파동기어 적도의 - WAVEQ (4. 테스트)

26 Sep 2020

가조립후 야외 테스트를 했다.

적도의 본체 무게는 5.6kg. 추봉과 어댑터를 뺀 무게다.

무전원시에도 동쪽에 OTA가 완전히 기울어도 정지 상태를 유지한다.

당연히 유전원에서는 더 튼튼하다. 고속 슬루잉 400배에서도 헛도는 일이 없다.

모두 무게 추가 없는 상황이다.

EM11적도의가 7.5kg 정도에 무게추(3.5kg) 달면 탑재 중량이 약 12kg가 된다.

탑재 중량에서는 동급이지만 적도의와 무게추에서 약 5kg 이상 가벼워진 셈이다.

같은 정도의 무게추를 추가한다면 거의 20kg에 육박하는 탑재 능력이 있다고 본다.

극축 정렬시 고도 조절이 조금 더 섬세했으면 하는 바람이 있지만 우수한 수준으로 정렬이 가능했다.

날씨 탓으로 GOTO 정밀도, 자오선 넘김, 오토 가이드 안정성을 테스트 하지는 못했다. 그 작업은 표면처리와 실제 조립을 다 마친 후에 다시 해야겠다.

09 Feb 2021

가이드 수행 능력을 평가했다. 문제점이 발견되었다.

(0) 테스트 조건

하중 : 12kg / 균형추 없음

초점길이 : 1300mm (8"RC(f8) x TRF2008(0.8x))

가이드 : OAG, ASI174MM, OAG 파포컬이 완전하지 않은 상황

이미지 스케일 : 0.927"/px

(1) 밤 11시~12시 가이드 그래프

포인팅 대상 : IC2177(갈매기성운 머리)

포인팅 위치 : 11시 30분경, 방위각 204도(남서쪽) 고도 39도

OTA 위치 : 동편 (자오선 넘김 전, 오르막 상황) 

*아래 그래프보다 실제 오차는 1.25배 큼(리듀서 장착 고려)

결과

RMS 0.78"로 썩 좋은 가이드 그래프는 아니다.

가이드 별의 SNR은 충분하지만, OAG 특성상 가이드 성상이 퍼져 있는데다, 리듀서 플래트너로 삽입한 TRF2008와도 궁합이 안맞아서 주변부 성상이 매우 안좋은 상황이다.

가이드 성상을 개선하고 멀티스타 가이드를 하면 RMS를 0.5" 이하로 낮출 수 있겠다.

(2) 새벽 2시경

포인팅 대상 : NGC4565(바늘은하)

포인팅 위치 : 02시 30분경, 방위각118도(남동쪽) 고도 70도

OTA 위치 : 서편 (자오선 넘김 전, 내리막 상황) 

*아래 그래프보다 실제 오차는 1.25배 큼(리듀서 장착 고려)

결과

적경 축 피크가 나타난다. 특이하게 한쪽 방향이고 그 방향은 일주운동(서쪽) 방향이다. 

피크 크기 : 5~10"로 심각하게 크다.

피크 주기 :  215초의 주기를 갖지만 아주 일정하지는 않다. 수치상으로는 스텝모터 주기인 86.16초의 2.5배 정도 된다. 중간감속기인 유성기어 주기 861초의 1/4에 해당하는 값이다.

피크 이외의 경향성 : RA 그래프에서 일주운동(서쪽) 방향으로 자잘한 피크가 많아서 그래프가 전반적으로 0.5"정도 올라와 있는 느낌이다. 이것은 OTA 하중 방향으로 지속적인 압박을 받았다는 것을 의미한다.

기타요인 : 성상은 동일하고 온도 변화와 바람은 거의 없었다.

하모닉 적도의의 빠른 반응성 덕분에 복구는 빨리 이루어진다. 그렇다고 해도 이런 에러가 반복적으로 일어나고 있어서 그 결과가 사진에 고스란이 반영되었다. 아래는 600초 단일 컷으로, 적경 감소 방향(서쪽)으로 가이드 오류의 흔적이 돌기 모양으로 확실히 나타나 있다.

 

(3) 새벽 4시경

포인팅 대상 : NGC4565(바늘은하)

포인팅 위치 : 04시 45분경, 방위각233도(남서쪽) 고도 73도

OTA 위치 : 서편 (자오선 넘김 후, 오르막 상황)

*아래 그래프보다 실제 오차는 1.25배 큼(리듀서 장착 고려)

(4) 결과

관측지 여건상 서편 하늘이 밝은데 가이드별의 SNR이 매우 낮아졌다.

그럼에도 가이드 RMS는 비슷하다.

RA 그래프에서 반복적인 피크는 없다. 중간 중간에 나타나는 피크는 적도의 요인은 아닌 것 같다. 

오차의 방향도 정방향과 역방향에서 비슷하게 나왔다.

(5) 돌발 피크에 대한 해석하기와 대응 

OTA 내리막 상황에서만 문제가 발생하고 있다. 즉 RA 모터의 회전 방향과 하중 방향이 일치하는 상황에서만 일어나고 있다.

(가설1) 

큰 피크의 높이가 평균 약 7"로, 스테퍼 모터의 1스텝당 최종 회전각인 6.48"와 매우 유사하다. 즉 하중이 큰 상황에서 모터가 정방향의 압박을 받을 때 스텝을 놓치는 일이 발생하는 것 같다. ▶ 전류값을 높여본다.

(가설2) 피크의 주기성이 유성기어 주기의 1/4로 나타나고 있다. 진폭도 5~10"인데 유성기어 에러 원인이라면 유성기어에서 발생하는 돌발 에러가 500"~1000" 즉, 8'~16'라는 말이 된다. 실제로 중국제 유성기어 모터의 사양표에 제시된 최대 오차는 15'이다. ▶ 오차가 작은 감속 모터로 교체. (예) 오리엔탈 벡스타 10:1 감속모터. 출력 오차가 2' 짜리.

(가설3) 

하모닉 기어 문제라면 이물질 혼입, 톱니 파손, 톱니 맞물림 문제, 마모로 인한 유격, 파동발생기 불량(제너레이터 미끄러짐, 제너레이터 베어링 볼 변형) 등을 생각해볼 수 있다. ▶ 이런 경우라면 청소를 한 번 해보고, 개선되지 않으면 기어를 교체해야 한다. 그런데 왜 이런 일이 오르막 하중에서는 없냔 말이지!!

(6) 내리막(RA-) 방향으로 편중된 그래프의 해석과 대응

자잘한 피크가 정방향으로만 나타나는 현상은 모터가 정방향의 압박을 받을 때 마이크로 스텝을 놓치는 일이 빈번하게 나타나는 것으로 추정된다. ▶ 전류값을 높이면 해결된 것 같다.

12 Feb 2021

(1) 첫번째 시도

모터 세팅 : 1A로 올림, 64마이크로스텝

포이팅 : M37, 20시15분에 방위각 118, 고도 80

하중 상황 : OTA 서쪽 하중(내리막 하중) / 균형추 없음

결과 : ①피크는 여전함. 한쪽방향으로만 높이 약 4"로 지난 번 보다 줄어듬.  ②피크 주기도 약 4분에 한 번 꼴이지만 아주 정확하지 않음. ③ 적경 그래프의 쏠림은 사라짐. 모터가 스텝을 놓치거나 힘이 딸리는 일은 없는 것으로 추정.

참고할 사항 : 아래 (1), (2), (3) 시도 모두 캘리브레이션 직교가 안이루어짐. 경고 메시지 뜸. 특히 적경 축의 방향이 일정하지 않은 것으로 보아 하중 문제로 추정됨. 

(2) 두번째 시도

모터 세팅 : 1.1A로 올림, 64마이크로스텝

포이팅 : 갈매기 성운 머리 , 21시30분에 방위각 168, 고도 41

하중 상황 : OTA 서쪽 하중(내리막 하중) / 균형추 없음

결과 : ①피크 존재. 한쪽 방향으로 높이 약 3". ② 피크 주기 약 4분으로 차이 있음. 전체 반복 주기는 약 16분 남짓. ③ 적경 그래프의 쏠림 없음.

(3) 세번째 시도

모터 세팅 : 1.1A로 동일, 32마이크로스텝

포이팅 : 메두사 성운 , 22시30분에 방위각 179, 고도 65

하중 상황 : OTA 서쪽 하중(내리막 하중) / 균형추 없음

결과 : (2)와 동일함

(4) 네번째 시도

모터 세팅 : 1.1A로 동일, 32마이크로스텝

포이팅 : 메두사 성운 , 11시에 196, 고도 64

하중 상황 : OTA 동쪽 하중(오르막 하중) / 균형추 없음

결과 : 가이드 튀는 현상이 없음. 가이드 별상이 나빠지는 시기에 가이드 오차가 커진 것을 제외하고, RMS 오차가 0.5" 이내로 양호함.

참고 사항 : 오르막 상황에서도 캘리브레이션 직교성에 문제가 있음. 경고 메시지 나옴.

(5) 주기 오차 측정 결과

(4)와 동일한 세티에서 RA 가이드 적극성을 0으로 하여 실질적인 보정을 하지 않도록 함.

(6) 주기오차 해석 

① 주기 오차의 크기는 최대(피크-to-밸리) 25"이다. 

② 주기 오차를 측정하는 내내 하중 방향으로 처짐이 꾸준이 일어나고 있다. 관측 로그가 길지 않아 단정할 수 없지만 약 4분동안 3" 가량의 경향성이 발생했다. ▶당일 극축 정렬 오차가 16'으로 나쁜 상태여서 그로 인한 표류(drift)로 추정된다. 그렇지만 이것이 매우 긴 주기의 주기오차 중 일부인지, 아니면 하중에 의한 꾸준한 처짐인지는 별도의 확인이 필요하다. 만일 하중에 의한 경향성 때문이라면 절망적인 사실을 암시한다. 그렇다면 PEC도 소용없고 오로지 밸런싱과 오토가이드가 답이기 때문이다.

③ 주기는 약 16~18분 사이에 있다. ▶ 주기 오차에서 큰 파동은 하모닉 기어의 기하학적 비대칭성에서 온다. 자잘한 오차들은 하모닉 기어의 이(tooth) 또는 웨이브제너레이터에서 동력전달이 이상적으로 일어나지 않기 때문에 발생한다.

(7) 오늘의 테스트 결론

① 전류값을 1A로 높인 후, RA 하중 방향으로 그래프가 쏠림은 사라짐.

② 균형추 없이 내리막 상황에서의 돌발 피크는 여전함. 전류를 높인 후 약간 감소.

③ 오르막 상황에서는 피크가 전혀 없으며, RMS 0.5"로 가이드 양호.

④ 서브프레임을 활용하고, 0.5초 정도의 고속 가이드가 바람직함.

⑤ 파동기어의 주기 오차는 Peak-Valley 값으로 약 25".

(8) 다음에 할 일

① 오르막 상황과 내리막 상황이 왜 다른지 생각하기

② 균형추를 사용하면 돌발 피크가 사라지는지 확인

③ PEC 적용 후 잔류 오차 측정

④ 하모닉 기어 분해, 청소, 톱니 맞춤 재점검

18 Feb 2021

촬영 세팅

OTA 무게 12kg, 균형추 4kg 탑재.

초점길이 약 1300mm.

극축 정렬 정밀도 13"로 매우 양호

오토 가이드 결과

2021.02.18. 21:30~
OTA는 서쪽에 있고 자오선 동쪽의 메두사 성운을 가리킴. 내리막 하중.
21:48에 케이블 빠짐

2021.02.18. 22:20~
OTA는 서쪽에 있고 자오선 동쪽의 메두사 성운을 가리킴. 내리막 하중.
22:53에 자오선 넘김 한계(+10도)에 도달로 적도의 멈춤
적경, 적위축 모두 이상한 피크가 나타남. 밸런스 문제인가?

2021.02.18. 23:20~
OTA는 서쪽에 있고 자오선 부근 동쪽의 NGC3180을 가리킴. 내리막 하중.
RA 피크 에러 여전함. 주기는 215초로 측정되며 이 값은
유성기어 주기의 1/4과 같음.

2021.02.19. 00:40~
OTA는 동쪽에 있고 자오선 부근 서쪽의 NGC3184를 가리킴. 오르막 하중.
처음에 원인을 알 수 없는 심한 요동이 있음. 돌발적 피크는 없음.
적극성과 히스테리시스 조정으로 해결하였으나 에러가 큰 편.

사람들 이야기를 듣자하니, 오르막 상황과 내리막 상황이 다른 것은 웜기어 적도의에서도 나타나는데 주요 원인은 정격 하중을 초과하기 때문이라고.... 그렇지만 하모닉 기어의 사양에 비해 작은 하중 불균형에 지나치게 예민한 것 아닌가 생각도 들고.  윤활유 문제도 언급이 되는 것 같고. 모르겠다.

사운드 테스트를 통해 유성기어의 문제를 진단하기도 한단다. 861초 주기의 1/4 마다 나타나는 문제는 유성기어가 강하게 의심된다. 

그걸 진단하려면 이렇게 하면 될까? 

① 일단 분해해 본다. 유성기어에 들어간 행성 기어가 4개라면 강력하게 의심. 

② 유성기어만 따로 부하상태에서 수동으로 천천히 돌려보고 1/4주기마다 소리가 달라지는지 확인해 봐야겠다.

③ 마지막으로, 유성기어를 교체한다. 오리엔탈 모터로 바꿔볼까 생각중이다. 검색을 좀 해보았더니 유성기어가 몇 종류 있는 것 같다.

◇ P 타입 : 샤프트 지름이 8mm라서 결속하기가 편하지만, 백래시가 35분각이나 된다.

◇ PS타입 : 백래시가 15분각이다. 결합해서 파는 모터 세트의 길이가 너무 길다.

◇ PN타입 : 백래시 감소 설계로 3분각 밖에 안된다. 샤프트가 10mm라서 가공이 필요하다.

○ 보통 모터를 사서 연결하는 건 안된다. PN 타입 기어 박스는 이렇게 생겼다. 샤프트 자체가 가공되어 있어 반드시 세트로 된 제품을 사야한다.

○ 그래서 ASM46AA-N10 유성기어 모터를 구입했다. 원래 사양서에는 교류 입력이라고 되어 있지만 그건 전용 드라이버를 쓸 때 상황이라 생각하고 모터 자체는 직류 스테퍼 모터처럼 보였다. 실제로 동작해보니 다른 직류 스테퍼 모터처럼 잘 작동한다. 다만 길이가 좀 길고(뒷부분 브레이크 회로는 절단해도 될 듯) 전류 최대값이 0.9A이라 좀 아쉽다. 정격토크도 1.5Nm로 작은 편이다. 전기 넣고 적도의 돌리기엔 충분하겠지만 무전원시 백드라이브 토크도 충분해야 할 텐데. 

○ 직류용은 ASM46AK-N10이고 정격 전류는 1.3A/phase이다. 중고 매물이 잘 없다.

하모닉 기어의 웨이브 제너레이터가 문제일까 싶어 csf 17-120 중고 유닛을 구입해봤다.

유닛 자체를 기존 적도의에 이식하는 것은 불가능하다. 결합 구멍도 다르고 베어링 연결 방법 도 딱히 없다. 웨이브 제너레이터나 스패어로 쓸 수 있겠지만 이놈도 제너레이터에 이상이 있는 것은 아닌지 걱정된다. 지름 10mm 구멍으로 가공해서 테스트용으로나 써보던가.

11 Oct 2021

모터 문제인지 유성기어 문제인지 아니면 하모닉 기어 문제인지 결론을 내리지 못했으나 거의 확실한 건 하중에 비해 적도의 사이즈가 작다는 것.

안시용으로는 추 없이 12kg을 올려도 아무 문제가 없지만... 사진용으로는 무리가 있는 것 같다. 

당분간 테스트를 다시 하거나 이 적도의를 고칠 생각은 없다. 균형추를 달고 밸런스 잘 맞춰서 그냥 써야지. 

8 Jan 2022

혹시 돌발적인 피크(가이드 튀는) 문제가 혹시 다른 원인은 아닐까 생각해 본다.

- 하모닉 기어의 조립 불량 : dedoidal (이심)
   → 그리스 교체 때문에 한번 분해 조립을 해야하는데 그때 다시 한번 잘 맞추어 봐야겠다. 플렉시블 컵에 웨이브 제너레이터를 먼저 넣은 상태로 스플라인에 밀어넣어야 문제를 피할 수 있을 것이다. 데도이달 조립이 되면 손으로 돌렸을 때 느껴지는 토크가 일정하지 않다고 한다.

- 웨이즈제너레이터 수명 종료

22 Jan 2022

2대의 적도의 중 두번째 적도의를 테스트해보니 이상이 없다!!

균형추가 없는 상황에서도 돌발적인 피크가 나타나지 않는다. 

관련 포스트는 여기 클릭

첫번째 적도의 문제가 하모닉 기어 조립 불량일 수도 있다. 그리스도 어차피 정품 그리스(SK-2)로 교체하려면 분해 조립을 해야하니, 이 참에 하모닉 기어를 점검해보자.

2 Feb 2022

첫번째 적도의를 분해해보았다.

적경 축 하모닉 기어를 분해하고 제너레이터를 제거한 상태로 돌려보았더니 부드럽게 돌아가지 않는다. 예상한대로 하모닉 기어 조립 불량이 의심된다.

설명서에서 제시하는 본래 조립 순서는,

Flex Spline(내륜, 컵)을 Circular Spline(외륜, 하우징)에 먼저 조립하고 맨 나중에 Wave Generator를 삽입하는 순서이다.

그러나 플렉스 스플라인 컵이 서큘러 스플라인 기어에서 완전히 분리된 상태다.

이런 상태에서 처음 조립할 때에는 200개의 이를 가진 플렉스 스플라인 컵이 202개의 이를 가진 서큘러 스플라인 기어에 대칭으로 들어가야한다. 아래 그림.

 

그렇게 되려면 플렉스 스플라인 컵이 미리 타원형으로 형태를 잡은 채로 조립해야한다. 그 다음부터는 웨이브 제너레이터를 빼고 다시 넣어도 대칭이 흐트러지지 않는다. 

서큘러 스플라인 기어에 이미 클로스 롤러 베어링이 결합된 상태라서 조립하는 방향이 반대이기는 하지만 축을 잘 맞추니 부드럽게 조립되었다. 웨이브 제너레이터를 빼고 강제로 돌려도 처음보다 확실히 소음과 진동이 적다. 

세척을 다시 하고 암록색의 정품 그리스로 재도포해서 조립했다.

바로 조립된 것이라 믿고 테스트를 해보아야겠다.