Peilintekoa valamalla

Työurani aikana ehdin valmistaa monenlaista erikoisoptiikkaa mutta teleskooppipeili jäi silloin kuitenkin tekemättä. Valumuovin käyttö peilin raaka-aineena kyti kyllä jo tuolloin mielessä mutta epäillys idean onnistumisesta esti silloin hankkeen aloittamisen. Toisin on nyt, eläkkeellä voi kokeilla hullujakin ideoita eikä tarvitse huolehtia omasta tai perheen toimeentulosta.

Peilinteko valamalla perustuu ilmiöön, jossa pyörivässä astiassa nestepinta nousee reunoilla ylös ja muodostaa astian keskelle kuopan. Jos pyörimisakseli on tarkasti pystyssä, asettuu nestepinta paraboloidin muotoon, missä "kuopan" kaarevuussäde  R on
(1)                    R  =  (946/ω)²    kun ω = pyörimisnopeus.
Kaavalla  R:n laaduksi tulee mm, jos pyörimisnopeus on yksiköissä kier/min. Jos esim. ω=33.3, on R=806 mm, mikä olisi sopiva koko  harrastajaputkelle ja helppo toteuttaa  vaikka levysoittimen avulla.

Omat kokeeni aloitin parisen vuotta sitten, jolloin huomasin nopeasti, että homman vaikein osuus oli pyörimisakselin tarkka pystytys. Levysoittimissa  on yleensä aina jousitus, jonka tarkoitus on vähentää tärinän vaikutusta. Nestepinnan pyöritykseen tuollainen rakenne ei kuitenkaan sovi vaan on se muutettava täysin kiinteäksi ja rakennettava soittimen alle  oma kallistettava taso, jonka suuntaa voi ruuveilla säätää.  Alla kuva omasta ratkaisustani

Kuva 1.  Epoksimuotin pyörityskoneisto.

Kuvassa näkyvä rautakaupan vesivaaka  soveltui vain soittimen karkeaan pystytykseen. Lopullinen pystytys tapahtui tarkkuusvaa'alla, jossa asteikon jakoväli on 10". Huomaa soittimen päälle alimmaksi kasattu levypino. Sen tarkoitus  oli stabiloida levylautasen akselissa havaittua klappia. Levypinon päälle teipattuna on epoksin sisältävä valumuotti ja sen päällä lautaskansi estämässä pölyn ja ötököiden laskeutumista epoksin pinnalle.

Koko hoito oli  koottu seinässä kiinni oleville saunan lauteille. Tämä siitä syystä, että puulattialla oleva pöytä  kallisteli +-25" riippuen siitä, missä "koneenkäyttäjä" kulloinkin seisoi. Saunassa tätä ongelmaa ei ollut mutta siellä ongelmaksi muodostui lauteiden stabiilisuus. Valun alkaessa  pyörimisakselin virhe oli säädetty alle kaarisekunnin suuruiseksi mutta 20 tunnin kuluttua, kun valu oli pölykuiva, oli virhe tyypillisesti  syvyyssuunnassa  +-10" ja leveyssuunnassa +-30".

Ennen tarkkuusvaa'an hankkimista tutkin pystytystä myös optisesti tarkastelemalla nestepinnasta (vedestä tai öljystä) heijastuvan pistemäisen valolähteen kuvaa saunan katossa. Jos pystytys oli hyvä, oli kuva täysin stabiili levylautasen pyöriessä. Konstin toimivuus jäi kuitenkin varmistamatta, koska alkuvaiheessa tuli paljon  mokia, jotka pilasivat lopputuloksen.

Valumuovi

Käyttämäni valumuovin, epoksin, tilasin netistä, josta aineen toimittajia löytyy pilvin pimein.  Valintani osui firmaan nimeltä  LI HSI TECH CO., LTD koska heillä oli hyvät verkkosivut ja koska heiltä sai tilattua myös pieniä koe-eriä (1 kg).  Valinta olikin onnistunut, koska yhtiön edustaja osoittautui alansa hyvin tuntevaksi ja halukkaaksi palvelemaan myös pieniä asiakkaita, jotka eivät välttämättä tiedä mitä haluavat.  Tarjolla olevien epoksien kirjo kun on   suuri ja räätälöity moniin eri tarkoituksiin.  Eroja aineiden välillä on mm. niiden värissä, lujuudessa, juoksevuudessa ja kuivumisajassa. 

Parin koe-erän jälkeen päädyin yhtiön edustajan neuvosta tuotteisiin  E-0001 ja H-0001 (epoksi ja kovettaja), jotka ovat lähes veden kaltaisesti juoksevia  ja kuivuvat pölykuiviksi alle 20 tunnissa. Alla kuva tuotepakkauksista  ja "vispilästä" niiden sekoittamiseen.

Kuva 2. LIHSI  epoksivaluhartsi ja sekoittaja.

Hartsin ja kovettajan sekoittaminen onkin jo sitten ihan oma taiteenlajinsa,  josta netti tarjoaa monia hyviä esityksiä. Omani on tuo  Mixing epoxy resin. Eri aineilla sekoitussuhde vaihtelee mutta omassani se oli 1:3. Mitenkään  kriittinen tuo suhde ei kuitenkaan  ollut. Jos kovettajaa oli liikaa, seos  kuivui vain nopeammin ja päinvastoin. Omissa kokeissani kuivumisaika oli pisimmillään  2 vrk, kun seos aineen loppuessa  jäi vähän laihaksi.  Kovaa siitäkin kuitenkin lopulta tuli.

Peilinteon kannalta tärkeää on, että seos kuivumisen aikana säilyttää muotonsa, jonka se alussa  on pyöriessä  saanut. Jos valettava kerros on vahva, tämä ei onnistu, koska sekoituksen aikana seos lämpenee  ja  kuivuessaan  sitten vähitellen jäähtyy.  Kantapään kautta opin, että ensimmäinen valu ei koskaan onnistu. Ensin pitää valaa valupohja, jonka päälle on valettava vielä  lopullinen  ohut uusi  kerros. Sopiva kerrosvahvuus näytti olevan n. 2 mm. Ohuempikin saattaisi toimia mutta tuota en aineen loppuessa ehtinyt kokeilla.

Koekappaleet

Ensimmäinen koekappale oli surkea räpellys, jonka tarkoituskin oli vain testata valamisen tekniikkaa. Muottina oli pieni lautanen, jota pyöritin nopeudella 45 kier/min. Vaikka pinta oli silminnähden huono, laitoin sille kuitenkin Al-pinnoituksen nähdäkseni, oliko se mahdollista. Pinnasta tulikin oikein kiiltävä, aivan kuin lasille  pinnoitettu, mistä innostuneena  yhdistin sen ja pienen weppikameran kuun katsomista varten. Alla kuva systeemistä. Kuu kyllä näkyi mutta huonommin kuin paljain silmin eikä aivan pyöräkään ollut - itse asiassa, kaukana siitä.

Kuva 3. Ensimmäinen koekappale kuuteleskooppina.

Seuraavaksi yritin valaa pientä off-axis peiliä - siis sellaista, missä pinnan optinen akseli ei kulje peilin keskipisteen kautta. Tämä yritys kuitenkin epäonnistui, koska ainetta oli liian vähän  ja valui kaikki  muotin ulkoreunalle  jättäen sisäreunan vajaaksi. Olin laskenut menekin oletuksella, että pyörimisakseli olisi peilin keskellä. Alla  laatutarkkailukuvia vähän suuremmista aihiosta, joista pinnoitus  vielä puuttuu.

Kuva 4. Heijastuksia  ilman pinnoitusta  olevista  aihioista.

Kuvassa vihreässä rasiassa oleva aihio jäi tämän koesarjan parhaaksi. Siinä pohjan (360 g) päälle on valettu kaksi  2 mm:n lisäkerrosta, joista alimmassa on ainetta E55 g + H25 g ja seuraavassa  E60 g+H20 g. (Ihan kaikki aine  ei ole peilissä, sillä osa siitä jäi aina sekoitusastian reunoille.)

Pohjan kaarevuussädettä en yrittänyt mitata  mutta toisen pinnan säteeksi sain  R=800 mm ja  kolmannen  R = 781  mm., jolloin peilin lopullinen polttoväli olisi siis puolet tästä. Kun rasian läpimitta on 212 mm, tulisi aukkosuhteeksi  f/1.8 eli varsin kunnioitettava arvo. Kuvasta kuitenkin näemme, ettei heijastuskuva ole reunoille asti hyvä, vaan on siitä rajattava ainakin 13 mm pois. Varmuuden vuoksi rajasin vielä pari milliä lisää, jolloin lopullinen aukkosuhde on f/2.1

Mustalla lautasella pinnan kaarevuussäde  oli R=750 mm vastaten  arvoa   ω =34.5 kaavassa 1. Myöhemmin sahasin peilistä sen keskustapin irti, mikä oli virhe. Sahatessa pinta kuumeni ja heijastuskuva huononi selvästi. Kaarevuussäteen uudeksi arvoksi tuli R=672 mm. Myös vihreän rasian pintaan syntyi samantapainen mutta pienempi virhe, kun porasin  sen pohjaan 4 reikää kiinnitysruuvien liimausta varten. Näkyvät kuvassa epäselvinä täplinä vaikka eivät ulotukkaan  pintaan asti.

Peilin testaus

Kotikonstein helpoin tapa testata kaukoputken peiliä on tarkastella sen muodostamaa  pistemäisen valolähteen kuvaa fokuksen eri asennoissa. Virheettömällä peilillä kuva on fokuksessa terävä ja extra- tai infrafokaalissa tasaisesti valaistu pyöreä levy. Jos levyn keskellä näkyy toisessa asennossa kirkas piste ja toisessa pyöreähkö rengas on vikana joko yli- tai alikorjattu palloaberraatio. Jos renkaita kuitenkin näkyy, ei peili ole toivottoman huono vaan kelpaa ainakin polttolasiksi.

Alla on kuvan 4 peilien fokussointikuvat. Valolähteenä oli aluminifolioon puhkaistu pieni reikä vihreälle rasialle ja mustalle lautaselle vähän suurempi  (pienen valoteho ei riittänyt).  Kuva heijastui valkealle pahville valolähteen viereen ja kuvattiin siitä.

Kuva 5.  Hyvän ja huonon peilin fokussointikuvat

Kuvasta näkyy, että vihreän rasian peilissä palloaberraatio on lievästi ylikorjattu mutta komaa tai astigmaattisuutta siitä ei voi havaita. Kuvan yläkulmien laajemmista extra- ja  infrakuvista kuitenkin näkyy, että peilissä on pienialaisia paikallisia virheitä,  joista osa muodostaa samanlaisen kuvion  kuin  porausreiät kuvassa 4. Vaikka peilin uloin kerros  valettiin vasta porauksen jälkeen, ei se  sitten ollutkaan riittävän vahva peittämään reikien porauksessa syntynyttä virhettä.  Odotusten mukaisesti mustan lautasen pinta oli tämänkin testin mukaan niin huono, että sitä  ei kannattanut pinnoittaa.

Kokeiluteleskooppi

Seuraava vaihe peilin testauksessa on ollut sen käyttö oikeissa kuvaustilanteissa. Kun valmista teleskooppia tähän tarkoitukseen ei ollut, piti sellainen sitten nopeasti kasata. Lopputulos on kuvissa alla.

Kuva 6.

Kuva 7.

Teleskooppi on rakennettu Bilteman reilun kokoiseen  pahviputkeen, jota kannattelee hutera kamerajalusta. Kuvat ottaa tavallinen akromaattisella lähilinssillä varustettu digikamera. Etsijänä toimii pohjasta puhkaistu pilleriputki, jonka suulla on valkoisesta ompelulangasta muodostuva tähtäysristikko. Taskulampulla valaistuna putkesta avautuu oikein tyylikäs tähtäysnäkymä, joka on riittävän tarkka tuomaan kohteen kameran näkökenttään.  Putken pohjassa on vielä kantokahva ja säätöruuvien nupit peilin suuntaukseen

Kameran optiikkaa voi myös maltillisesti zoomata, vaikeutena vain, että kameran automatiikka pyrkii herkästi tarkentamaan väärään kohteeseen  eli apupeilin kehykseen (sigh) eikä pimeässä toimi ollenkaan.

Alla kolmen ikkunalasin läpi kuvattu maisema, jonka tarkkuus vikoineenkin on yllättävän hyvä ja ylittää selvästi hankkeen onnistumiselle projektin alussa asetetut toiveet. Edellä kuvatut mokat välttämällä tulos epäilemättä olisi vieläkin parempi. Toivottavasti joku lukijoista ottaa haasteen vastaan ja tekee sen. Eikä tuollainen härveli täysin hyödytönkään olisi. Muotokuvaus sillä ainakin näyttää onnistuvan oikein hyvin.

Kuva 8. Mustarastas pihapuussa. Merkityillä alueilla kuvan tarkkuus on huono.

Kuvia, Resume in Google English

Ursan bongauskampanjan innoittamana näppäsin vanhalla kännykän risalla myös tuollaisen. Ottakaa parempi, jos osutte paikalle. Lisää haastetta mm. tuolta.

Teoriassa täyden kuun voi nähdä päivälläkin. Tässä kuvassa vaihekulma on kuitenkin vain 156°.