Montura dinámica para el secundario del telescopio de 1.5 m
Manual del Usuario
MU-2000-01
L. Gutiérrez, G. Sierra, F. Quiroz y E. Luna.
Instituto de Astronomía, UNAM-Ensenada.
Enero de 2000.
Se ha instalado en el telescopio de 1.5 m de San Pedro Mártir
una montura computarizada, con 5 grados de libertad, para el espejo secundario,
que permite alinearlo desde el cuarto de observación. Los grados
de libertad son dos inclinaciones (tip/tilt), dos desplazamientos y el
movimiento de enfoque. Estos cinco grados de libertad son suficientes para
caracterizar la posición del secundario.
Este equipo fue diseñado y construido por personal del Observatorio Astronómico Nacional en Ensenada, en los talleres y laboratorios del mismo.
El mecanismo para esta montura consiste
de tres anillos concéntricos que se asemeja a una montura tipo "gimbal",
con la que se producen las inclinaciones, la que se desplaza sobre un par
de rieles en la dirección norte-sur. En la parte inferior del conjunto
de anillos se tiene otro par de rieles en los que se desplaza la base del
espejo en la dirección este-oeste. Todo este conjunto de desplaza
de manera vertical en un sistema de rieles para dar el movimiento de enfoque.
Esto hace al sistema compacto y permite realizar los cinco movimientos
de manera independiente. En la figura 1
se muestra un dibujo esquemático de la montura.
La fuerza para los movimientos de inclinación
la aplican dos motores de pasos de 200 pulsos por revolución a través
de un mecanismo basado en un tornillo con cuerda fina, precargado, con
80 hilos por pulgada, lo que da una resolución lineal de 1.58 micras
por paso, para una resolución angular de 2.8 segundos de arco en
la inclinación norte-sur y 3.8 segundos de arco en la inclinación
este-oeste. (La diferencia en resolución angular se debe a que los
puntos de apoyo están a diferente distancia.)
En el caso del desplazamiento este-oeste, el movimiento se realiza con un motor de pasos de 200 pasos/vuelta, acoplado a una reducción de alta precisión (engrane-sinfín) con una relación de 1:20, acoplada a su vez a un tornillo de precisión, embalado y precargado, con un avance de 5 mm/vuelta. Este sistema alcanza una resolución de 1.25 micras por paso.
Para el desplazamiento norte-sur, se emplea un conjunto similar, pero la reducción tiene una relación de 1:3 y está basada en un sistema de engranes planetarios. Con este arreglo se obtiene una resolución de 8.3 micras por paso.
El movimiento de enfoque se realiza con un motor de corriente directa acoplado a un sistema tornillo-tuerca precargado, con recirculación de rodillos, marca SKF, con un avance de 1 mm por vuelta. Este sistema cuenta con un codificador lineal incremental de alta resolución (1 micra).
El control de cada eje del sistema lo realiza un microcontrolador AT89C2051 de Atmel, enlazados en una red en el estándar EIA RS-485. Esta red de 5 módulos está acoplada a una tarjeta convertidora de RS-485 a RS-232. La salida de esta tarjeta se conecta entonces a una computadora, que puede ser una computadora tipo PC o una estación de trabajo UNIX. Todos los motores de pasos se apagan una vez efectuado el movimiento, a fin de evitar calentamientos en el sistema, y se activan los frenos en los ejes que generan los desplazamientos. En el caso de las inclinaciones, no es necesario frenarlas dado que la misma fricción de los tornillos evita que se muevan al desenergizar los motores, excepto quizás un paso al tomar el motor su posición de relajamiento.
Para los movimientos desde una PC se ha desarrollado un programa que se describe más adelante, el cual permite controlar mediante una interfaz gráfica todos los movimientos de la montura, aunque, por lo pronto se ha dejado a disposición del usuario sólo el movimiento de enfoque. En el caso de la estación de trabajo, se cuenta con un programa gráfico para el movimiento de enfoque. El control de los demás ejes de movimiento se realiza mediante comandos tecleados en línea.
El sistema generalmente se encuentra energizado
(excepto los motores) y sólo es necesario iniciar el programa de
control. Para iniciarlo, active el ícono que está sobre el
fondo de la pantalla, que tendrá la forma que se indica en la figura
2. Si no encuentra el ícono, busque
el programa sec1_5.exe que seguramente se encontrará en el
directorio secundario.
Figura 2
Al iniciar el programa, automáticamente se iniciará el programa commgr.exe, el cual está encargado de enrutar las comunicaciones entre diferentes aplicaciones y el puerto serie de la computadora. El puerto serie usado comúnmente es el COM2, aunque es posible cambiar de puerto en la opción Configuración del menú Opciones. (Véase las figuras 3 y 4.) En caso de ser necesario cambiar de puerto, configúrelo con 8 bits de datos, 1 bit de paro y sin paridad.
Figura 3
El programa commgr.exe normalmente quedará minimizado y no es necesario que lo maximice para poder operar el sistema.
Figura 4
Una vez iniciado el programa commgr.exe, aparecerá la ventana que se muestra en la figura 5, que es la ventana inicial del programa del secundario. En el caso de uso normal del sistema, el menú Alineación aparecerá deshabilitado. Si desea usar la opción de Alineación, consulte con el personal técnico en turno para solicitar la autorización correspondiente.
Figura 5
Existen dos maneras de enfocar el telescopio.
Para la primera, seleccione la opción Foco. Aparecerá
entonces la ventana de la figura 6.
En la parte superior aparecerá la posición del eje de enfoque
en micras. Si este número es demasiado pequeño (menor que
100 micras) o negativo, seguramente es necesario inicializar el sistema.
En esta caso, refiérase a la sección "Inicializando el sistema".
En el segundo recuadro usted podrá teclear la posición a
la que desea enviar el secundario. La posición máxima a la
que podrá enviarlo es 19130 micras, pero generalmente no será
necesario llegar tan lejos. La posición típica para el CCD
en imagen directa (CCD Tek 1 con Rueda de Filtros "Ruca" en una posición
vacía) es del orden de 4565 micras, aunque esta posición
puede variar ligeramente con la temperatura, con el filtro utilizado y,
por supuesto, con el CCD que se haya instalado.
Figura 6
Si el incremento en la posición es menor que 2 micras, el sistema no se moverá.
Una vez tecleada la posición de destino, "oprima" el botón "Mandar a posiciones". Observe y analice la imagen resultante una vez que las coordenadas se hayan actualizado. Si el resultado no es satisfactorio, repita el proceso.
Siempre podrá regresar a una posición anterior si, estando en ella "oprimió" el botón "Coordenadas", en cuyo caso aparecerá la ventana de la figura 7. Será posible guardar así hasta 9 posiciones anteriores.
Figura 7
Para llevar de nuevo el secundario a una posición anterior, seleccione la ventana correspondiente ("previas n") y "oprima" el botón Mover. Para cerrar las ventanas de posiciones previas, "oprima" en la ventana "Enfoque del Secundario" el botón "Cierra Ventanas".
La segunda manera de enfocar el telescopio es a través de movimientos incrementales. Para esto seleccione la opción Paso Foco del menú Paletas, lo que dará origen a la ventana de la figura 8, y teclee allí el tamaño del incremento que desee. Se sugiere un incremento de 10 micras. Una vez hecho esto, seleccione la opción Paleta Foco del menú Paletas. Aparecerá entonces la ventana de la figura 9.
Figura 8
Figura 9
En el recuadro superior de esta ventana aparecerá la posición actual del eje de enfoque. Activando los botones "Arriba" y "Abajo" incrementará o decrementará, respectivamente, la "posición del foco".
Nota: Físicamente, el espejo baja cuando la posición aumenta y viceversa.
El usuario podrá enviar el secundario
a posiciones predeterminadas usando la opción Archivos del
menú Otros. En este caso, se desplegará la ventana
de la figura 10.
En la lista que aparece podrá seleccionar la posición predeterminada
y con el botón "Mueve" el secundario se irá a esa posición.
Si desea guardar alguna posición predeterminada, por ejemplo, cuando
use diferentes filtros en una misma temporada, podrá editar el archivo
"params.sec" que deberá estar en el mismo directorio que
el programa "sec1_5.exe".
Figura 10
El siguiente es un listado típico de este archivo:
Danes 1234
CCD 4567
Cuentapulsos 2345
Filtro1 3456
(Las posiciones listadas no son posiciones reales. Sólo están dadas como ejemplo.)
Por favor, no deje espacios o tabuladores al inicio de un renglón y el primer campo deberá ser una sola palabra.
Mediante la opción Foco
del menú Inicializa se podrá enviar el sistema a su
origen. Para esto aparecerá la ventana de la figura
11. Si la respuesta es afirmativa, el sistema
buscará su origen y, una vez concluida la acción, el usuario
deberá enviar de nuevo el sistema a la posición deseada,
con cualquiera de las formas mencionadas.
Los demás ejes también podrán inicializarse de la misma manera, si se cuenta con la autorización correspondiente.
Figura 11
En caso de que se obtenga un mensaje que
indique que un límite ha sido oprimido, con la opción Seguridad
del menú Otros podrá desplegar la ventana de la figura
12, en la que podrá visualizar qué
límite ha sido activado. Si se ha activado algún límite
y la posición del eje correspondiente aún está muy
lejos de su posición extrema (cero o posición máxima),
será necesario inicializar dicho eje. Si el problema persiste, deberá
reportarlo de inmediato al personal de mantenimiento en turno.
Figura 12
Para la alineación del sistema
existe la ventana que se muestra en la figura
13, la cual aparecerá al seleccionar
la opción Alineación del menú principal. Aunque,
como se mencionó antes, sólo el personal de óptica
podrá acceder a esta opción o, en su defecto, deberá
recabar la autorización correspon-diente. Esto es debido a que resulta
fácil desalinear el sistema y se requieren de criterios ópticos
bien entendidos para alinearlo correcta-mente. Los criterios para realizar
una correcta alineación se presentarán pronto en otro reporte.
Figura 13
En esta ventana se muestran cinco recuadros con el fondo obscuro, que corresponden a las posiciones "actuales" de los ejes correspondientes. Los recuadros con el fondo claro podrán ser editados y corresponderán a las posiciones a las que desea enviarse el sistema. Podrá editarse uno o varios recuadros a la vez.
Las inclinaciones se presentan como "N-S" y "E-O". La primera corresponde a la inclinación del espejo en la dirección "norte-sur"; su posición máxima posible es 3183 unidades o pulsos (equivalentes a 5029 micras), correspondiendo ésta a la posición en la que el extremo norte del espejo se encuentra más levantado.
La segunda corresponde a la inclinación del espejo en la dirección "este-oeste", siendo la posición máxima posible igual a 3285 pulsos (equivalentes a 5190 micras), cuando el extremo este del espejo se encuentra más levantado.
A los desplazamientos se les ha denominado "X-Y". X corresponde a la dirección "este-oeste", con una posición máxima de 16056 pulsos (equivalente a 20.07 mm), estando el espejo en su posición más al este. Al movimiento en la dirección "norte-sur" se le ha denominado Y, al que le corresponde la posición máxima de 2710 pulsos (22.49 mm) cuando el espejo está más al norte.
El "Foco" corresponde al movimiento de enfoque ya descrito anteriormente.
Las posiciones óptimas (encontradas el 3 de octubre de 1999) fueron las siguientes:
Desplazamiento X: 10650
Desplazamiento Y: 1000
Inclinación N-S: 1905
Inclinación E-O: 1615
Foco: 4565
Estas posiciones de ninguna manera son absolutas, pues corresponden a una condición todavía perfectible y, además, dependen del resto del sistema óptico. Así, por ejemplo, después de aluminizar un espejo, las condiciones no necesariamente serán las mismas para tener la mejor alineación. El foco, por otra parte, depende del instrumento usado e, incluso, de la temperatura. Se espera en el futuro cercano implementar un algoritmo que corrija a primer orden el foco del telescopio conforme la temperatura varíe, pero, por lo pronto, habrá que reenfocar una o varias veces durante le noche.
En este modo de operación, existe también la posibilidad de guardar las coordenadas que se tienen en un momento dado para regresar de nuevo a ellas. Para esto, al oprimir el botón coordenadas, aparecerá la ventana de la figura 14.
Figura 14
Para enviar el sistema a las coordenadas guardadas, en la ventana correspondiente deberá "oprimirse" el botón Mover. En este caso, también podrán guardarse nueve conjuntos de coordenadas.
Para borrar las ventanas de "Coordenadas previas", oprímase el botón Cierra Ventanas de la ventana de la figura 13.
Movimiento de enfoque.
Para realizar el movimiento de enfoque desde la SUN, como ya se mencionó, existe una interfaz gráfica. Para ello, entre a la cuenta observa, tecleando la contraseña correspondiente (general-mente, la encontrará escrita en el pizarrón del cuarto de observación, ya que se cambia con frecuencia). Automáticamente, aparecerá el am-biente de ventanas de OpenWindows. En caso contrario, teclee "openwin".
Una vez allí, abra una ventana de comandos y cámbiese al directorio "secundario", tecleando "cd secundario". En seguida, teclee "sec1_5", lo cual hará aparecer la ventana que se muestra en la figura 15.
Figura 15
El usuario podrá usar también la paleta manual que se encuentra en la mesa de trabajo y la nueva posición aparecerá en el recuadro correspondiente de la ventana. Si desea realizar el movimiento, deberá abrir una de las dos posibles ventanas: una permitirá el movimiento continuo (el espejo se moverá mientras el botón se mantenga "oprimido" y se suspenderá al "soltarse") y la otra realizará un movimiento en pasos (al "oprimir" un botón, el espejo se moverá sólo el paso indicado).
Si se desea el movimiento continuo, "oprima" el botón correspondiente y aparecerá la ventana de la figura 16. El recuadro superior mostrará también la posición del espejo, al igual que el recuadro de la primera ventana. La lectura de la posición se actualizará cada 4 minutos.
Figura 16
Los botones son autoexplicativos y sólo se recordará que "subir" indica que aumentará la lectura de la posición, aunque físicamente el espejo bajará, y viceversa.
Si se elige el modo de movimiento en pasos, aparecerá la ventana de la figura 17. Aquí, de nuevo, el recuadro superior mostrará la posición del espejo. El recuadro central, que podrá editarse para cambiar su valor, indica el tamaño del incremento deseado en la posición que se obtendrá al "oprimir" un botón. El mantener "oprimido" un botón no hará que se mueva más el espejo. Si se desea un movimiento adicional, deberá soltarse y volverse a oprimir.
Figura 17
Los demás movimientos.
Para los demás ejes, existe en este directorio el programa secundario, el cual acepta varios parámetros, dependiendo de la acción deseada. Con este programa sólo se podrá visualizar la posición de los demás ejes.
La sintaxis del programa es:
secundario -pfoco
secundario -ptiltns
secundario -ptilteo
secundario -pdeltans
secundario -pdeltaeo
En los 5 casos, el programa responde con la posición correspondiente al eje sugerido en el propio argumento y no ejecuta ningún movimiento. Puede darse más de un argumento a la vez. Por ejemplo:
"secundario -pfoco -pdeltans".
Existe una versión del programa con el que se pueden realizar movimientos incrementales en cualquier eje, pero que por el momento sólo está disponible para el personal óptico. Una vez que se publiquen los criterios para alineación, seguramente se abrirá su uso para todos los astrónomos.
En el caso de una PC con Linux, la interfaz es la misma que para la SUN, así como el programa "secundario".
