Backlash de un enfocador. Como medir y compesar el contragolpe.
Cuando realizamos astrofotografía y queremos hacer auto enfoques de gran precisión; o cuando estamos observando a grandes aumentos y que nuestro enfoque es crítico, nuestro enfocador debe estar muy bien ajustado mecanicamente para que en cada cambio de dirección de enfoque no haya demasiada holgura mecánica que nos perjudique a la hora de enfocar con la mejor presición posible.
Qué es el backlash o contragolpe en un enfocador
La holgura, contragolpe o backlash de un enfocador es aquel juego mecánico que hay entre los engranajes mecánicos que forman el enfocador, esto provocan una reacción violenta o juego de holgura cuando se invierte la dirección del enfocador. Puede verse por ejemplo en un juego de engranajes como en la cremallera y el piñon de un enforcador de tipo Rack & Pinion.
Mecanicamente hablando, imaginemos un enfocador donde sus dos engranajes están engranados perfentamente, y no hay holgura entre ellos. En este caso, cuando movemos nuestro enfocador hacia afuera y luego invertimos la dirección y lo movemos hacia adentro, el tubo o caña del enfocador INMEDIATAMENTE comienza a invertir la dirección tan pronto como se invierte el enfocador.
Este backlash “ZERO” o ningún contragolpe en nuestro conjunto enfocador + motor de enfoque seria, en términos mecánicos, la perfección a la hora de hacer autoenfoques en astrofotografía, pues los errores se minimizarán al máximos y siempre encontrariamos los mejores enfoques.
Imaginemos ahora que hay un espacio entre los dos engranajes, es decir tenemos un pequeño juego mecanico u holgura.
Cuando movemos el enfocador, los engranajes se engranan, pero cuando invierte la dirección, el engranaje impulsor debe moverse un poco para volver a engranar los dos engranajes. En este caso, cuando se mueve el enfocador hacia afuera, y luego se invierte la dirección, hay un RETARDO muy leve antes de que el tubo de tracción comienza a invertirse y moverse de nuevo.
En los enfocadores tipo Crayford, no disponen de piñon y cremallera, sino de un eje de metal que por fricción mueve el tubo o caña del enfocador. Esto hace que el contragolpe no exista como en un Rack & Pinion, pero por contra sufren deslizamiento cuando la carga es más pesada y los ajustes de tensión son más delicados y frecuentes.
Tambien suele haber cierta holgura mecanica en el propio motor de enfoque y en los mecaniscos que forma el eje del pomo de ajuste de enfoque formado por los rodamientos de bolas, el pomo manual y el eje transversal. Debido a desgastes de los componentes, tornillos que se aflojan o ajustes deficientes de los mismos, tambien puede producirse una reaccion de holgura o backlash cuando cambiamos la dirección de enfoque en el pomo manual.
Por lo que la holgura final en el enfoque es la suma de varias componentes que conforman el conjunto de enfoque.
Qué efectos nos produce este contragolpe mécanico
Sobre todo afecta cuando estamos haciendo autoenfoques precisos en una sesión de astrofotografía. Aunque tambien puede ser molesto cuando estamos observando a grandes aumentos y necesitamos de la mayor precisión posible para ajustar el enfoque al máximo cuando buscamos esa máxima exigencia de calidad en el enfoque de la imagen y requerimos de continuos cambios de dirección.
Cuando hacemos enfoques automáticos en astrofotografía, nuestro motor de enfoque, que está conectado al eje del pomo de nuestro enfocador, va girando automáticamente para conseguir el mejor enfoque posible. Este motor lo controla un software de enfoque que va midiendo capturas hechas con nuestra cámara fotográfica conectada al tubo principal donde tenemos el enfocador. El software mide el perfil o tamaño de estrella (HFR o diámetro medio de flujo) y mediante la mediciones que toma en cada exposición, va calculando la posición óptima del enfocador. El mejor enfoque posible es cuando este valor medio de HFR es el menor posible. Esta medida del HFR es similar a la medida del FHWM, siendo más útil para estos softaware tuilizar el valor del HFR frente al FHWM, ya que es un valor más fiable en presencia de mal seeing y ruido, y es mas preciso a la hora de manejar imágenes más desenfocadas.
Para ver entender más sobre este parámetro pueden ver nuestro videotutorial:
Cómo funciona un autoenfoque de forma generalizada y el porqué de la importancia del backlash u holgura mécanica
Este método es similar en todos los software actuales. Si bien es cierto que cada uno de estos programas utilizan métodos y algoritmos de cálculo distintos, el procedimiento siempre es el mismo o muy parecido, pero el concepto es el mismo.
Partiendo de un enfoque manual aproximado, pero sin ser el enfoque perfecto y bien ajustado, procedemos a hacer el autoenfoque.
Cuando se activa el enfoque automático, comenzará moviendo el enfocador “hacia afuera” una serie concreta de pasos. Luego comenzará a tomar imagenes y midiendo el HFR de las estrellas en cada una de esas capturas, mientras que el enfocador se va moviendo hacia el otro extremo de desenfoque pasando por el punto medio. En todo ese recorrido desde un punto hacia fuera de desenfoque, hasta un punto hacia dentro de desenfoque, el software es capaz de saber cual es el punto de la zona media donde las estrellas tenian el HFR más bajo, es decir, donde estaban mejor enfocadas, y es ahí donde nos dice cual es nuestra posición óptima de enfoque.
De ahí la importancia de que nuestro enfocador tenga la menor holgura posible o backlash, así como ningun tipo de deslizamiento si nuestro enfocador fuera Crayford o monorail. Es decir, si el software en cocreto que nos hace el autoenfoque, quiere mover el motor del enfocador un nº concreto de pasos, y por consiguiente desplazar los mm correspondientes el tubo de tracción , pero por una holgura mecánica se mueve menos de lo que debería, nuestra medicion es errónea y esto conlleva a errores en el foco que nos van a arruinar la secuencia de capturas.
Ejemplo
Si lo explicamos con un ejemplo es más sencillo. Imaginemos que tenemos un enfocador con su correspondiente motor. Queremos hacer un autoenfoque porque necesitamos buscar el mejor foco posible. Como hemos dicho anteriormente, el programa va a mandar mover el enfocador una serie concreta de pasos hacia afuera hasta que este desenfocado, e irá haciendo capturas moviendo el enfocador hacia adentro, dándonos la siguiente curva:
¿Qué es lo que ha ocurrido en la representacion anterior?
Lo primero que vemos si observamos la curva, es que nos dice que nuestro punto optimo de enfoque es en la posicion 9753 de nuestro enfocador (es el punto mas bajo de la curva donde tendriamos un HFR de 1.42 teoricamente). Pero esta enfoque no seria bueno, siendo este autoenfoque erróneo debido a que tenemos un fuerte backlash y no lo hemos compesado.
El motivo es el siguiente.
Lo primero que hizo el autoenfoque fue desplazar hacia afuera del todo el enfocador para hacer la primera captura y medir el HFR de las estrellas en un punto alejado de desenfoque. En este caso se fue a la posición aproximada de 10080 (punto mas a la derecha de la gráfica). Despues de hacer la primera captura, el enfocador deberia moverse hacia adentro una serie de veces (10 capturas más) cada 50 pasos del motor y hacer capturas en cada una de ellas. Pero en las 4 primeras capturas el ancho de las estrellas medidas no ha cambiado y muestra siempre unos 6px aproximadamente. Es decir, el motor, aunque haya girado unos 150 pasos del motor hacia adentro, realmente la caña del enfocador no se ha desplazado, pues las estrellas no han variado.
A partir de esa cuarta captura en la posicion aproximada de 9930, ya si vamos observando que cada otros 50 pasos que desplazamos hacia adentro el enfocador si se mueve y ya si se modifica el HFR de las estrellas, dibujando una curva en U o V representando el valor mas bajo que es donde estaría nuestro foco correcto.
Lo que ha pasado aquí en este ejemplo es que el enfocador tenia un backlash u holgura mécanica, en concreto de unos 150 pasos del motor, o lo que es lo mismo, en ese cambio de dirección del enfoque, hemos tenido que hacer girar el motor 150 pasos para que realmente la caña del enfocador empezara a moverse.
Esta holgura, como digimos antes, puede provenir de la mecánica del propio enfocador, como tambien de la mecánica del propio motor de enfoque.
Cuando pasa esto hay que compensar la holgura mecánica en los software de autoenfoque.
Compensación del backlash
La compensación del contragolpe compensa ese pequeño retraso antes de que el tubo de tracción se mueva para devolver la precisión al posicionamiento del tubo de tracción o caña del enfocador.
Por ejemplo, si un enfocador tiene un determinado backlash, y se necesitan 150 pasos para que un motor retroceda y luego vuelva a engranar los engranajes (es decir, 150 pasos para tener en cuenta ese retraso), entonces se usa este conocimiento para configurar la compensación del contragolpe. Entonces, si mueve un enfocador de la posición 50 a la posición 100, pero quiere volver a la posición 50, en realidad necesitaría 200 pasos para llegar allí. (50 pasos más 150 pasos para dar cuenta de la brecha o retraso). La compensación de contragolpe se suele agregar en los software de como NINA, ASIAIR, SGP a un movimiento que es inverso al movimiento anterior. No se agrega a cada movimiento, solo cuando se invierte la dirección.
En el ejemplo anterior que teniamos una holgura de 150 pasos como vimos en la gráfica de autoenfoque de NINA, viendo la parte plana del ancho de la estrella que coincidia en 6px en los 150 primeros pasos, si en NINA compensamos esos 150 pasos en los cambios de dirección en la casilla correspondiente, a la hora de hacer el autoenfoque y desplazar hacia el extremo de afuera el enfocador, antes de hacer la primera captura, va a mover 150 pasos hacia adentro el motor para vencer el backlash mecánico, y así cuando tome la primera captura ya estará vencido y cuando se desplace a la siguiente hacia adentro, la caña del enfocador sí se moverá esos 150 pasos realmente.
Medir el backlash sin gráficas ni software específicos. Sólo con la ayuda de una regla.
Antes de terminar este artículo sobre el contragolpe de un enfocador y como compensarlo en astrofotografía, siempre que se instala un motor de enfoque en nuestro enfocador del tubo óptico, es conveniente medir dos cosas.
Por un lado, como hemos visto, la holgura mecanica del mismo, es decir, cuando hacemos un cambio de dirección, cuantos pasos debe girar el motor para que realmente se mueva el tubo de tracción del tubo.
Pero también es conveniente medir cuantos mm o μm se mueve relamente nuestro tubo de tracción por cada paso que le decimos al motor que se mueva.
Para este fin conseguir hacerlo de forma efectiva, necesitaremos que o bien la caña del enfocador esté graduada en mm como en la siguiente imagen,
O bien, si no este graduada, le hagamos unas pequeñas marcas cada 10mm (2 ó 3 marcas) con la ayuda de una regla y un lapiz, rotulador o adhesivo pequeño.
Medir el backlash con regla graduada
Si tenemos ésto, para medir el backlash, lo único que tenemos que hacer es mover por ejemplo hacia afuera el enfocador hasta una de las marcas, por ejemplo en la imagen anterior, la marca de 5cm que está al borde de esconderse debajo del cuerpo del enfocador. Una vez que la tenemos ahí, cambiamos la dirección del motor de enfoque, acumulando pequeños cambios en pasos, por ejemplo de 10 en 10 (este intervalo dependerá del motor de enfoque, puede que sean algo mayores) hasta ver cuando realmente se mueve el tubo de tracción y la rayita que marca los 5cm empieza a moverse y a esconderse. Justo en el momento que vemos que se mueve y se esconde, esa cantidad de pasos que hemos dado es la holgura mecánica de nuestro conjunto enfocador + motor de enfoque.
Medir los milimetros o micrones por paso de motor de enfoque con regla graduada
Para medir lo que realmente se mueve nuestro tubo de tracción por cada paso de motor, lo único que tenemos que hacer es irnos a una marca, por ejemplo la de 5cm de la imagen anterior, moviendo el enfocador hacia afuera, y luego ir dar el numero de pasos necesario para moverlo (en este caso siguiendo hacia afuera para que no afecte el backlash) a la posicion de 6cm. Es decir lo hemos movido 10mm (1cm). En ese centimetro que hemos movido el tubo de tracción, tenemos que ver cuantos pasos totales equivalentes han sido en el motor de enfoque.
Por ejemplo, si para mover 10mm hemos necesitado 2500 pasos de motor de enfoque, por una regla de tres sencilla, cada paso de motor nos mueve 0,004 mm el enfocador, o lo que es lo mismo 4μm. Un dato importante a tener en cuenta para ciertos programas de enfoque o para comprobar deslizamientos en nuestros enfocadores, sobre todo los Crayford.
Bien para tener los mejores resultados en astrofotografía, como para las observaciones más exigentes a grandes aumentos, es necesario tener controlado el funcionamiento de nuestro enfocador, saber como ajustarlo y como medir sus holguras mecánicas y compensarlas. Para ello, Espacio Celeste, pone a disposición de sus clientes todo el asesoramiento técnico y su taller especializado en caso de ajustes o reparaciones, para que el usuario tenga su equipo siempre ofreciendo el máximo rendimento posible.
