Cuando realizamos astrofotografía y queremos obtener un enfoque automático preciso, es importante que el sistema mecánico del enfocador funcione correctamente.
Uno de los problemas que podemos encontrar es el backlash, también conocido como holgura mecánica, juego o recorrido perdido.
Este fenómeno aparece especialmente cuando invertimos la dirección de movimiento del enfocador y puede afectar a la precisión con la que el motor posiciona el tubo de enfoque.
En este tutorial de Espacio Celeste explicamos qué es el backlash, cómo afecta al autoenfoque, cómo medirlo y cómo compensarlo, utilizando ejemplos prácticos y curvas reales de programas como N.I.N.A. y Sequence Generator Pro.
¿Qué es el backlash de un enfocador?
El backlash es el recorrido que debe realizar un mecanismo al invertir su dirección antes de que el movimiento se transmita efectivamente al elemento que queremos desplazar.
En un enfocador de piñón y cremallera, también conocido como R&P (Rack and Pinion), puede aparecer debido a la holgura existente entre los dientes del piñón y la cremallera.
Cuando giramos el mando en una dirección, los dientes transmiten el movimiento. Pero si invertimos el giro, el piñón puede necesitar recorrer una pequeña distancia antes de volver a transmitir el movimiento en sentido contrario.
Durante ese intervalo, el mando o el motor gira, pero la caña del enfocador todavía no se desplaza.
Cómo funciona un mecanismo sin holgura
Imaginemos un sistema mecánico perfectamente ajustado, en el que no existe recorrido perdido entre sus componentes.
Si movemos el enfocador hacia fuera y después invertimos la dirección, la caña comenzará a desplazarse hacia dentro en cuanto se transmita el nuevo movimiento.
No tendremos que realizar un giro adicional para recuperar ninguna holgura.
Qué ocurre cuando existe holgura
Cuando existe un pequeño juego mecánico entre las piezas, al invertir la dirección de giro debemos recorrer primero esa holgura.
Durante ese recorrido inicial, el motor puede estar girando sin que se produzca un desplazamiento equivalente de la caña del enfocador.
Una vez recuperado el juego mecánico, el movimiento vuelve a transmitirse con normalidad.
La clave: el backlash no significa necesariamente que el enfocador esté averiado. Una pequeña holgura puede ser normal en muchos sistemas mecánicos. El problema aparece cuando no se tiene en cuenta al realizar movimientos de posicionamiento precisos.
¿Todos los enfocadores tienen backlash?
El comportamiento depende del diseño mecánico del enfocador y de los elementos que intervienen en la transmisión del movimiento.
Piñón y cremallera (R&P)
La holgura puede aparecer entre el piñón y la cremallera, así como en otros componentes de la transmisión.
Crayford
El desplazamiento de la caña se produce por fricción, sin engrane directo entre piñón y cremallera. Sin embargo, el conjunto puede presentar holguras en reductoras, acoplamientos o motores, además de posibles deslizamientos bajo carga.
En un sistema motorizado también debemos considerar las holguras internas del motor, sus reductoras, los acoplamientos entre ejes y otros componentes mecánicos.
Por tanto, el backlash que medimos corresponde al comportamiento del conjunto completo, no necesariamente a una única pieza.
¿Cómo afecta el backlash al enfoque automático?
En astrofotografía, el enfoque automático necesita relacionar cada posición del motor con una posición física concreta del enfocador.
Para ello, el programa realiza pequeñas capturas de estrellas mientras desplaza el enfocador y mide cómo cambia su tamaño aparente.
Entre las métricas utilizadas encontramos el HFR y el FWHM.
¿Qué es el HFR?
El HFR (Half Flux Radius) es el radio que contiene la mitad del flujo total medido de una estrella.
Cuando la estrella está mejor enfocada, su luz suele concentrarse en una región más pequeña y el valor de HFR disminuye.
Por eso, los programas de enfoque automático utilizan el HFR u otras métricas similares para buscar la posición de mejor enfoque.
El FWHM (Full Width at Half Maximum) es otra medida habitual del tamaño del perfil estelar. Ambas métricas son útiles, aunque no representan exactamente lo mismo.
En nuestro canal de YouTube explicamos estos conceptos y su aplicación práctica:
Cómo funciona una rutina de autoenfoque
Aunque los distintos programas utilizan algoritmos y estrategias diferentes, muchos procedimientos de autoenfoque siguen un esquema parecido.
Partimos de una posición de enfoque aproximada y el programa desplaza el enfocador a varias posiciones alrededor de ella.
En cada posición realiza una captura, mide el tamaño de las estrellas y representa los resultados en una gráfica.
Con esos datos calcula la posición en la que se espera obtener el mejor enfoque.
Dependiendo del programa, la representación puede adoptar una forma de U, V o hipérbola ajustada.
¿Qué sucede si hay backlash sin compensar?
Imaginemos que el programa ordena desplazar el motor 50 pasos, pero el sistema mecánico tiene una holgura de 150 pasos después de invertir la dirección.
Los primeros movimientos pueden consumirse recuperando esa holgura, sin producir el desplazamiento esperado de la caña del enfocador.
El programa seguirá asociando sus capturas a las posiciones ordenadas, aunque el desplazamiento real no coincida inicialmente con ellas.
Esto puede deformar la curva de enfoque y perjudicar el cálculo de la posición óptima.
Ejemplo práctico: una holgura de 150 pasos
Vamos a utilizar la gráfica del artículo original de Espacio Celeste.
En esta representación, el programa calcula una posición de enfoque cercana a 9753 pasos, con un valor mínimo de HFR próximo a 1,42.
Sin embargo, observamos un comportamiento anómalo al comienzo del recorrido.
La primera captura se realiza alrededor de la posición 10080. A continuación, el motor comienza a desplazarse hacia dentro en intervalos de 50 pasos.
Durante las primeras posiciones, el tamaño de las estrellas permanece prácticamente constante, con valores próximos a 6 píxeles.
Esto es compatible con un recorrido perdido: el motor gira, pero el enfocador todavía no se desplaza de forma apreciable.
Después de aproximadamente 150 pasos, la métrica comienza a variar y aparece la parte descendente de la curva.
Interpretación: el tramo inicial prácticamente plano sugiere una holgura de alrededor de 150 pasos en este ejemplo. Es una estimación que conviene confirmar mediante una medición mecánica o pruebas de movimiento, ya que una gráfica anómala también puede verse afectada por otros factores.
Si no compensamos adecuadamente ese recorrido perdido, la relación entre los pasos ordenados y el desplazamiento real del enfocador puede resultar incorrecta.
Cómo compensar el backlash del enfocador
La compensación del backlash consiste en tener en cuenta el recorrido perdido cuando el motor invierte la dirección.
Su objetivo es conseguir que los movimientos utilizados para posicionar el enfocador sean reproducibles y que la posición final corresponda lo mejor posible con la ordenada por el programa.
No todos los programas aplican la compensación de la misma manera.
Algunos permiten añadir pasos adicionales cuando se invierte el movimiento. Otros utilizan estrategias de aproximación desde una dirección determinada, incluyendo movimientos de sobrepaso y retorno.
Por eso debemos configurar la compensación de acuerdo con el método que utiliza cada programa.
Ejemplo de compensación
Supongamos que hemos medido un backlash de 150 pasos.
Si el motor invierte la dirección y queremos conseguir un desplazamiento efectivo equivalente a 50 pasos, podría ser necesario ordenar un movimiento total de aproximadamente 200 pasos, siempre que el método de compensación utilizado consista en recuperar primero el recorrido perdido.
Este cálculo ilustra el principio mecánico. No significa que debamos introducir siempre 200 pasos como parámetro de compensación en el software.
El valor que configuramos y el modo de aplicarlo dependen del programa y de la estrategia de enfoque.
Compensación en N.I.N.A., ASIAIR y otros programas
Programas como N.I.N.A., Sequence Generator Pro y los sistemas de enfoque compatibles con ASIAIR permiten trabajar con procedimientos de enfoque motorizado, pero sus opciones y estrategias de compensación no son necesariamente idénticas.
En N.I.N.A., por ejemplo, es importante distinguir entre la compensación de backlash y las estrategias que procuran realizar la aproximación final al enfoque desde una dirección consistente.
También debemos tener en cuenta que un ajuste mecánico deficiente, un acoplamiento flojo o un enfocador que desliza bajo carga no se solucionan simplemente introduciendo más pasos de compensación.
Recomendación: antes de modificar los parámetros del software, comprueba que el motor está correctamente fijado, que el casquillo no desliza y que el enfocador se desplaza de manera uniforme.
Cómo medir el backlash con una regla
No necesitamos necesariamente un programa especializado para obtener una primera estimación del backlash.
Podemos realizar una comprobación práctica observando el desplazamiento de la caña del enfocador mientras ordenamos pequeños movimientos al motor.
Para ello resulta útil disponer de una escala graduada en el tubo de enfoque o colocar referencias temporales que permitan detectar cuándo comienza a desplazarse.
Medición paso a paso
Elegir una referencia
Desplazamos el enfocador hacia fuera hasta situar una marca de la escala junto al borde del cuerpo del enfocador.
Si no tenemos escala, podemos utilizar una referencia temporal que no dañe el acabado.
Invertir la dirección del motor
Ordenamos pequeños movimientos hacia dentro, por ejemplo en intervalos de 10 pasos.
El intervalo elegido dependerá de la resolución del motor y de la facilidad con la que podamos apreciar el desplazamiento.
Observar cuándo comienza a moverse la caña
Vamos acumulando los pasos ordenados hasta detectar que la marca de referencia empieza a desplazarse realmente.
La cantidad de pasos acumulada nos proporciona una estimación del recorrido perdido al invertir la dirección.
Repetir la comprobación
Conviene repetir la prueba varias veces y en ambos sentidos, ya que el comportamiento puede variar según la carga y la posición del telescopio.
Una regla permite obtener una estimación inicial, pero si necesitamos mayor precisión podemos utilizar un comparador o un instrumento de medida más sensible.
Cómo calcular cuántos micrómetros avanza el enfocador por paso
Además del backlash, es interesante conocer cuánto se desplaza realmente la caña del enfocador por cada paso del motor.
Este dato puede ser útil para caracterizar el sistema y comprender la relación entre los movimientos del motor y el desplazamiento mecánico.
Para medirlo, seleccionamos una dirección y desplazamos el enfocador sin invertir el movimiento durante la prueba, evitando así que el backlash afecte al cálculo.
Supongamos que ordenamos un movimiento de 2500 pasos y observamos que la caña del enfocador se ha desplazado 10 mm.
Como un milímetro equivale a 1000 micrómetros:
Por tanto, en este ejemplo cada paso del motor produce un desplazamiento de aproximadamente 4 micrómetros.
Este valor corresponde al desplazamiento mecánico de la caña y no debe confundirse directamente con el desplazamiento del plano focal, que depende del sistema óptico.
¿Qué ocurre si el enfocador tiene deslizamiento?
Es importante diferenciar el backlash del deslizamiento.
El backlash produce un recorrido perdido principalmente al invertir la dirección.
El deslizamiento aparece cuando el mecanismo no transmite completamente el movimiento, por ejemplo porque el sistema de fricción de un Crayford no dispone de la presión adecuada para soportar la carga instalada.
En ese caso, el motor puede girar sin que la caña avance lo esperado, incluso aunque no se haya invertido la dirección.
La compensación del backlash no corrige un problema de deslizamiento. Debemos revisar el ajuste mecánico y la capacidad de carga del enfocador.
Consejos para conseguir un autoenfoque preciso
- Comprobar que el enfocador está correctamente ajustado y no presenta holguras excesivas.
- Verificar que el motor y su acoplamiento están firmemente sujetos.
- Medir el backlash con la carga habitual de trabajo.
- Utilizar la compensación adecuada para el programa de enfoque.
- Evitar que el enfocador alcance sus topes mecánicos durante las rutinas automáticas.
- Revisar la curva de autoenfoque para detectar comportamientos anómalos.
- Comprobar que el resultado es repetible en diferentes posiciones del telescopio.
Conclusiones
El backlash es un fenómeno mecánico habitual en numerosos sistemas de enfoque y puede afectar a la precisión de los movimientos motorizados.
Cuando utilizamos un enfocador automático, conocer el recorrido perdido y compensarlo correctamente ayuda a obtener resultados más consistentes.
Sin embargo, la compensación por software no sustituye a un buen ajuste mecánico.
Por eso es importante revisar el conjunto formado por el enfocador, el motor, el acoplamiento y la carga instalada.
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En Espacio Celeste ofrecemos asesoramiento técnico y realizamos ajustes y adaptaciones de enfocadores para mejorar el funcionamiento de los equipos de observación y astrofotografía.
Podemos ayudarte a comprobar holguras, revisar el sistema mecánico y preparar el equipo para trabajar con enfoque automático.
