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Une mire laser pour régler la planéité d'une tourelle orientable
(difficulté : *** moyen)
Les télescopes à monture Dobson ne sont pas toujours faciles à motoriser. A SCIENCES POUR TOUS, notre télescope Newton T600 est monté sur une monture équatoriale allemande en fer à cheval.
(Cliquer sur les images encadrées pour les grossir)
Le problème, avec ce genre de monture, c'est la position de l'oculaire : suivant l'objet observé et la position du télescope, on se retrouve allongé sous la tourelle, en équilibre sur un pied au-dessus du télescope... Ce n'est pas très pratique, surtout pour accueillir du public.
Pour résoudre ce problème, le T600 est muni d'une tourelle orientable sur 360° avec un frein et 3 trains à 120° de chacun 4 roulements à billes qui roulent sur un chemin de roulement en duralumin. Dans chaque train, 2 roulements pincent le chemin de roulement pour définir la position en hauteur, et 2 autres roulements roulent sur le chemin (En mettre 2 limite l'influence des défauts de surface). Ce système fonctionne depuis plusieurs années, l'effort de réglage est très faible, le jeu nul et la précision excellente. La grosse difficulté de réalisation consiste à fabriquer un chemin de roulement plan. Nous avons construit le chemin et son support très rigides et nous avons, en plus, prévu un réglage : 16 vis + écrous + contre-écrous sur 360° permettent de déformer le chemin de roulement pour corriger les défauts éventuels.
Vue de la tourelle et des roulements
2 des 3 trains de roulement, les vis et contre-écrous sont visibles (l'octogone bleu, sous la tourelle est en un renfort en acier qui maintient le chemin de roulement).
Vue d'un train de 4 roulements
1 roulement au-dessus, 1 roulement en dessous et 2 roulements sur champ, 2 vis et contre-écrous sont visibles.
Comment mesurer les défauts ? Un défaut de planéité se traduit par un creux (ou une bosse) sur le chemin de roulement. Chaque fois qu'un roulement passe dans ce creux, la tourelle sort de l'axe optique d'une valeur correspondant à la profondeur du creux divisé par le diamètre du chemin de roulement. Une erreur de 1/10 sur un diamètre de 680 correspond à un angle de 1/6800, sur la focale de 2400 cela fait 0.35 mm. Il y a 3 roulements : à un creux correspondra 3 écarts. Si l'on trace, avec un laser, le trajet de l'axe optique d'une tourelle avec un creux, on obtient une sorte de marguerite à 3 branches :
L'interprétation d'une tourelle déformée "un peu dans tous les sens" d'après le trajet de l'axe optique, est beaucoup plus difficile. Nous avons réalisé un logiciel de simulation "PLAN.EXE" (PC DOS VGA):
Après bien des essais nous avons disposé un pointeur laser réglable fixé sur le bord de la tourelle ET QUI TOURNE AVEC ELLE. Il est fixé du coté opposé à l'oculaire et dirigé vers le centre du miroir primaire.
Sur la tourelle, sous l'oculaire, nous avons installé un petit miroir (de photocopieur) à 45°, une fenêtre en plastique transparente, deux pinces ressort et un papier muni d'une mire (des cercles concentriques imprimés) (voir ci-dessous). Le faisceau laser sort du pointeur, se réfléchit au centre du miroir primaire et repart vers le miroir qui le dévie sur la mire en papier (le système fonctionne même sans secondaire et sans porte-oculaire).
Nous faisons tourner la tourelle. Tous les 1/16 de tour, nous dessinons la position du laser sur le papier. On obtient un "patatoïde" qu'avec un peu d'habitude, on arrive à interpréter : on règle les écrous et contre-écrous de la tourelle pour obtenir un "patatoïde" le plus petit possible. Nous l'avons réglé (de jour) en un après-midi en novembre 98 : le "patatoïde" rentrait dans un cercle de 3 mm de diamètre environ (voir ci-dessous). Nous avons refait la mesure en mars 99 : nous avons obtenu à peu près le même résultat ce qui prouve que le réglage est stable dans le temps. (le télescope est stocké à l'abri, à température extérieure à 1100 m d'altitude).
La mire se trouve sous le porte-oculaire, le tracé est en rouge :
5, 10, 15, 20 mm : 5 mm représente l'aller retour soit 2.5 mm d'écart sur une longueur de 1900 mm. Nous considérons qu'un écart négligeable serait de l'ordre de 1 mm soit un "patatoïde" de 2 mm de "diamètre". (là, nous n'en sommes plus très loin...)
Attention : l'aller et le retour se font sur 2 fois la longueur mais l'erreur est multipliée par 2 par la réflexion sur le primaire : si on mesure un écart de 2 mm, on doit le diviser par 2 x 2 x 1900 => 0.00026 radians soit 1.8 ' d'angle.
Sur le dernier relevé, le tracé est décentré (vers A15) mais il atteint la limite de résolution de notre système.
Tout le monde suit ? nous avons monté un deuxième miroir pour augmenter la sensibilité : le faisceau part du laser fixé sur le bord de la tourelle, se réfléchit au centre du primaire, repart vers le miroir sur le bord de tourelle à l'opposé, est réfléchit sur le primaire quelque part... et repart sur le miroir de la mire avec une démultiplication de 16 soit 2 mm d'erreur => 27" d'angle.
Le patatoïde est 4 fois plus gros.
Nous avons aussi utilisé ce laser pour mesurer la flexion de tourelle. Entre la position verticale et 20°C/horizontale Sud et Nord, le laser décrit une figure en forme de "U", la déformation maxi est de +-5 mm environ soit 5/16/1900 = 0.16 mrad. Soit une flexion en haut de 0.3 mm.
1 an 1/2 après, nous avons remesuré la planéité de tourelle: le "patatoïde" (au centre de la mire) s'inscrit dans un cercle de moins de 3 mm de diamètre: une erreur de moins de 1.5 mm à diviser par 16 soit 0.1 mm environ, ce qui est très bon.
A gauche, sur l'image, nous avons basculé le télescope vers le Sud puis vers le Nord de 80° (proche de l'horizontal). La déformation est de 4 mm environ soit 0.25 mm (qui confirme la mesure de 1999) et qui correspond à la flexion du chemin de roulement et à l'allongement des barres en acier qui forme la structure du télescope. La aussi, c'est très acceptable. Pour gagner en flexion, il faudrait refaire la tourelle (bleu) en profilés d'aluminium à la place de l'acier....
Maintenant, pour observer, une fois le télescope pointé, on desserre le frein de tourelle et on règle la position la plus confortable pour l'observation : assis ou debout.
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