Wyznaczanie środka lustra głównego

[Mareg]

Przy okazji dyskusji na temat kolimacji Newtona na sąsiednim forum wspomniano o wyznaczaniu środka lustra głównego przez jego obracanie podczas gdy pisak na ramieniu kreśli na nim kółeczko.
Ta metoda mi się bardzo spodobała i tak się złożyło, że właśnie mam wyjęte lustro do mycia, tak że nie było wyjścia, tylko trzeba było coś w tym temacie zadziałać.
Uzyskane wyniki nie są jakieś wspaniałe, bo ostatecznie zostawiłem fabryczny znacznik, ale przy budowie prowizorycznego przyrządu zrobiłem kilka obserwacji, które mogą się czasem przydać komuś, kto próbowałby budować coś solidniejszego.
U mnie była to wielka improwizacja i liczył się czas, bo nie chcę dłużej trzymać rozłożonego teleskopu, tak że to co zmajstrowałem jest bardziej wersją demonstracyjną niż roboczą.
Także przyrząd był zbudowany bardziej dla nauki i zabawy niż rzeczywistej potrzeby, bo teleskop z którego pochodzi lustro daje książkowe obrazy dyfrakcyjne gwiazd więc środek LG musiał być zaznaczony w fabryce wystarczająco dobrze.
Zysk z użycia tego przyrządu, oprócz mojej nauki i zabawy, jest taki, że teraz wiem, że znacznik jest naklejony z dokładnością pewnie nie gorszą niż jakieś +/- 1-2 mm. 

Mój setup z lustrem 300 mm w wersji do pracy z laserem wyglądał jak na poniższym zdjęciu.
W środku znacznika na lustrze jest plamka z kolimatora laserowego, zamocowanego na ramieniu żurawia lornetkowego, który jest poza kadrem.
 

 

Wersja przystosowana do pracy z pisakiem jest pokazana bez lustra, żeby pokazać "spodnie łożyskowanie" zrobione z kółeczek pod talerz mikrofalówki (24 zł na znanym portalu aukcyjnym).

 

Kilka obserwacji:

• Wbrew moim oczekiwaniom brzeg badanego lustra nie jest szlifowany, jedynie jego ranty i spód.
  Dlatego wcale nie mam pewności, czy obwód lustra jest rzeczywiście idealnie kołowy i czy ta metoda obrotowa jest w tym przypadki najlepsza.
  Ale jak nie ta, to jaka ?
  Na dodatek brzegi lustra są lekko stożkowe, a  tylko ostatnie ?10 mm z całych 40 mm jest walcowe.
  Poniżej części walcowej są nawet wyraźne "fale"...
• Najsłabszym elementem mojego przyrządu są konstrukcje podtrzymujące kółka Lego.
  Same kółka są całkiem niezłe, ale nie miałem więcej klocków, żeby zrobić solidniejsze konstrukcje do ich podtrzymania, tak żeby można było użyć większych sił docisku i poprawić dokładność prowadzenia lustra podczas jego obracania.
• Dwa kółka były zamocowane "na sztywno", ramię trzeciego (to na godzinie trzeciej...) miało sprężynować i zapewniać docisk.
• Najbardziej równy obrót lustra był przez kręcenie kółkiem na godzinie trzeciej.
• Dociskanie "z góry" konstrukcji trzymających kółka znacznie poprawiało stabilność obracania.
• Pisak (SAKURA Pigma MICRON 003, 0.15 mm) jest przymocowany do "sprężyny" zrobionej ze spienionego PCV o grubości 1 mm.
  Zadaniem tej sprężyny było jak najlepsze trzymanie pisaka "w osi", zaś docisk miał być jak najmniejszy, najlepiej tylko własny ciężar pisaka.
  Aby pozycja pisaka się nie zmieniała przez tarcie przy pisaniu, część na prawo od "zawiasu" na gumce jest użebrowana.
• Mimo tego wyrafinowanego użebrowania, próby przeprowadzone na papierze pokazały, że jak pisak dotknie papieru, to przy obrocie tarcie powodowało odchylanie pisaka.
  Dlatego taki system zamocowania pisaka najlepiej pracuje w trybie "telegraficznym": przy obrocie pisak jest z milimetr nad powierzchnią i robi się kropki przez naciskanie ramienia z pisakiem "z góry" tylko jak lustro jest w spoczynku.
  W takim trybie telegraficznym nie ma "sił bocznych", więc pisak jest o wiele stabilniejszy.

Po próbach z laserem wyszło mi, że fabryczny znacznik jest na środku z dokładnością nie gorszą niż precyzja obracania lustra, więc pisak na lustrze sobie odpuściłem i znacznik zostawiłem jak jest.

Parę przemyśleń na przyszłość:

• Próbowałbym całkowicie odpuścić pisak i zostać z tylko z laserem.
  Tak byłoby prościej i odpada problem gibania się pisaka.
  Po prostu ustawiłbym plamkę lasera blisko obecnego znacznika i ręcznie zaznaczał kropki na jej środku po kolejnych kręceniach lustrem.
  Po odklejeniu starego znacznika można by zrobić jeszcze malutkie kółeczko zaczynając od środka okręgu wyznaczonego poprzednimi kropkami.
• Najlepiej, jakby obracanie lustrem odbywało się za pomocą jakiegoś napędu, tak aby nie trzeba było lustra dotykać i zmieniać rozkładu sił na rolkach centrujących.
• Rozważyłbym napęd lustra ? la platforma paralaktyczna z dwoma rolkami, napędową i bierną, z lustrem ustawionym pionowo.
  Nie wiem czy to by działało z moim lustrem, które ma nieszlifowany brzeg.
  Wtedy można by próbować lustro lekko pochylić "na plecy", z jakąś podpierającą rolką.
  Załatwiałoby to problem odpowiedniego docisku trzeciej rolki i redukowało wpływ luzów na osiach rolek.

Na koniec wyraźnie zaznaczam, że przed założeniem tego wątku mój przyrząd dokładnie rozebrałem, żeby być pewnym, że teraz nie będę poświęcał więcej czasu na jego ulepszanie.
Wątek założyłem, aby przekazać dalej to co udało mi się nauczyć i może pomóc komuś zbudować coś znacznie lepszego.
Moim cichym marzeniem jest aby za rok, dwa, przy następnym myciu lustra zrobić drugie podejście i być do tego już lepiej przygotowanym.
Może do tego czasu nazbiera się dobrych pomysłów a najlepiej jakby pojawiły się jakieś realizacje.
Na pewno druk 3D może tu wiele pomóc.

 

[soczi]

Nudzisz się chyba z braku pogody ;) (żart)  ale precyzja i estetyka wykonania przyrządu badawczego budzi podziw. Ogólnie nie tylko ja uważamy, że taki eksperyment nie ma zbytnio racji bytu ze względu na niedokładności obrobienia blanka, jak i to, że szlifiernia luster raczej nie jest w stanie ustawić maszyny tak by co do milimetra trafić wynikową, już sfiguryzowaną osią optyczną w założony z góry środek blanka. Nawet linijką mierzenie środka nic tu nie pomoże.

[Mareg]

Wielkie dzięki @soczi za bardzo fachowy komentarz.
Jest on dla mnie bardzo cenny, bo w takim razie trzeba myśleć o jakiejś metodzie wyznaczenia środka lustra metodami optycznymi.
Jakieś propozycje ?

I przyznaję się, że ta przeciągająca się niepogoda bardzo pomogła mi zająć się tym tematem.
 

[Bartek M.]

20 godzin temu, Mareg napisał:

Wbrew moim oczekiwaniom brzeg badanego lustra nie jest szlifowany, jedynie jego ranty i spód.

Nie znam szczegółów technologii luster, ale domyślam się, że przy jego tworzeniu musi być jakaś baza technologiczna, przy której dostajemy wynikową górę, która we właściwy sposób odbija światło. Prawdopodobnie tą bazą może być spód i w dalszym rozważaniu przyjmuję, że oś spodu jest równoległa do osi optycznej góry. Jeśli tak, to sprawa jest prosta:) Nie trzeba kręcić lustrem.

Wykonujemy stabilną prowadnicę dolną, na której możemy położyć lustro i je przesunąć równolegle 5-10 mm w jednej osi, czyli napęd jakąś zwykłą śrubą M5 M6 po rolkach.

Następnie wykonujemy górną ramę, im wyżej tym lepiej, na której mocujemy kolejną prowadnicę, równoległą w płaszczyźnie do pierwszej i ruchomą w osi prostopadłej do tej niżej. Do górnej osi mocujemy kolimator laserowy i rozpoczynamy kalibrację ? Kładziemy na dolną płaszczyznę płaskie lustro i ustawiamy kolimator tak, aby wiązka wróciła z powrotem. Następnie poruszamy obiema osiami 5-10mm, aby sprawdzić czy kolimacja trzyma.

Dalej już z górki. Kładziemy testowane lustro główne na dolną płaszczyznę i delikatnie kręcąc obiema osiami na przemian szukamy miejsca kiedy wiązka lasera wpadnie nam w kolimator i jesteśmy w domu, znaczy w środku optycznym LG ?

[Mareg]

@Bartek M., wielkie dzięki za podzielenie się swoimi świetnymi pomysłami !
Zupełnie się zgadzam, że taka procedura wyznaczy środek optyczny lustra, na dodatek zamieniając upierdliwe precyzyjne obracanie lustra na jego proste przesuwanie.
Dlatego też pasowałoby zmienić tytuł wątku, bo jak zauważył @soczi, "mechaniczna" metoda obrotowa pokazana na początku nie działa i trzeba koniecznie używać metod "optycznych".

Trudnym wymaganiem w procedurze "? la @Bartek M."  jest "równoległość prowadnic".
Także dobrze byłoby się obyć bez tego pomocniczego lustra płaskiego.
Myślę, że obie te niedogodności można obejść posługując się poniższą procedurą, wykorzystującą dwa proste "kątowniki laserowe":

1. Przygotowujemy dwa takie same kątowniki laserowe:
   - do płaskiej płyty na środku mocujemy pionowo wskaźnik laserowy;
   - płyta ma trzy regulowane nóżki do dokładnego prostopadłego ustawienia wiązki lasera względem płaskiego podłoża;
   - stawiamy płytę z laserem na równej podłodze i obracając nią regulujemy nóżki tak, żeby plamka lasera na suficie zostawała w tym samym miejscu, co gwarantuje prostopadłość wiązki laserowej do podłogi.
2. Jeden wyregulowany kątownik laserowy montujemy na suficie.
   Jak żonka nie pozwoli w salonie, to można próbować w garażu lub piwnicy...
3. Drugi wyregulowany kątownik laserowy stawiamy na większej płaskiej płycie, która leży na równej podłodze i sama też ma trzy regulowane nóżki.
   Płyta musi być na tyle duża, żeby swobodnie pomieścić wskaźnik laserowy i nasze badane lustro.
4. Regulujemy nóżki płyty na podłodze tak, żeby wiązki dolnego i górnego kątownika laserowego były równoległe.
   W praktyce oba lasery mogą trafiać w siebie nawzajem. W ciemnym pomieszczeniu ustawianie takich wiązek musi być fajną zabawą.
5. W tym momencie płyta na podłodze jest ustawiona prostopadle do wiązki kątownika laserowego na suficie.
   Teraz możemy tę wiązkę użyć do wyznaczenia środka naszego badanego lustra, przesuwając go po płycie tak, żeby wiązka wróciła do swojego źródła.
   Wtedy laser wskaże optyczny środek lustra.
6. Obracając lustrem można sprawdzić, jak bardzo oś optyczna jest prostopadła do dolnej powierzchni lustra.

Od biedy chyba wystarczyłby jeden kątownik laserowy, ale trzeba by robić jakieś znaczniki, co na pewno jest mniej dokładne.

Ciekawe, czy tę procedurę można by jeszcze jakoś uprościć.
I czy można wyznaczyć środek lustra, nawet jeśli oś optyczna nie jest prostopadła do dolnej powierzchni lustra.

 

PS: Czy Szanowna Moderacja-Administracja mogłaby skrócić tytuł wątku na "Wyznaczanie środka lustra głównego" ?
      Nie widzę możliwości aby zrobić to samemu...
 

Edytowane 13 Stycznia 2022 przez Mareg

[Bartek M.]

A propos sformułowania "równoległa". Pisząc wtedy tamte słowo nie zdałem sobie wtedy sprawy, jak niestotne ma ono znaczenie ?

Otóż wzajemne ułożenie płaszczyzn nie ma wpływu na wynik. Istotna za to jest prostoliniowość trajektorii ruchu. Schemat poniżej.

Jeśli ustawimy kolimator poprawnie, to podczas przesuwania go po nierównoległych osiach ZAWSZE dostaniemy dobry wynik, bo wszystkie kąty zostają zachowane.

Lusterko (zwykłe płaskie z kosmetyczki nawet) położone na dolnej płaszczyźnie na pewno będzie łatwiejsze i tańsze niż dodatkowe lasery. Po prostu trzeba tylko ustawić kolimator na jakieś regulacji, który właśnie do tego służy.

 

Ważniejsze w trakcie przesuwania jest utrzymanie prostoliniowości (stabilna równa oś napędu), aby zachować kąty. 

To też nie jest trudne. Wystarczą 2 równe płyty jakieś 300x300mm, włożyć pomiędzy nie łożyska i można przesuwać palcem delikatnie zachowując idealną równoległość ruchu. Najtaniej i najprościej.

 

Następnie kolimator na jakieś szynie i tyle.

 

A co zrobić jeśli płaszyzna dolna LG nie jest równoległa do osi optycznej LG?

Hm.... tu muszę się zaciągnać głebiej i... potrzebuję chwilę na głębsze przemyślenia ? CDN.

 

Edytowane 14 Stycznia 2022 przez Bartek M.

[skarczew]

Alternatywa: Do kolimatorów Catseye dołączana jest plansza do wyznaczania środka lustra. Wygląda tak jak na zdjęciu - na tle białego biurka z Ikei.

Osobno kupując dla luster 4"-15" kosztuje 12$ (https://www.catseyecollimation.com/), no ale przesyłka jest średnio opłacalna. Dobrze jest mieć kogoś znajomego co by przewiózł to ze Stanów. 

[Bartek M.]

Dzięki za linka, ale to niestety jest tylko czysto ogólno-geometryczna metoda, która może być obarczona dużym błędem.

Tutaj znalazłem film.

 

[skarczew]

Na lustrze plansza układa się dużo lepiej niż na tym talerzu z końcówki filmu, w zasadzie trzeba uważać żeby znacznik przypadkowo sam się nie nakleił, a nie specjalnie go dociskać palcem z wysokości centymetra. Przynajmniej tak to było na lustrach 12" i 13", na których naklejałem tym sposobem. Oczywiście wszystko zależy od precyzji wykonania planszy.