Piloter un Sol’Ex en remote, ce n’est pas possible ? Eh bien si ! A priori.

[Discret68 1 471]

Bonjour à tous

 

Avant de commencer ma présentation, je tiens à remercier Christian Buill pour avoir permis, grâce au Sol’Ex, de démocratiser l’imagerie solaire.

 

Ayant suivi avec intérêt les résultats que permet le Sol’Ex et ce, avec un investissement réduit, je me suis dis qu’un jour, j’en aurais un aussi. Et en fait, c’est un nouveau copain astram qui, disposant d’une imprimante 3D, m’a gentiment imprimé les pièces. A ce moment, je n’avais pas encore d’imprimante 3D.

 

J’aurais pu monter le Sol’Ex en l’état et l’exploiter en manuel comme tous les astrams qui en ont un le font. Mais vu que j’aime bien les défis, et que toute mon installation astro est en abri fixe en 100% remote, je me suis dit « Pourquoi ne pas essayer de faire un setup Sol’Ex totalement pilotable à distance  ? », tout en partant des pièces de Sol’Ex que j’avais entre les mains.

 

Ni une, ni deux, je me suis mis à concevoir les différentes pièces pour motoriser le Sol’Ex et les différents composants annexes, avec toute la partie informatique afférente afin de pouvoir l’exploiter.

 

Aujourd’hui, je suis presque arrivé au but. Je vous présente le résultat de mes diverses cogitations dans le domaine.

 

Pas encore de photo du Soleil, car le système est en test, notamment pour vérifier le bon fonctionnement de la mécanique et pour déverminer les logiciels informatiques nécessaires à l’exploitation du système complet. Il me reste également un problème technique à résoudre pour lequel j’ai une petite idée, et j’espère que Christian pourra m’apporter ses lumières sur ce point. On en reparle à la fin de la discussion.

 

La majeure partie des pièces ajoutées sont obtenues par impression 3D. Les éléments du Sol’Ex imprimés par le copain sur une imprimante Prusa i3MK3 étant à un très bon niveau de finition, la commande d’un modèle identique s’est faite dès le retour à la maison.

Comme le conseille Christian, j’ai pris une lunette de diamètre 80 avec une focale de 400mm de focale (elle dormait sur une de mes étagères). La caméra est une Player-One Neptune-M avec un capteur IMX178 NB.

 

Voici le setup complet. Vu le nombre de démontage/remontage, les câbles ne sont pas encore fixés. On aperçoit des petites lumières sur les différentes pièces qui vont permettre de maintenir les câbles à l'aide de colliers rilsan :

 

Concernant la « partie lunette », j’ai installé un obturateur motorisé pour protéger la partie optique avant en l’absence d’utilisation. J’ai repris le même système que j’utilise sur tous mes setup, à savoir un moto-réducteur à courant continu avec fins de course. C’est simple mécaniquement et facile à piloter. Aucun programme n’est nécessaire pour la gestion des mouvements. Uniquement une alimentation électrique et le signal de déclenchement des mouvements.

J’avais testé la version avec un servomoteur type radiocommande piloté en PWM, mais cela ne me convenait pas du tout.

 

Du fait de la visée du soleil en plein jour, les autres setup ; le newton de 300 pour le CP et une lunette TS de 80 (ou une FS60) pour le champ large à demeure sur le newton, sont déjà équipés d’obturateurs.

Dans le pare-buée de la lunette est fixé un filtre Hoya ND8 de 84mm de diamètre. Un support en corolle permet, de par son élasticité, de maintenir le filtre dans le pare-buée tout en permettant de le sortir facilement. Au passage, je suis content de la finesse d'impression de la Prusa qui permet directement d'imprimer des filetages à pas fin sur de grands diamètres :

 

Le setup solaire sera clampé sur une queue d’aronde fixée sur les anneaux du newton. La monture est une GM2000 de chez 10Micron. Très précise en terme de pointage, viser directement le soleil ne pose aucun soucis. Néanmoins, le montage d’une lunette sur une queue d’aronde fixée sur les anneaux présente un décalage de pointage. Les jeux présents à chaque assemblage vissé ne peuvent qu’engendrer un écart de pointage.

Pour pallier au problème, j’ai installé une platine intermédiaire entre la queue d’aronde et la lunette. Cette platine me permet d’ajuster finement le pointage sur les 2 axes par des systèmes vis/écrous afin d'être parfaitement aligné sur le pointage du newton qui fait référence.

 

 

Coté focuser (à crémaillère) de la lunette, c’est un moteur pas à pas type 50BYJ4625 avec transmission par poulies crantées avec réduction d’un rapport de 4. Toutes les pièces pour la mise en œuvre de la motorisation (hormis la petite poulie en aluminium sur le moteur) sont en impression 3D.

 

Passons maintenant au vif du sujet ; la motorisation du Sol’Ex. A ce niveau, 2 mouvements sont nécessaires : la rotation du réseau, et la focalisation caméra, qui doit être ajustée en fonction de la longueur d’onde choisie. Une des vidéos de Christian montre qu’avec un focuser hélicoïdal de chez ZWO (j’ai suivi sa préconisation), la variation est d'environ 1mm. Quelques renforts ont été ajoutés ou modifiés :

 

Pour la rotation du réseau, vu le couple nécessaire, j’ai opté pour un petit moteur pas à pas type 28BYJ48. Compte-tenu de la motorisation, il a été nécessaire de revoir la conception du support du réseau. Dans une des vidéos, Christian propose de coller des petits bouts de scotch pour régler le tilt du réseau. Vu les modifications engagées, j’en ai profité pour étudier un système mécanique réglable.

 

La mise en rotation du réseau est effectuée via une transmission à pignon et roue dentée. Afin d’éviter le jeu entre pignon moteur et roue dentée, la roue dentée est en fait constituée de 2 roues dentées superposées, mais dont la denture est décalée, et qui comporte un système élastique entre les 2 roues. Lors de l’engrènement de la roue dentée double sur le pignon moteur, les dents de chaque roue viennent au contact des faces opposées des dents du pignon moteur, ce qui réduit le jeu à zéro. Il ne reste que le backlash interne du réducteur du moteur pas à pas à traiter.

 

Une rondelle en téflon est placée entre les 2 roues dentées (non encore installée sur l'image ci-dessous) pour que le glissement (et donc l’effet élastique entre les 2 roues) se fasse au mieux en permanence.

 

Une came dont la position est réglable permet d’actionner un fin de course afin de permettre la réinitialisation de la position du réseau. Rien de pire que de se retrouver avec un décalage de la position indiquée par rapport à la position réelle.

Les parties du support réseau servant au guidage en rotation (coté roue dentée et coté palier) sont légèrement bombées (forme de tonneau) de manière à éviter le coincement quelque soit le désaxage de l’axe en rotation.

 

 

Les 2 roues dentées avec le système élastique qui permet aux 2 roues de se décaler l'une par rapport à l'autre. La roue de gauche est fixée au support réseau. La deuxième roue est libre en rotation, mais maintenue par l'ergot de la 1ère roue pour obtenir l'effet ressort :

 

Dans ce type de montage, il est nécessaire d’avoir un 2ème « support » qui permet de guider l’axe support du réseau en rotation. Sur la partie opposé du corps du Sol’ex, j’ai installé un palier réglable afin de régler ce qu’on pourrait appeler du tilt au niveau du réseau. Si ce palier réglable apporte une solution de réglage fin, il génère une autre problématique qu’il me faut encore résoudre, mais nous verrons cela un peu plus bas. :

 

Un petit capot permet d’isoler le palier arrière de la lumière extérieure. On voit également le capteur de température :

 

Une légère reprise par fraisage des 2 parties du corps a été nécessaire pour disposer de plus de marge de débattement du support réseau afin de permettre le réglage du tilt. On voit par ailleurs sur la photo, la présence d’une cavité complémentaire. Cette cavité accueille une sonde de température (DS18B20) qui permet de suivre la température interne du boitier. Ne sachant pas à quoi je pouvais m’attendre, et par curiosité, j’ai ajouté cette sonde de température.

 

 

Coté motorisation du focuser hélicoïdal ZWO, j’ai utilisé une roue crantée équipée d'un cône femelle. Une bague conique mâle fendue avec un serrage par bague filetée permet d'obtenir l'effet de coin entre la bague mâle et la roue crantée sur la partie tournante du focuser. C'est le principe simple des raccords hydrauliques à serrage conique.

La visu  de conception est plus explicite :

 

Un doigt sur la poulie crantée permet d’actionner un fin de course pour retrouver là aussi, la position zéro mécanique.

 

Le moteur pas à pas est identique à celui du réseau. Le support réglable est fixé sur le Sol’Ex. Il permet le réglage de la tension de la courroie crantée. Toutes les pièces sont imprimées en 3D, à l’exception de la poulie moteur qui est en aluminium.

 

Maintenant que la partie mécanique est réalisée, il faut pouvoir mettre en mouvement tout ce petit monde :

• La partie électronique s’appuie sur un micro-contrôleur ESP32-C3 qui présente l’avantage d’être beaucoup plus petit qu’un Arduino Nano, d’autant qu’il n’est pas nécessaire de disposer d’une pléiade d’entrées/sorties dans le cas présent.
• La commande de l’obturateur motorisé s’effectue via un relais, qui permet la commande et l’inversion de sens de rotation du moteur.
• 3 drivers du type DRV8825 pilotent les 3 moteurs pas à pas. Si ce type de driver entraine un bruit de fonctionnement avec des moteurs pas à pas type Nema, avec des BYJ, aussi étrange que ça puisse paraitre, le bruit émis est très faible. Il est néanmoins possible de mettre en place des drivers de la famille TMC22xx qui permettent un fonctionnement plus silencieux.

 

Le circuit imprimé qui supporte les quelques composants a été usiné sur ma fraiseuse, et toutes les pièces en plastique (boitier, platine support, …) sont en impression 3D :

 

 

Encore une étape de franchie. Maintenant il faut pouvoir piloter le tout à distance. L’ESP32-C3 embarque un programme qui permet de transformer les commandes qu’on lui envoie, en manœuvre sur le setup, ou en retour d'infos. Pas moins de 24 commandes sont nécessaires pour faire fonctionner l’ensemble. Il est clair à ce stade qu’il n’y a pas d’interface ASCOM car aucun logiciel du marché n’est apte à exploiter les fonctionnalités de ce montage.

 

Coté PC, un programme permet de piloter toutes les fonctionnalités. Il y a 3 parties : la gestion du focuser de la lunette, la rotation du réseau et la gestion du focuser le la caméra. Il y a les traditionnels boutons de déplacements et de goto.

Coté rotation du réseau, on retrouve les mêmes boutons, mais avec une fonctionnalité complémentaire ayant pour objectif de permettre de mémoriser des positons du réseau (10 maxi pour le moment, mais ça peut évoluer) ainsi que la position correspondante du focuser de la caméra.

Il est possible d’ajouter, de modifier et de supprimer des lignes. La liste des positions est enregistrée sur le disque de l’ordi. Chaque démarrage, la liste est chargée. PS : les valeurs actuelles sont bidons et ne servent que pour les tests.

Lorsqu'on chosit une ligne, le réseau se met en position, ideme pour le focuser de la caméra. Après, il reste à affiner compte-tenu des variations induites par les écarts de température.

 

La température interne du Sol’ex ainsi que la tension d’alimentation sont visualisées. Concernant l’alimentation 12V, il faut interdire toute commande de mouvement des moteurs si la tension n’est pas présente. Vu qu’il n’y a pas de boucle de retour pour la rotation effective des moteurs, si la tension n’est pas présente, l’informatique envoie ses ordres et rien ne se passe. Au final, on ne sait plus où sont réellement positionnés les moteurs. D’où également les fins de course au cas où.

 

Un deuxième écran permet de paramétrer les variables : le nombre de pas/rotation en fonction des boutons, la valeur de l’offset entre la position « ordre #0 » et la position sur fin de course pour le réseau, le backlash du focuser de la lunette (car cela dépend de la lunette sur laquelle on monte le Sol’Ex), …

Le backlash au niveau des moteurs du réseau et du focuser caméra sont gérés directement par le programme dans le micro-contrôleur car il sont directement liés au système utilisé qui n’est pas évolutif comme pour le choix de la lunette.

 

Les premiers essais …. sur table. Comme tout prototype, des modifications sont à apporter en fonction des résultats des premiers essais de fonctionnement. Les programmes nécessitent une longue série de tests afin de valider toutes les situations. Certaines pièces ont été imprimées plusieurs fois pour optimiser leur fonctionnement.

Globalement, la mécanique (sauf LE problème évoqué plus haut ... et ci-dessous), l’électronique et les programmes permettent un fonctionnement nominal des différents composants.

 

Utiliser un Sol’Ex à distance nécessite également de développer certaines pratiques, notamment pour réaliser la mise au point. J’ai testé la MAP sous SharpCap avec la fonctionnalité « Assistance à la mise au point/détection de contraste ». Sur la ligne à l’ordre #0 et sur une raie d’absorption, ça à l’air d’être probant. En tout cas, plus précis que ce mes yeux ne permettent de faire.

 

Coté rotation du réseau, j’obtiens une variation de 1600 pas pour l’intégralité du spectre visible. La hauteur de l’image en pleine résolution avec la 178 représente environ 70 pas moteur. A terme, il faudra que je relève la position moteur de certaines raies pour corréler avec la longueur d’onde correspondante, histoire de connaitre la résolution de la motorisation.

 

Pour le focuser caméra, j’obtiens bien un déplacement global d’environ 1mm entre les extrémités du spectre. La résolution obtenue étant de 0,57 micron par pas moteur, avec une CFZ de 55 microns, pas de problème. De toute façon, je vois bien en réglant la MAP sur la ligne ordre #0 (en veillant à ne pas saturer l’image), qu’il est nécessaire de bouger le focuser d’une valeur d’au moins 20 à 40 pas pour avoir une évolution de la mesure SharpCap.

 

J’ai fait des tests de la dispersion de la position au niveau du focuser de la caméra (une série d’avance/retour à différents points et comparaison des valeurs avant et après), j’ai environ 10 microns de défaut résiduel, y  compris en traitant le backlash du focuser. Par rapport à la CFZ, cela semble admissible.

 

Par contre, au niveau de la rotation du réseau, il y a un peu plus de dispersion de la position lors des différents mouvements allers et retours, de l’ordre de 10 pas moteurs. Mais sachant que l’image complète fait un bon 70 pas moteurs en hauteur et qu’on ne modifie pas la position du réseau durant la séquence, cela ne me semble pas pour le moment poser de problème particulier. Cette dispersion me parait provenir du fait que les pièces en contact étant en plastique, le coefficient de frottement n’est pas idéal. J’ai poncé les surfaces et mis une pellicule de graisse sur les parties en contact.

A ce niveau, il serait bon à mon sens d’avoir des bagues en téflon afin de réduire le coefficient de frottement et accentuer ainsi la précision du positionnement. A voir à l’usage.

 

Bon, me direz vous, mais il doit quand même bien y avoir un problème quelque part ???? Ben oui, je l’ai sous-entendu à plusieurs reprises.

Effectivement, il me reste un problème résiduel à traiter avant de pouvoir me lancer dans de l’acquisition d’images. Concrètement, lorsque je tourne le réseau, l’image se décale progressivement vers la droite :

 

A la position ordre #0, je centre la ligne à l'aide des 3 vis sur le palier arrière :

 

Au début de la bande visible :

 

Et en fin de bande visible :

 

Je pense que le problème vient du palier arrière qui permet de régler le tilt du réseau.

Lorsque je cherche à centrer l’image, j’agis sur les 3 vis de réglage de tilt, et il se pourrait bien qu’en centrant l’image (décalage droite/gauche), je décale l’axe du réseau sur un plan perpendiculaire. Pétard, c’est compliqué à expliquer simplement !

 

Concrètement, je pense qu’il faudrait un palier arrière avec non plus un réglage avec 3 vis à 120°, mais un dispositif de guidage sur 2 directions perpendiculaires (X et Y). La première direction servant à orienter l’axe du réseau de manière à conserver le positionnement horizontal de l’image sur toute la plage de rotation du réseau, la deuxième direction permettant de centrer l’image sur l’écran.

 

Bon, si vous avez lu tout le baratin, c’est que vous avez été courageux. De mon coté, il me reste à régler ce problème d’image qui se décale et je pourrai enfin monter le setup solaire sur le newton et procéder aux premiers essais réels.

Merci de m’avoir lu. La suite au prochain épisode.

 

Jean-Pierre

 

 

Modifié 28 juillet 2023 par Discret68

[christian viladrich 7 776]

C'est très impressionnant. Bravo et merci pour le partage !

[ALAING 59 336]

C'est fabuleux Je dis chapeau pour tout ce super boulot

Bonne soirée,

AG

[JPMasviel 943]

Quel beau travail !

 

C'est toujours étonnant de voir le foisonnement d'idées depuis le lancement du projet Sol'Ex par Ch. Buil début 2021.

Merci pour le partage, en attendant les premiers scans.

 

Jean-Pierre

 

[Discret68 1 471]

Merci à vous pour vos encouragements. Je viens d'imprimer un nouveau palier arrière réglable afin de voir si cela corrige mon problème actuel d'image qui se décale.

 

Il y a 6 heures, JPMasviel a dit :

C'est toujours étonnant de voir le foisonnement d'idées depuis le lancement du projet Sol'Ex par Ch. Buil début 2021.

 

Il est vrai que ce système constitue une bonne base et se prête bien à des modifications ou évolutions.

[cbuil 3 555]

C'est tout de même assez dément. Un magnifique travail. Je pense que l'on est tous impressionné, moi en tout cas !

 

Parfois je me dis que heureusement que je ne suis pas en remote ;-)

 

Bon venons en à cette histoire de décalage du spectre lorsqu'on tourne le réseau. Tu n'est pas le premier à avoir ce soucis, et j'avoue que c'est un peu de ma faute car il faut aller au bout des explications, ce que je n'ai pas fait.

 

Le problème vient de la combinaison des inclinaisons et rotations. Pour être expéditif, j'ai montré le truc des cales sous la roue du Sol'Ex. Mais c'est un pis-aller, une solution un peu simpliste. Elle marche pour une position donné du réseau : on arrive à centrer le spectre autour de Halpha, par exemple. Mais voila, l'ajustement n'est pas fait là ou il devrait être fait. Ce n'est pas le plan de la roue que l'on doit ajuster, mais pour être rigoureux, c'est le support réseau sur la roue qu'il faut basculer légèrement. Comprenez : le plan du réseau ne passe pas par l'axe de rotation du réseau., comme si le réseau était basculé en avant et en arrière. C'est cela qu'il faut corriger, donc an niveau du support réseau, et pas l'inclinaison de l'axe de rotation.

 

Pourquoi ? Car quant on tourne le réseau, l'angle de tilt que l'on a produit tourne aussi, il est entrainé. Ce n'est pas ce qui se passe lorsqu'on met une cale à l'extérieur qui agit sur la manette (dans ton cas Discret69, c'est la même chose avec ton réglage à 3 vis).. Ici,cet angle fixe sur le boitier, fait que la normale au réseau (la surface à son plan) change alors suivant la longueur d'onde choisi. Vous pouvez raisonner aux extrême pour mieux comprendre : en tournant le réseau d'une demi-tour (180°) la normale par rapport à l'axe de rotation change de signe. Il ne faudrait pas : l'angle de basculement du réseau devrait être constant en valeur et en signe. 

 

Donc, ta correction ne va jamais marcher dès lors que tu t'éloigne de la position de réglage optimal (Halpha par exemple).

 

J'espère que j'ai été à peu près compréhensible, avec les mains ce n'est pas trop facile, faudrait dessiner la cinématique. je suis vraiment désolé d'avoir été aussi imprécis. Je tacherais de faire un correctif dans une prochaine vidéo et sur la doc, qui montre où il faut vraiment agir : sur le support réseau lui-même (à moins qu'il soit usiné parfaitement orthogonal à l'ace de rotation et que ce même axe soit perpandiclaire à l'axe optique qui passe par le centre du capteur,  mais en fait ce n'est pas possible d'être aussi précis par construction - même sur les spectro professionnels - mais j'ai fait l'impasse sur ce réglage en donnant une solution médiocre, i.e. par de rotation du réseau). J'en suis désolé,  on va corriger cela.

 

Christian

[Rolumix 257]

Il y a 17 heures, cbuil a dit :

Le problème vient de la combinaison des inclinaisons et rotations. Pour être expéditif, j'ai montré le truc des cales sous la roue du Sol'Ex. Mais c'est un pis-aller, une solution un peu simpliste. Elle marche pour une position donné du réseau : on arrive à centrer le spectre autour de Halpha, par exemple. Mais voila, l'ajustement n'est pas fait là ou il devrait être fait. Ce n'est pas le plan de la roue que l'on doit ajuster, mais pour être rigoureux, c'est le support réseau sur la roue qu'il faut basculer légèrement. Comprenez : le plan du réseau ne passe pas par l'axe de rotation du réseau., comme si le réseau était basculé en avant et en arrière. C'est cela qu'il faut corriger, donc an niveau du support réseau, et pas l'inclinaison de l'axe de rotation.

Bonjour Christian, c'est un problème récurrent avec une solution somme toute assez simple.

Le réglage de la position correcte du réseau s'obtient en deux ou trois aller-retour et c'est implémenté dans le modèle en votre possession.

Les deux vis tirantes (7) permettent de basculer le support du réseau d'avant en arrière donc la face du réseau  peut être perpendiculaire à la face d'appui de la manette tandis que les deux vis poussantes (5) permettent de basculer le support réseau de droite à gauche de façon que les stries du réseau soient perpendiculaires au plan d'appui de la manette et donc finalement parallèles à l'axe de rotation de la manette.

La surface de guidage en ''tonneau'' est précisément une portion de sphère de diamètre très légèrement inférieur à l'alésage de passage du support réseau, ainsi ce guidage en rotation est insensible au basculement du support réseau résultant du réglage. Si le réglage n'est pas parfait, les boutons d'immobilisation de la manette permettent en ajustant leur pression de finaliser très simplement le centrage du spectre dans la fente. J'ai aussi été confronté à un phénomène de ''slip-stick'' résolu en frottant du savon noir sur la portion de sphère. De la bougie (paraffine) conviendrait aussi. L'interface boîtier manette peut être traité de la même façon.

 

Cordialement

Rolumix

Modifié 3 août 2023 par Rolumix

[Discret68 1 471]

Salut Christian et merci pour ta réponse.

 

Je ne suis pas sûr d'avoir compris tes explications, mais je sais Ô combien il est difficile d'expliquer des situations en 3D.

 

Néanmoins, pour essayer d'avancer sur la compréhension de la problématique, serais-tu en train de suggérer qu'il faut caler le réseau sur son support à l'aise d'une cale comme je l'ai représenté sur le schéma ci-dessous (cale rouge ou cale bleue) ?

 

 

Ou faut-il relever ou abaisser la face supérieure du réseau pour la placer sur l'axe de rotation du réseau par ajout des 2 cales ou retrait de matière au niveau du support ?

 

Par rapport à la proposition de Rolumix, j'ai effectué, il y a quelques jours, un remplacement du palier arrière de mon système par un palier avec 2 axes de réglage perpendiculaires. Mais vu qu'on a pas de soleil en ce moment, je n'arrive pas à atteindre un niveau de luminosité suffisant pour effectuer les réglages. Patience !!

 

Sur le schéma, on voit également les 2 parties en forme de tonneau qui servent au centrage/guidage.

 

Jean-Pierre

[cbuil 3 555]

Jean-Pierre, ton dessin avec la cale rouge décrit précisément ce que je veux dire. C'est une solution qu'il m'est arrivé d'utiliser dans les cas dur, toujours avec des petites lamelles de ruban adhésif alulminium (il faut voir que chaque support à un peu sa signature sur ce point). C'est une solution du "pauvre", sans "grosse" modification, pour dépanner l"existant si le besoin ce fait vraiment sentir. C'est de la bricole (mais qui marche) et il est clair  qu'il y a des façon mécaniques plus nobles pour arriver au résultat comme on le voit dans ces échanges.

 

Christian 

[Rolumix 257]

@Discret68

Si tu choisis de caler le réseau de cette façon, le réglage va être sportif car ça implique de retirer l'ensemble, le démonter, changer les cales et ainsi de suite sans être assuré que le réseau suive précisément la modification.

Il manque d'ailleurs les cales pour le réglage gauche droite sur la petite face supérieure de ton support. C'est pourquoi j'ai cherché une solution réglable de l'extérieur, sans démontage intermédiaire...

Dans les faits, les réglages sont subtils si les impressions 3D sont de qualité, dans les minutes d'arc voire les secondes d'arc, pas des degrés. Tu remarqueras que mes vis poussantes agissent en comprimant la mousse, je n'ai pas fait de trou.

Ceci dit, sacré projet!

Cordialement

Rolumix

Modifié 3 août 2023 par Rolumix