300mmF5 peilin mittaus ja uudelleen muotoilu.

[Timo Kantola]

Reilu vuosi sitten hankin käytetyn OrionOpticsin valmistaman 300F5 peilin, tarkoituksena päivittää "25cmF7 kuu ja planeettaputki" pykälää paremmaksi 300F5, 1/10 PV (Strehl 0.993) peilillä. No peilissä on jonkinmoista muotovirhettä, aiheesta enemmän:
https://www.avaruus.fi/foorumi/index.php?topic=17773.msg166159#msg166159

En jaksa "suttusella" peilillä Kuuta kuvailla, joten suunnittelin toisen peilin ostoa, Mirro-spherellä olisi ollut tilattavissa 300F5 zerodurista, mutta toimitusaika noin 3kk, ja korona..  http://www.mirro-sphere.com/
Ja OrionOpticks... lässähti, kun sieltä tulee mitä tulee, välillä huippua (oma 300F4) ja välillä:
http://interferometrie.blogspot.com/2014/03/orion-optics-14-newton.html
http://interferometrie.blogspot.com/2015/01/orion-optics-24-research-grade-sad-story.html
Keskustelua englanniksi: https://www.cloudynights.com/topic/378771-thoughts-on-orion-optics-uk/page-2 

Mielenkiintoisimmaksi vaihtoehdoksi jäi - muotoilla itse, tulee sellainen kun tulee. Neljä peiliä onnistuneesti hioneena, on kova luottamus että tämäkin valmistuu parempana, mitä se tehtaalta tullessa oli, kaikki pitää tosin aloittaa "puhtaalta pöydältä" ja haalia työkalut.

Peilin lähtötilanne liitekuvissa.

[Timo Kantola]

Jotta peilin uudelleenmuotoilu onnistuisi, pitää pinnan muoto saada mitattua jotenkin,  Ronchilla näkee yleismuodon, ja focaultilla tarkemmin - numeerisesti..

Ekana piti rakentaa peilinpidin, ja jonkunlainen focaultin testeri. Työkalu arsenaalina on jiirisirkkeli ja akkupora, materiaalina läjä jämävaneria - näistä ne syntyi. Niin ja alumiiniteippiä!

Peilinpitimessä on hyvä olla hienoliikunnat valosädekimpun suuntaamiseksi - se on millipeliä. Mulla on tässä vain 60mm M8 pultti korkeussäätöä varten (M8 kierre suoraan vaneriin on ok.) sivusäätö tönimällä. Peili roikkuu kuormaliinan varassa, ei pitäisi vääntyillä pistekuormien takia. Hihnan kireys hienosäädetään laittamalla kamaa hihnan alle ylätasanteella. Kuvassa myös askarreltu focaultinmaski, joka onkin tarpeeton - siitä myöhemmin.

Focault testerissä valonlähteenä valoledinauha (kirkas valkoinen 12v), jota sattu olemaan kaapissa ylimääräistä. Nauhaa voi pätkiä 3 ledin ryhmissä (pari senttiä pätkä). kaksi lediä teipataan pimentoon, ja yksi tulee käyttöön. Alumiiniteipiin merkkasin mustalla tussilla pisteitä, ja tökin nuppineulalla pisteisiin reikiä, ja valkkasin näistä parhaimman näköisen, jonka leikkasin ja liimasin ledin päälle = keinotähti.
https://www.spelektroniikka.fi/p14723-led-nauha-white-3528-nimellisjannite-12vdc-kuivatila-ip20-fi.html

Testerin X sekä Y-liikunta kelkka on 130mm leveä sileä filmivaneri, josta saa kelkan uran sekä itse kelkan, laitoina samanlaista vaneria 35mm soiroina + kiinnityskohdassa AL-teippiä silleen että saa sopivan välyksen uran kelkan väliin - muuten kelkka ahistaa eikä liiku.
  Mittalaiteena x-akselilla kaksi halpis digitaali työntömittaa,. Kaksi siksi että näkee kuinka kapistus "notkuu". Nyt käytössä todettu, että toinen mittari on vähemmän luotettava kun toinen, lukemat hyppii muutamassa kohtaa muutaman satasen, joskus enemmän.
 Testerissä on kaksi keinotähteä, focaultille ja Ronhille omansa, sekä yksi täyden aukon kirkasledi peilin suuntaamiseksi.
Focaultia varten on oma kamera ASI120mini, jossa vanha 8-80mm cctv-zoomi, peilin mittauksessa joutuu käyttämään noin 50-60mm asetusta, muuten peilin kuva jää kovin pieneksi. Ronchikamera on vanha Canon pokkari, jonka etulinssin saa lähes hilaan kiinni. Kamerat liikuu X-akselin mukana, valonlähteet, hila ja veitsi seuraa X ja Y akselin liikkeitä.

  X-jaY-akselien liikkeiden palautusjouset on tarpeelliset (varsinkin veitsiterää liikuttavan Y-akselin). Ilman palautusjousia laitteessa on niin paljon klappia, että mittaaminen käy hankalaksi.

Kirsikkana Y-akselilla RET45 vastapaino, noin 1.2kg - pitää kevyet kelkat tukevasti urallaan.

Testeristä oleellista pohdintaa englanniksi: Valonlähde liikkuva, paikoillaanpysyvä:
https://www.cloudynights.com/topic/498807-foucault-tester-fixed-source-or-moving-source/

[einari]

Aikamoista säätämistä - mutta sehän se on harrastuksen suola 

[Timo Kantola]

Nimenomaan säätämistä 

Mittaamisesta:

Ensin katsoin hilalla, miltä näyttää, tai no ensin piti olla hila. Käytössä oli vuosia vanha (6v.) hila jonka tein kuvaamalla diafilmillä tietokoneen ruudulta cadillä piirrettyä mv raidotusta. Toinen vaihtoehto löyty sivulta: https://stellafane.org/tm/atm/test/tester-2.html#RonchiScreen  Hilan voi printata laserilla kopiokalvolle. No kyllä se printattu (ainakin mun printterillä) käy äärimmäisessä hätätapauksessa - liitekuva.
Kalvoa saa mm: https://ullaka.fi/tulostuskankaat-ja-kuvasiirtokalvot/1315-tulostuskalvo-a4.html

  Ronchikuvassa ei näytä ollenkaan pahalta! Meni vaan hetki ennen kuin huomasin että ASI:lla kuvatessa koko peilin ala ei valaistu hilakuvauksessa. Pokkarilla pääsin tarpeeksi lähelle hilaa jotta koko peilin pinta tulee tarkasteltua, focault testissä ei ole tälläistä ongelmaa ?

Pinnoitettu peili näyttää focaultilla ja mv kameralla apelsiininkuori pintaiselta, luulen että heijastuspinta on hapettunut (vaikka näyttää paljaalle silmälle uudelta) tai sitten itse alumiinin hyöyrystyksessä ja pinnoitustapahtumassa tapahtuu jotain höyrypilven turbulenssia, joka tekee tälläisen pinnan. Olen näyhnyt tätä laikukkuutta muissakin pinnoitetuissa peilissä.
  Pinoitteen laikukkuus vaikeuttaa focaultkuvan tulkintaa, joten otin "flättikuvan"peilistä, ilman veitsen varjostusta ja pinosin focault raakavideon käyttäen "flättiä" ja ihan hyvältä näyttää!
 Focault kuvassa näkyy peilinkiillotuskoneen jälkenä lievää aaltoilua pinnassa, aaltoilu seuraa pinnanmukana kun peiliä kääntää.

Mittaamisesta kohta lisää..

[Timo Kantola]

Focaultia varten eilisen aamun askartelin maskia, koittaen mahdollisimman tarkkaan saada reikiä kohdalleen, ja joo noin millin tarkkuuteen pääsee jos oikeen huolellisesti taiteilee.
  Netistä ohjeita hakiessa törmäsin maskittoman focault testin tekoon tietokoneella, kameralla ja photoshopilla! Sehän sopi mainiosti, kun visuaalisesti livekuvasta tai tietokoneen ruudulta reikäparien yhtäaikainen himmeneminen on mielipidekysymys, ja kameraa käytettäessä pinnan heijastuseroavaisuudet tulee viellä mukaan. Aiheesta englanniksi: https://www.cloudynights.com/topic/538245-unmasked-foucault-testing-and-related-topics/

Lyhykäisyydessään prosessi on seuraava:
   Otetaan focault kuva (merkataan mittalukema), tehdään kuvasta kopio ja käännetään kopio peilikuvaksi. Peilikuva liimataan alkuperäisen päälle, layer asetus = difference,  kohdistetaan + flatten image, cropataan pikselilleen peilin levys (peili tulee kuvaan reunasta reunaan, ei pikseliäkään ylimääräistä) Kropattu kuva skaalataan esim 30cm peilin kuva skaalataan 30cm leveäksi kuvaksi.
Difference näyttää mustana alueet joissa pikseleillä on sama kirkkausarvo, muut alueet on enemmän vähemmän vaaleita. Jäljellejäänyt rinkula on mitattava "maskin säde" , mitataan kuvasta infotyökalulla. Maskilla on nyt säde, ja aiemmin  merkattu mittalukema on kyseiselle maskille mitattu tulos.
  Mielestäni tämä on oikein loistava, joskin aikaa vaativa menetelmä.

Kun kuvaan noita focault kuvia, niin kuvan nimeksi tulee mitattu lukema, niin pysyy mittaukset järjestyksessä.

Liitteenä kolme mitauksissa käytettyä kuvaa, ja mittaukset:
R       48.5mm, mittalukema 1.54mm
R       80.5mm, mittalukema 2.25mm
R   145.75mm, mittalukema  4.51mm

[Timo Kantola]

Hienoa, nyt on menetelmä mitata pinnan muoto, viellä pitäisi ymmärtää mitä niillä tehdään
Toisessa mittauksessa (eka oli harjottelua) sain lukemat:

Mittaus B:
R  14.5mm = 0.00mm
R  41.2mm = 0.80mm
R  67.6mm = 1.30mm
R  80.6mm = 1.64mm
R  96.2mm = 2.21mm
R 114.0mm = 2.74mm
R 123.4mm = 3.08mm

Netistä löysin Figure XP ohjelman:
https://stellafane.org/tm/atm/test/software.html
Ohjelmaan syötetään parametrit :
-Maskien määrä (6)
-Maski entry type (makskin keskisäde, vai ulko sekä sisäsäde) (Effective)
-Mittayksiköt (mm)
-Valonlähde (liikkuva/paikoillaan pysyvä) (Moving)
-Peilin kaarevuus säde (2xF) 2982 mm Peili on siis F4.97
-Halkaisija 300

Syötin nämä ohjelmaan ja.. Tadaa:
P/V Wavefront Error 1/18 ja Strehl Ratio 0.988
Peili on täydellinen, tai sitten en osaa mitata. Mittasin uudelleen, kun äskeset mittaukset loppu 123mm säteelle, ja peilin ulkoreuna jäi mittaamatta. UUsi mittaus:

Mittaus D
R   17.9  = 1.00mm
R   48.5  = 1.54mm
R   80.5  = 2.25mm
R  100.9  = 2.88mm
R  124.5  = 3.74mm
R  139.2  = 4.24mm
R  143.2  = 4.39mm
R  145.75  = 4.51mm

Ja Tadaa, nyt näyttää jo paremmalta eli huonommalta!
PV 1/6.01 ja Strehl Ratio 0.942
Tuo PV 1/6 on tasan se mitä on peilin kylkeen Orion Optics raapustanut.
Tällä mittauskokemuksella ei viellä voi mitään varmaa sanoa.

Lopuksi viellä leikin:
B mittauksista löytyy  mittaus R  80.6mm = 1.64mm ja D:stä R   80.5  = 2.25mm
Eli käytännössä saman säteen mittaukset, näillä B ja D mittauksilla on siis offsettiä 0.61mm (kohta jonka olin valinnut mittauksen 0.00 pisteeksi
aika randomisti)
  Lisäsin B:n mittauksiin +0.61mm / mittaus ja yhdistin tulokset samaan ikkunaan:

Mittaus B+D
R1    17.9  = 1.00mm
R2    41.2  = 1.41mm (B) (+0.61 korjaus)
R3    48.5  = 1.54mm
R4    67.6  = 1.91mm (B) (+0.61 korjaus)
R5    80.5  = 2.25mm
R6    96.2  = 2.82mm (B) (+0.61 korjaus)
R7   100.9  = 2.88mm
R8   114.0  = 3.35mm (B) (+0.61 korjaus)
R9   123.4  = 3.69mm (B) (+0.61 korjaus)
R10  124.5  = 3.74mm
R11  139.2  = 4.24mm
R12  143.2  = 4.39mm
R13  145.75  = 4.51mm

Ja tulos on tuossa alimmassa kuvassa.
 Seuraavaksi pitää laittaa hiomakone kuosiin, ja tehdä työkalut (= läträtä keittiössä piellä) eli ruveta hommiin.

[Timo Kantola]

Homma etenee:
Sain hiomakoneen käyttökuntoon, poistin alumiinit peilistä ja keittelin pikeä tuvan keittiössä.

Alumiinin poisto on simppeliä. Kodinputkimiestä ja aikaa. Litkua oli hieman nirkosesti, ja ekan yön liotuksilla ei peili lähtenyt aivan puhtaaksi, lähestulkoon kuitenkin. Piti hakea lisää ja liotella toinenkin yö. Peilin keskimerkki olisi pitänyt ottaa pois ennen liottelua, vaan lähtihän sekin toisena yönä. Kuva Alumiinin poisto.
Gordon Waitilla on hyviä niksejä alumiinin poistoon:
https://www.youtube.com/watch?v=PdmwqrdDOMs

Pikialustan teko kannattaa ajoittaa silloin kun keittiössä ei ole muuta toimintaa. Hella ja tiskitaso kannattaa suojata hyvin. Perinteisellä sähköliedellä pien sulatus onnistuu hyvin, mutta jos nykyään yleinen keraaminen IR-liesi suojataan alumiinifoliolla, niin folio heijastaa lämpösäteilyn takaisin vastuksille.. voi olla että ei ole hyvä idea (pien sulattelu keittiössä ei ole muutenkaan paras idea!).
  Sensijaan oli hyvä idea päälystää liesilevy foliolla, pikivuoan kaatonokasta valuu aina pikeä, tuo olisi ollut hankala poistaa levyn pinnalta!
  Pikeä kannattaa sulatella hyvin maltillisesti, käytin levyä kakkosella, ja sulaminen vie noin 45..60 min. Jos levyn laittaa kutoselle sulaa piki astian pohjasta, mutta pinta pysyy kovana, jos piki alkaa kiehua kylmän pikikannen alla saattaa hetken päästä olla käsillä pikipurkaus, jolloin pikeä roiskuu ympäriinsä = palovammoja ja tulipalon vaara!

130 asteinen piki on juoksevaa ja 90 asteinen on jo hyhmässä, valuu muttei juokse.

  Valoin kolme pikialustaa 90mm, 115mm ja 140mm. Alustat 90mm ja 140mm oli käytetty aiemmassa projektissa, pesin näistä cerriumoksidin pois makdollisimman hyvin ja sulattelin kolvilla (jossa V-rauta) pinnan "puhtaaksi" tämän puhtaan pinnan päälle kaadoin noin 10-15mm paksun uuden pien.

 - 90mm valu suju hienosti.

- 115mm piki oli reunoilta jo hyvin jähmettynyt, mutta kun olin kääntämässä alustaa cerriumoksidilla voidellun peilin päälle, niin alustan keskellä piki olikin viellä siirappisen juoksevaa - meinas käydä vahinko!

- valettua 140mm (jäähdyttely, reunateipin poisto ja painetaan peilin pinnalle) en antanut alustan jäähtyä tarpeeksi peilin päällä, vaan otin alustan ennen aikoja pois, lopputuloksena iso "lommo" alustan pikireunalla. Tämän lommon paikkasin kaatamalla sulaa pikeä noin 10cm alueelle ja painamalla alusta takaisin peilille ja nyt annoin jäähtyä kunnolla muutaman minuutin, samalla välillä hieman liikuttaen alustaa peilin päällä, jottei jymähdä kiinni. Täydellistä!

Alustoista 115mm on vasta ollut käytössä (nyt kaksi muotoilu sessiota) Kuvassa viimeistelty käyttövalmis 115mm muotoilu alusta, urat tehty mattoveitsellä kevyesti raapimalla. Piki kolahti lavuaarin kylkeen ja iso pala irtosi - en anna haitata.

Gordon Waitilla on hyviä niksejä pikialustan tekoon, näyttää niin helpolta!
https://www.youtube.com/watch?v=OsA-Egmcztk

Mittauksen B-D perusteella tein muotoilu suunnitelman: 115mm alustalla: Keskustaa  R90< 6min ja ulkoreunaa R135> 3min.
Sain hienon idean, ja piirsin muotoiltavat sektorin peilin pinnalle (kuva on muotoilusessiosta F). Muotoilun jälkeen ihmettelin cerriumoksidin seassa näkyvästä mustasta pikku silpusta, ajattelin että se on pikisilppua raapimalla tehdyistä urista. Toisen session aikana selvisi että silppu on merkkaus tussin väriaine.. pitänee lopettaa muotoiltavan peilin pinnalle piirtely!

[Timo Kantola]

Mittauspäiväkirjasta:

Mittaus E
11.5.2020

Eka muotoilu kokeilu: R90< 6min  R135> 3min
pikialustaa kylmäprässätty  8.2 kg painoilla 120 min
Peili keskitetty, heittokellolla reunan heittoa 0.5mm. Peiliin piirretty tussilla R90 ja R135 säteet.
110mm pikialustalla (120mm 15mm rautalätkä jossa vähän ohut 10mm paksu pikikerros. Alustalla on painoa 1.5kg)
R90-0 välillä, autorotaatiolla (hieman nykivää ei pahasti) 6min (pyörimis nopeus noin 60Hz)
R135-R150 pikialusta ei pyöri automaattisesti, 3min (nopeus noin 15hz) sahaavaa nopeaa liikettä
manuaalisesti noin 1/3 alustasta reunan yli.
Pientä pikihilppua irtosi alustasta?? Piki on selvästi kehnossa kontaktissa (kuva:Ekan muotoilun jälkeen Mittaus E)
Seuraavaan muotoiluun pikialustaa raaputeltu lisää sekä kylmäprässiä pari tuntia.

Mittaustulokset:
1.   R34.50 = 1.30mm
2.   R47.00 = 1.60mm
3.   R63.85 = 1.90mm
4.   R75.85 = 2.20mm
5.   R87.00 = 2.50mm
6.   R94.50 = 2.75mm
7.  R101.10 = 3.00mm
8.  R108.15 = 3.25mm
9.  R113.95 = 3.50mm
10. R120.70 = 3.75mm
11. R128.75 = 4.05mm
12. R133.75 = 4.20mm
13. R140.05 = 4.40mm
14. R145.30 = 4.60mm
15. R148.25 = 4.80mm

Ei huono! Peili ei ole viellä pilalla ja suunta on ok. Nykivä pikialusta ja seassa merkkaustussin väriainetta = on aika rouhee pinta.
Rouhee pinta näkyy hyvin focault kuvassa, noin 70% sektori ja siitä keskemmälle.

Mittauksissa tuli taas ongelma että koko peilin pinta ei aina näy kuvissa ja se on hankala huomata, ratkaisin näkymis ongelman liimaamalla pienet noin 5mm AL-teippikolmiot aivan peilin reunaan, nyt on helppo huomata näkyykö merkit jan onko kamera oikein suunnattu.

15 mittaus sektoria on vähän overkill, mutta menköön. 3min muotoilua reunalla niisti (mittausten ja FigureXP ohjelman mukaan) 16nm,
Keskeltä lähti 6min höyläämällä  2-14nm, lasia poistettiin pinnalta total 0.127 kuutiomilliä!
 P-V Wavefront error parani 1/5.4 -> 1/7.67.

Toinen muotoilusessio on jo suoritettu, peili odottaa mittausta F. Tällä E mittauksen tulkinnalla suunnittelin (ja jo suoritin) seuraavan muotoilurupeaman:

- 110mm alustalla
- pikialustaa kylmäprässätty  8.2 kg painolla 60 min.
- Peilin merkki = clamp 2
Zone 135> 4min sahaavaa
zone 110-45 10min manuaalisesti painottaen 110 vyöhykettä.

EDIT: Peilin pinnan "appelsiinipinta", josta aiemmin mainitsin ei johtunutkaan pinnoitteesta, sama pintakuvio näkyy myös ilman pinnoitetta. Ilmeisesti kyseessä on kameran kennon ominaisuudesta. Flättien käyttö jatkuu..