannst du die Einstellungen für den Motor über die Pololu Software machen. Mach das auf jeden Fall noch bevor der Focuser an das Teleskop kommt, die falschen Einstellungen könnten ggf. den OAZ beschädigen. Der Motor erzeugt mit zu viel eingestelltem Strom ein enormes Drehmoment!

 

Pololu Software

In der Pololu Software (ticgui) solltest du die folgenden Einstellungen vornehmen:

  • Current limit: 1mA
  • Step mode: 1/8 step 
  • Max speed: 8000000
  • Max accel: 80000

Hier 3 Screenshots meiner Einstellungen:

TicGUI Tab Status TicGUI Tab InputMotorSetting TicGUI Tab AdvancedSettings

 

Danach mit Apply settings speichern und auch dieser Schritt ist erledigt.

 

INDI einstellungen

INDI ProfileEditor

Nachdem Ekos gestartet wurde, muss im Profil als Fokussierer der TIC Focuser NG ausgewählt werden.

Ist alles ausgewählt, muss das Profil noch gespeichert werden und anschließend kann man es testen. Starte EKOS und es öffnet sich das INDI Control Panel

INDI TIC Focuser NG Tab1 INDI TIC Focuser NG Tab2 INDI TIC Focuser NG Tab3 INDI TIC Focuser NG Tab4

 

Sollte alles korrekt installiert sein, sollte es so ähnlich wie auf den Screenshots aussehen. Hier im Tab Tic Focuser NG gibt es weitere Tabs. Wichtig ist, im Tab Verbindung der Verbindungsmodus. Er sollte auf PololuUSB stehen. Der ist verfügbar wenn die Tic Software korrekt installiert wurde.

Das war es. Ab jetzt sollte der MagneTicFocuser seinen Job machen können.

 

Montage am Teleskop

MagneTicFocuser MTF - ein Beispiel

 

 Hier ein Beispiel wie einfach und schnell ein MTF am Teleskop montiert wird oder einen anderer Focuser wie der EAF mit MTF-Flansch montiert werden kann.

 

[MTF] ohne Elektronik

Diese Variante kann auch mit anderen Controlern gesteuert werden, die einen Steppermotor bedienen können. Der GX-12 Anschluss ist direkt mit dem Motor verbunden, es stehen also viele Optionen offen.

Für ein On-Step Projekt habe ich diesen MTF-GX12 ohne Elektronik gebaut, er besteht nur aus Getriebemotor und einem GX-12 Anschluss.

MagneTicFocuser MTF GX12 Front MagneTicFocuser MTF GX12 Back

 

Der On-Step Controler, der aus einem WeMos D1 R32 und einem CNC-Shield V3 besteht, hat 3 Steppertreiber für RA, DEC und Focuser, somit wird hier keine weitere Ansteuerung für den Focuser benötigt und es reicht ein Anschlussstecker der direkt am Motor des [MTF] angeschlossen wird. Da ich aber meine Teleskope schon auf [MTF] umgerüstet habe, wurde zusätzlich die GX-12 Variante entwickelt.
Zu diesem Projekt kommt noch ein gesonderter Blogpost... Keen-One EQ

Download der STLs auf 

printables white

 

Viel Spaß beim Nachbau!

 

 Bei offenen Fragen, hinterlasse einfach einen Kommentar und ich werde darauf antworten.

 

Downloads:

Installscript um den TicFocuser-NG zu installieren.

Dieses Script muss ausführbar (chmod +x ticfocuser.sh) gemacht werden und danach im Terminal mit:

./ticfocuser.sh

gestartet werden. Dieses Script lädt alles benötigte herunter, kompiliert die TIC-Software und dann den TicFocuser-NG INDI Driver. Danach werden diese Programme im System installiert. Dabei wird auch das Benutzerpasswort abgefragt um überhaupt Software auf deinem Rechner installieren zu können.

Dieses Script sollte auf allen Debian / Ubuntu basierten Computern laufen.

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Datum16.07.2023
Platform  Linux
Dateigröße 1.34 KB
Download 65

 

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