自制天文望远镜

标签: 天文 望远镜 | 发表时间:2011-09-08 13:36 | 作者:(author unknown) 老周
出处:http://www.guokr.com/
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DIYer:arpruss
制作时间:一星期
制作难度:★★★★☆
GEEK指数:★★★★★

编译来源

我一直都想自己做一台望远镜。镜片不贵——一个 6 吋的 F/5 镜片(带有一个 1.5 吋的副镜片),是 Cloudy Nights论坛上一个朋友卖给我的。我想做一个传统式样的望远镜,只要把镜片装在 Sonotube(Sonoco 的管材品牌)里,其余部分基本上都是用 1/2 吋的波罗地海桦木夹板制成的。


1   高度轴承

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  • 用曲槽刨出了轴承,材料用的是 3/4 吋红橡木。弧度比半圆大一些。
  • 一般来说,轴承都是圆形的,不过,如果用半圆轴承(或者弧度再稍稍大一些)的话,那么花同样的钱,用同样大小的木板,做成半圆轴承半径就能更大,稳定性也会更好。
  • 用孔锯挖几个孔,以减轻重量,同时强度也不会有太大变化。

2   镜片焦距

  • 粗略测量了一下,镜片的焦距大约是 29 英寸。方法是用一盏红色 LED 灯,在离镜片表面一段距离(d1)的位置照射它,让光线调焦到一张蜡纸上,然后测量蜡纸距离镜片表面的距离(d2),公式为 1/d1+1/d2=1/f 计算,其中 f 是焦距。测量两次,取平均值。

3   镜筒

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  • 用一根直径约8 吋的 Sonotube 管,不过壁厚只有大约 0.095 英寸,又轻又薄,易坏。
  • 根据 Cloudy Nights 上的建议,我采取了以下行动:
  1. 从夹板中用曲槽刨切出四个环,用于加固外壁。
  2. 需要一个 29 吋长的管子(也就是焦距的长度)。再制作三个环塞进大管子里,用于加固。
  3. 木胶水和水以 1:1 混合,将硬纸板的两面都涂满后,我把环插入管子里。在涂抹内侧的时候,我把一部分水换成了黑丙烯酸粘合剂,给内侧先上一层暗色,到最后会把它涂得更黑。
  • 最后我们就完成了一根非常结实的管子,不过目前我只装上了一个夹板环。

4   安装主镜片

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  • 镜片本身配有塑料外壳但要将它安装在 8 吋内径的管子里,需要塞些东西填隙,于是我就要制作一个镜片框。
  • 先绘制矢量草图。我的测量技巧并不是很好,所以,为了尽可能地精确,我把切割模板打印了出来,贴在木料上,按照模板切割和钻孔,或是就用铅笔画下记号,直接穿过模板钻孔。
  • 计划用废料制作镜片框。外壳本身会做成一个切角的三角形,材料是两层 1/2 吋厚的波罗地海桦木夹板。

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  1. 定位螺栓
  2. 通风孔
  • 我用线锯切割外壳,然后用孔锯挖出了通风孔。接着,我在两个三角形的其中一个上面钻几个埋头孔,用于定位螺钉的安装。上好螺钉后,将另一块夹板粘合在这块上面然后用力压紧。最后,螺钉的端部就被锁在这块基本牢固的夹板中(两块夹板粘合起来,就成了一块基本牢固的厚夹板了!)

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  1. 小通风孔
  2. 大通风孔
  3. 定位螺栓孔
  • 用剩余的红橡木料制作一个矩形的基板(下面的示意图中的“后挡板”)。底板的安装位置在接近管子底部位置。用曲槽刨将余料切成圆形,直径与管子基本相吻合。
  • 这些孔做成了埋头孔,使套在螺钉上的定位弹簧沉入孔中,组装时更紧凑。
  • 用孔锯在底盘上挖了3个通风孔。要强调一下,这种布置完全是从功能上考虑的。在保证定位螺钉孔周围强度的条件下,尽量让内孔开得够大。4颗木螺钉足以将底盘和管子固定住。
  • 镜片用3滴 3/4 吋的硅酮密封剂粘在外壳中,用 Plop(某镜片安装工具)将其调整到最佳位置。我用一些可拆卸的 1/4 吋硬纸板垫圈,确保密封剂不会在凝固时不会漏出来。镜片应该和密封剂之间没有挤压,当温度变化时,木头和玻璃的不同膨胀率不会对它造成任何应力。

5   钻调焦孔

  • 在硬纸板管子上钻孔。
  • 涂满胶水的硬纸板能承受孔锯。结果较成功,只是内侧有一点缺口,可用胶水补上。

6   调焦座

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  1. H 形零件与钢杆接触的一侧(在调焦管的旋钮之间)
  2. 调节指旋螺钉
  3. 滑板轴承
  4. 顶部望远镜加固环
  • 制作这台望远镜的时候,我采用的是更普通的 Crayford 式调焦座的做法。目镜套筒是铝质的,外径 1.5 吋,内径 1.25 吋。
  • 实际上,拿到套筒的时候,发现接目镜和激光瞄准器和它不匹配,于是我不得不将套筒的内径磨大些。方法是用螺丝起子,在柄上裹上砂纸和泡沫塑料,用胶带缠住一头,然后插在电钻上使用。

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  1. 松紧调节螺钉
  2. 滑板轴承
  3. H 形零件所在的柱子
  • 调焦座的主要部分是一块硬纸板,两边有两根 5/16 吋的销钉,让它与管子的曲线相匹配,以及三根柱子。它们都是粘在板上的,并用螺钉固定。右边的两根柱子装有滚珠轴承,左边的那根当中挖了一个孔,这是调焦轴的支架。在支架上有两个螺丝,用于调节松紧度。

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  1. H 形零件将钢杆顶在调焦管上
  2. 1/4 吋不锈钢棒
  3. 橡胶零件提供了一定的弹性,置于 H 形零件和柱子之间
  • 非固定的部分包括一个小的 H 形白杨木零件,安装在左边支架的槽中。它当中切出了几个 V 形的孔,充入了聚四氟乙烯。
  • 在 H 形零件和柱子之间,放橡胶零件增加弹性。调焦轴是一根 1/4 吋的不锈钢棒。旋钮是用松木板制成的。
  • 在制作旋钮的时候,我先用 1.25 吋的桨形钻头往松木板里钻大概 1/3 吋深。再用大型的孔锯将它们切下来,得到带有嵌入孔的圆柱体。穿入螺栓,用电钻打磨。然后,就可以将轴装入了。我在轴上安装了一些聚四氟乙烯塑料环,还把轴的一端锉粗糙,然后将旋钮安装到位。调焦座底部的销钉则是个例外,为了让调焦座与管子紧密连接,我用了强力胶。
  • 它们之间的运动很平滑。

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1.将销钉粘住,贴紧管子的曲线

  • 在照片中,调焦筒还没有完全修整好。到最后,我会将它修整到正确的长度(在确定了焦平面的位置以后——让它位于焦平面下 0.25 英寸的位置),并且添加一个固定螺钉。

7   简易副镜片底座

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  • 我用曲槽刨和手锯从一个 1 吋的方形白杨木杆上切下了粗略的副镜片底座。

8   副镜片支架和十字叉

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1.用牙签做垫片,以后会拿掉。

  • 我把一根钢条夹在两根之间,在靠近末端的部分弯折过来,用锤子将它敲平,再用可调扳手锁紧,用手弯折,微调。

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  1. 这提供了定位的第二个自由度
  2. 这提供了定位的第一个自由度
  3. 调焦筒

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1.多余的部分要切除


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  1. 副镜的支杆连接在这根马车螺栓上
  • 在副镜支架上要安装十字叉的位置钻一个 1/4 吋的孔。
  • 用普通的办法,把副镜片粘在支架,用硅酮密封剂和几根牙签保证留出足够间隙,晾了几个小时之后,把牙签撤去。这样就做出了一个1.5 吋副镜。
  • 装上主镜片。然后试着装上副镜片。
  • 我们量出管径一半长度的木板,以将钢条固定在中央。我们还切了一小块硬木板,作为直角规,让钢条能和调焦管成直角。为了确保垂直方向上的精度,我将激光瞄准器放在调焦管里,用 Inkscape 画了一个对中目标,剪下来,贴在副镜片前面。
  • 不用试图让它百分之百地对准,在精度已经足够的情况下,安装镜片。
  • 副镜片的支架用马车螺栓安装在管子上。马车螺栓的一头旋上一个塑料的带翼螺母,另一头插入管子外面的夹板盘内。有些长螺钉要修整尺寸。

9   各镜筒组装的初始测试

  • 用激光发射器校准了镜面之后,是时间进行开光测试了。换上适当的目镜,放大倍率为28倍,大约能看到 2 度的视野。那天晚上,我们清晰地看到了土星。
  • 现在,我们要制作一个宽大的六角形夹板环,大约有 7 吋大,套在镜筒的中间,然后把高度轴承装在上面,制作一个标准的道布森望远镜盒。

10   八边形全封闭望远镜盒

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  1. 底部加强环
  2. 调焦筒
  3. 六边形盒子,绑着胶带和大橡皮筋,等待胶水凝固
  4. 顶部加强环
  • 我们台锯切割 1/2 吋(实际上比这个稍微小一点)波罗的海桦木。
  • 在望远镜镜筒的重心处要放一个六边形的盒子。这做起来在精度上会有点难。
  • 为了弥补尺寸过大的问题,我们把其中两边切小了一点,然后在盒子与镜筒之间的空隙处填入了一些木片。图中,我们正把六边形盒子晾干,用大橡皮筋(红色)和胶带(银色)绑住。

11   安装

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1&2. 垫脚


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1、2.这里有一个聚四氟乙烯塑料垫,粘在底部的盒子上,朝下压在半圆形轴承上面,让胶水能将它们紧密结合起来。


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  1. 我装上了这些木条,用聚四氟乙烯粘合,用于避免轴承从侧面滑落
  2. 聚四氟乙烯轴承表面
  3. 方位角松紧调节

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  1. 将六边形牢固连接的加固零件;上色之后更好看!
  • 这个轴承盒子看起来非常不错。圆形的零件都是用曲槽刨制作的。我还在轴承底部粘上了几个 1/16 吋的聚四氯乙烯塑料垫,然后利用盒子自身的重量将塑料垫压紧。
  • 轴承底座的制作很简单:只要一块圆形的夹板,装上 3 个圆形的撑腿(用孔锯在轴承上挖出减重孔),在靠近撑腿的位置垫上聚四氯乙烯塑料垫(用于稳固),然后插入一张老唱片,抵住聚四氯乙烯垫。像第一张照片里那样,用砖头把垫脚和撑腿都压住。
  • 最后,把轴承安装到镜筒上。我还添加了些木头零件,用聚四氯乙烯粘在轴承孔内侧,避免轴承落下来。
  • 这就是完成后的望远镜。
  • 最后给你们一个上色的小提示:记得要着重给夹板边缘的木料末端部分上漆,因为那个部位很容易受潮。另外,要把镜筒内所有的东西都上均匀的黑漆,除了镜片(在上漆时要取出来)——黑漆要尽可能地均匀,避免光线反射。

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