Astronomie: Fokussieren mit dem Motor-Fokus

Gehört zu: Teleskope
Gehört zu: Meine Geräteliste
Siehe auch: Fokussierung, ASCOM-Treiber, OAZ, Auto-Fokus mit N.I.N.A.

Das Problem: Optimales Fokussieren

Besonders bei der Astrofotografie fällt es unangenehm auf, wenn bei einem mühsam erarbeiteteten Foto die Scharfstellung (Fokussierung) nicht hundertprozentig ist.

Es gibt ja mehrere Methoden, wie man den genauen Fokuspunkt findet; z.B. Live View mit Bildschirmlupe, Hartmann-Maske, Bahtinov-Maske,.. Es bleibt aber das Problem das jede Berührung des Einstellrades am Okularauszug (OAZ) das Teleskop ein wenig (oder mehr) zum Wackeln bringt. Um dieses Wackeln zu vermeiden, gibt es Motoren, die man am Stellrad des OAZ befestigt…

Einfache Lösung: Live View

Mit der Canon EOS 600DA: Einen hellen Stern ins Gesichtsfeld einstellen – zum Finden eines solchen Sterns muss der Sucher vorher gut justiert werden. Fokussieren im Live View z.B. mit APT. Dabei sollte man das Live-View-Bild elektronisch 10-fach vergrößern.

Mit der ZWO ASI294MC Pro bekomme das Bild ja ausschließlich per Software auf meinem Computer. Bei der Software APT bekomme ich kein richtiges “LIve View”. Aber die Software SharpCap liefert ein akzeptables “Life View”, was man auch vergrößern kann.

Komfortable Lösung: Motor-Fokus

Eine Motor-Fokus-Lösung besteht aus einem Motor (Schrittmotor oder Gleichstrommotor), dessen Drehachse irgendwie an die Drehachse des OAZ (Okularauszug) gekoppelt wird, sowie einer Steuerbox (Controller) die manuelles Betätigen des Motors erlaubt bzw. auch mit dem Computer verbunden werden kann und dann per ASCOM gesteuert werden kann.

So ein Motor wird dann mit einem Kabel mit einer kleinen Steuerbox verbunden. Diese Steuerbox versorgt den Motor mit Strom (12V) und mit standardisierten Steuerimpulsen (kompatibel Robofocus, Moonlite). Die Steuerimpulse kann die Steuerbox über Handschalter o.ä. für Bewegungen auf der Fokussierstrecke vorwärts oder rückwärts auslösen. Bei “einfachen” Lösungen enthält diese Steuerbox bereits Batterien und das ist dann schon die Gesamtlösung. Die Steuerbox kann aber auch extern mit 12V Strom versorgt werden und braucht dann keine zusätzlichen Batterien (wohl aber die 12V-Leitung zu einer Spannungsquelle). Solche Lösungen heissen “stand alone”, weil dazu kein Computer (Notebook) benötigt wird.

Bei “eleganteren” Lösungen wird die Steuerbox noch über Kabel (meist USB) mit einem Windows-Notebook verbunden und die Steuerimpulse werden dann vom Computer mithilfe einer Software über die ASCOM-Schnittstelle zur Steuerbox geschickt.

Die mechanische Befestigung des Motors am Teleskop und die Kopplung Fokussierachse des vorhandenen OAZ sind potentielle Schwachstellen.

So ein Motor muss sehr fest am Teleskop bzw. OAZ befestigt werden; d.h. ohne dass er sich bewegt wenn sich die Motorachse dreht. Manche Motoren werden per Montagewinkel (“Bracket”) an einer schon vorhandenen Schraube des OAZ befestigt. Das kann zu Problemen führen, wenn diese Schraube schon eine Funktion beim OAZ hat.

Manche Motoren arbeiten mit einem Transmissionsriemen, der das Rädchen der Fokussierachse des OAZ bewegt; bei anderen Motoren wird die Motorachse direkt mit der Fokussierachse des OAZ über einen Koppler (Coupler) verschraubt. Letzteres hielt ich für stabiler. Generell muss man sich aber fragen, ob man die Fokussierung ausschließlich mit dem Motor bewegen will (und den dafür erforderlichen Strom in jeder Situation dabei hat), oder ob es auch Situationen gibt, wo eine manuelle Betätigung gewünscht wäre…

Welcher Motor-Fokussierer kommt infrage?

Motor-Fokus-Lösungen gibt es ja schon lange. Bei größeren Teleskopen in Sternwarten und bei Remote-Sternwarten werden sie oft eingesetzt. Solche Lösungen sind meist teuer und für kleinere Amateur-Teleskope “so zum Probieren” eigentlich nicht geeignet.

Meine Shortlist für Motor-Fokussierer

  • MicroTouch Starizona: Für OAZ MicroFeather Touch
  • USB_Focus-Set von Teleskop-Service (benötigt zusätzlich einen OAZ-Adapter für zusätzlich Euro 100,–)   –   8000 Schritte pro Umdrehung
  • Einige einfache Motor-Fokussierer (z.T. mit Batterie, z.T. ohne ASCOM)
  • PegasusAstro: Komplett-Lösung mit ASCOM-Schnittstelle    –   6000 Schritte pro Umdrehung

Meine zweite (gegenwärtige) Lösung: USB_Focus

Mit meiner ersten Lösung (2018), dem PegasusAstro Motor Focus, war ich nicht voll zufrieden, weil er per Montagewinkel mit Hilfe einer OAZ-Schraube befestigt wurde. Die OAZ-Schraube dient aber bei meinem Crayford OAZ (TSFOCR2M) zum Einstellen des Drucks. Erst durch einige Unterlegscheiben oberhalb und unterhalb des Blechs konnte eine einigermassen funktionierende Lösung erreicht werden. Es ist also extrem kritisch, dass OAZ und Motor sehr gut zusammen passen.

Im Mai 2020 habe ich mich deswegen entschlossen, den OAZ und den Motor-Fokusser zu wechseln. Nach einiger Korrespondenz mit Teleskop Austria habe ich mich für eine Lösung von Teleskop Service entschieden: OAZ MonorailR96  (MonorailR96) und einen Motorfokusser USB_Focus Heavy mit Adaption an MonorailR96.

Der kräftige Steppermotor lässt sich mit dem Adaptions-Kit ganz gut am OAZ monieren ohne dass die Funktionsweise des OAZ beeinträchtigt wird. Die Adaption geht nämlich ringförmig um das OAZ-Rohr. (allerdings etwas kurz beim MonorailR96). Hersteller: http://www.usb-foc.us/page/docs-and-software

Bildbeschreibung: Adaption des USB_Focus an meinen OAZ

20200603_Foto03

Allerdings ist die Steuerbox von USB_Foc, milde gesagt, Schrott. Die habe ich zurückgeschickt und dafür meine Steuerbox vom PegasusAstro verwendet. Das geht, weil die Steuerimpulse standardisiert sind als Robofocus- und Moonlite-kompatibel.

Für den Windows-Computer sieht dann alles so aus wie beim PegasusAstro (s. unten), da ja der Pegasus-Controller benutzt wrd.

Fokus-Steuerung per Computer mit ASCOM

Über (z.B.) APT und auch N.I.N.A. ist eine integrierte Steuerung des Motor-Fokussers via ASCOM möglich.

Ich möchte ja testen, ob mit der neueren Software N.I.N.A. mindestens das, was ich mit APT erfolgreich mache, auch möglich ist. Motor-Fokus benutze ich in APT ja auch, Auto-Fokus mit V-Kurve und Backlash Compensation wäre ein Plus für N.I.N.A.

Motor-Fokussierung mit N.I.N.A.

Hier zu hat “The Lazy Geek” zwei schöne Youtube-Videos gemacht:

Zuerst müssen wir in N.I.N.A. unter “Equipment” unseren Motor-Fokussierer (die Steuereinheit ist der PegasusAstro Controller) verbinden.

Dann müssen wir in N.I.N.A. unter “Options” -> “Equipment” einige Einstellungen für den Fokusser vornehmen:

  • Use Filter Wheel Offsets:  NO
  • Auto Focus Step Size: 100   (1 NINA step = 100 focusser steps)
  • Auto Focus Initial Offset: 5   (NINA initial move outwards: 5 NINA steps = 500 focusser steps)
  • Default Auto Focus Exposure: 6 sec

Unter “Advanced Settings” stellen wir noch ein:

  • AF Method: “Star HFR”
  • AF Disable Guiding: OFF (wir müssen also die Montierung auf “Tracking siderial” einstellen)
  • AF Curve Fitting: “Hyperbolic”
  • Backlash Compensation: absolute
  • Backlash IN/OUT:  0/0    (wir wollen in der Messkurve ja mal sehen, ob ein Backlash da ist)

Mit N.I.N.A. verbinden wir nun auch Teleskop und Kamera.

Mit dem Teleskop gehen wir auf eine beliebige Himmelsgegend, wo einige Sterne zu sehen sind.

Dann gehen wir in N.I.N.A. auf “Imaging” wo wir mal ein Probefoto machen, um eine gute Belichtungszeit zu finden.

Manuell müssen wir auch eine Fokus-Einstellung herausfinden, bei der die Sterne einigermassen zu sehen sind. Die Autofokus-Routine würde mit einer Auswärtsbewegung beginnen, also ist es sinnvoll für uns auch dieses manuelle Fokussieren mit Auswärtsbewegungen zu beenden…

Dann aktivieren wir in N.I.N.A. das Fenster “Auto Focus” und klicken dort auf “Start Auto Focus”. Damit beginnt N.I.N.A. eine Messreihe wobei der Fokusser bewegt wird und bei jeder Fokusser-Position ein Foto gemacht wird und auf dem Foto der HFR der Sterne bestimmt wird. Das ganze wird dann grafisch dargestellt:

Bildbeschreibung: N.I.N.A. Start Auto Focus Kurve

NINA-Focus-20200722b

Die Fokus-Position wird gefunden zu: 71661 mit einem HFR von 3,65 Pixel.

Es scheint kein Backlash vorhanden zu sein, denn die Bewegungsumkehr fand ganz rechts im Bild statt und die Kurve bei der Links-Bewegung ist ja nicht flach.

Generell würde ein Backlash durch ein waagerecht verlaufendes Stück des Graphen signalisiert.

Meine erster Versuch: Die Empfehlung für PegasusAstro

Im Jahre 2018 bin ich erstmals  auf das Thema “Motor-Fokus” gestossen. Anstoss dafür war das YouTube-Video von Trevor Jones auf AstroBackyard.

Im Februar 2018 habe ich mir dann den PegasusAstro Motor-Fokusser zugelegt. Siehe dazu auch meine Geräteliste.

Der PegasusAstro Motor Fokusser im Komplett-Set (“Premium Package”) ist von sehr guter Qualität und funktioniert bestens auch über die ASCOM-Schnittstelle. Einzig die mechanische Befestigung des PegasusAstro-Schrittmotors per Montagewinkel (“Bracket”) mit einer Schraube am vorhandenen OAZ ist eine potentielle Schwachstelle.

Mein Haus-und-Hof-Händler Teleskop-Service hatte das Teil “noch” nicht im Sortiment. Der www.astroshop.eu hatte es sofort lieferbar. Link zu dem PegasusAstro Motor-Fokusser: https://www.astroshop.de/fr/moteurs-commandes/pegasusastro-dual-motor-focus-controller-premium-package-with-motor/p,53310

Stromversorgung des PegasusAstro Motor Fokussers

Die Stromversorgung erfolgt beim PegasusAstro über eine 12V Buchse (für 2,1 mm Hohlstecker) an der Steuerbox. Für den Motorbetrieb sollen 2 A benötigt werden.
Ich brauche also zusätzlich zur 12V Versorgung der HEQ5 Pro eine zweite 12V Versorgung.

Verbindung der PegasusAstro Steuerbox zum Fokus-Motor

Die Steuerbox ist umschaltbar für Schrittmotoren und Gleichstrommotoren (brauchen wir im “Premium Package” nicht).
Die Steuerung erfolgt 100% Robofocus-kompatibel.

Montage des PegasusAstro Motor Fokussers laut YouTube

Mein OAZ war Bestandteil des Orion-Teleskops ED 80/600, das ich gebraucht gekauft hatte. Den OAZ hatte der Vorbesitzer extra von Teleskop-Service gekauft. Der OAZ hat dort die Artikelnummer TSFOCR2M. Link zu diesem OAZ: https://www.teleskop-express.de/shop/product_info.php/info/p775_2–Crayford-Auszug-fuer-Refraktoren—1-10-Micro-Untersetzung.html

Zum Okularauszug habe ich einen separaten Artikel geschrieben.

Astroshop bestätigte mir, dass das Teil an meinen vorhandenen OAZ TSFOCR2M passen würde. Auch bei Youtube fand ich vier Videoclips, die die Montage des PegasusAstro an verschiedene Crayford 2 Zoll Dual Speed Okularauszügen zeigen. Der Focuser Type 4 ist der, der meinem TSFOCR2M voll entspricht.

Focuser Type 4

Fotos von meiner Montage des PegasusAstro

Schraube mit Unterlegscheiben.
Dazu nehmen wir die längere der beiden am OAZ vorhandenen Schrauben und benutzen das hintere (vom Objektiv weg zeigende) Gewinde…

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DK_20180224_2366: Motor Fokusser Pegasus Astro Dual

Unten sieht man die Unterlegscheiben von oberhalb und unterhalb es Blechwinkels. Die Motorachse ist mit der Fokusachse verbunden. Nur eine einzige Schraube hält den Motor. Diese Schraube hat dann eine Doppelfunktion muss gleichzeitig das Okularrohr im OAZ gut festhalten.

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DK_20180224_2369 Motor Fokusser Pegasus Astro Dual

Der Schraube hält den PegasusAstro-Motor nur etwas schräg, weil der OAZ TSFOCR2M so gebaut ist. Ein serielles Kabel verbindet den Motor mit der Steuerbox (Controller)…

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DK_20180224_2370 Motor Fokusser Pegasus Astro Dual

Weitere Montageanleitungen auf Youtube

Betrieb des Motor-Fokussierers PegasusAstro

Die Steuerung des PegasusAstro kann auf unterschiedlichem Wege erfolgen:

  • Per Hand: durch drehen an dem Drehknopf an der Steuerbox
  • Per USB und speziellem mitgelieferten Progamm (sog. “stand alone”)
  • Per USB über die ASCOM-Schnittstelle über ASCOM-fähige Astro-Programme (z.B. APT, Maxxim DL,…)

Steuerung manuell

Die Steuerbox mit Drehknopf “Manual Focus” vorne rechts. Das serielle Kabel hinten ist die Verbindung zur Motor-Einheit, der runde Stecker vorne in der Mitte ist die Stromversorgung, links daneben leuchtet eine kleine LED.

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20180813 PegasusAstro Steuereinheit

Steuerung mit Stand Alone Software

Mit dem PegasusAstro-Gerät wird eine Stand-Alone-Software (DMFC = Dual Motor Focus Controller) mitgeliefert, die es ermöglicht den Fokusser per USB über einen Windows PC (Notebook) zu steuern.

Fokus_PegasusAstro-02.jpg

Pegasus Astro Dual Motor Fokusser: Stand Alone Software

Erst erstes muss man oben rechts auf das kleine Symbol “Connect” klicken – wobei die Frage ist welche Schnittstelle…

Unten in der Mitte kann man von “Stepper Motor” auf “DC Motor” und umgekehrt umschalten – deshalb heisst das Teil “Dual Motor Focusser”.

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Motor Focusser PegasusAstro: Stepper Motor

Die Umschaltung von “Stepper” auf “DC” kann nicht über einen Schalter am Gerät, sondern nur über Software erfolgen. Also mit diese “Stand-Alone-Software” oder später mit dem ASCOM-Treiber.

Der Unterschied zwischen den beiden Motorarten ist folgender:

Falls der Motor-Modus “Stepper Motor” aktiviert ist, wird die Position des Fokussers in Form von Zahlen angezeigt, was für den praktischen Betrieb des Focussers äußerst sinnvoll ist – auch später mit APT über ASCOM.

Fokus-Steuerung mit APT per ASCOM

Über (z.B.) APT ist eine integrierte Steuerung des Fokussers via ASCOM möglich.

Um die Fokussierung bequem mit der Software APT am Windows-Computer vornehmen zu können, muss der Motor-Fokussierer per ASCOM mit APT verbunden werden.

Dazu rufen wir APT auf und gehen in den Reiter “Gear”, wo wir dann den Abschnitt “Focuser” finden. Die Schaltfläche “Connect” hat rechts oben ein kleines Plus-Zeichen. Das bedeutet. dass wir mit “Shift” + Klick zuerst zum Konfigurieren kommen. (Später klicken wir nur “normal” auf die Schaltfläche “Connect” um den Connect mit den zuletzt eingestellten Parametern herzustellen).

Im ersten Schritt wählen wir den (zuvor installierten) ASCOM-Treiber für das Gerät (Pegasus Astro Focus Controller) aus. Danach müssen wir auf die Schaltfläche “Properties…” klicken.

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Pegasus Astro Focusser: ASCOM Chooser

Wenn wir auf die Schaltfläche “Properties…” klicken, erscheint folgende Dialogbox:

Fokus_PegasusAstroMotorFocusser-03.jpg

Pegasus Astro Motor Focuser Controller Setup

Der Device Port (hier COM4) sollte voreingestellt sein, ansonsten müssten wir den Windows-Gerätemanager bemühen, um die richtige COM-Schnittstelle heraus zu finden.

Unten können wir den Motor Mode einstellen, denn wir haben ja einen “Dual Motor Focuser”. “Stepper Motor” ist hier die bessere Einstellung, weil dann der Focuser-Motor in Schritten, die als Zahlen angezeigt werden, bewegt werden kann.

Wenn wir nun auf die Schaltfläche “OK” klicken, sollte die Verbindung hergestellt werden.

Wenn der Connect zum Focuser erfolgreich hergestellt werden konnte, wechselt die Beschriftung der Schaltfläche von “Connect Focuser” auf “Disconnect Focuser”…

Fokus_PegasusAstroMotorFocusser-04.jpg

APT: Focuser connected

Hier können wir nun die momentane Position (im Beispiel: 4989) sehen und durch Klicken auf die Schaltflächen unten, den Focus nach innen oder nach aussen bewegen…

Positiv kann man den erfolgreichen Connect zum Motor Focuser auch im APT-Log erkennen:

Fokus_PegasusAstroMotorFocusser-05

APT Log showing successful connection to the motor focuser