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  • EQ 플랫폼 제작기_1. EQ플랫폼 이해하기
  • 조회 수: 1004, 2019-05-19 21:34:57(2019-05-12)
  • 지난 번에 자작사진 올렸을 때 류혁님께서 제작기를 올려달라고 하셨는데요, 막상 제작기를 써보니 지식이 짧은 지 시간이 좀 많이 걸렸습니다. 오류도 있을 법한데, 그런 건 못잡아 낼 것 같구요, 일단 아는 만큼만 써봅니다.


    제가 EQ 플랫폼 1호기(?)를 완성한 것이 2014년이니까 벌써 5년이 흘렀네요... 그때의 1호기는 총체적으로 볼 때 실패하였다고 할 수 있겠습니다. 왜냐하면, 최종 결과로서 별을 추적하지 못하였기 때문이죠. 많은 원인이 있겠지만, 한마디로 구조적인 결함이라 표현해야 되지 싶습니다. 나중에 보겠지만 지나치게 낮게 설계한 무게중심점, 전압과 하중에 따라 속도가 달라지는 DC모터, 구동축에 힘을 제대로 싣지 못해 미끄러지는 슬립 현상 등...


    EQ_Platform_VNS1.jpg

    <사진1> 2014년 제작한 EQ플랫폼 1호기



    이번에 8인치 돕을 만들면서 마음 속에 한번 재도전 하리라 묻어두었던 EQ 플랫폼을 작년부터 소환하였습니다. 아래 사진은 EQ 플랫폼 2호기인데, 아직 모터를 장착하기 전이고 바니쉬도 칠하기 전 사진입니다.


    eq_up.jpg

    <사진2> 이번에 제작한 EQ 플랫폼 2호기



    이번 EQ 플랫폼 2호기를 만들면서 알게 된 유용한 내용들을 공유하고 누구라도 도전할 수 있을 정도의 제작기를 한번 남겨보고자 합니다. 잘 설명할 수 있을지는 모르겠지만...


    글쓰는 순서는 아래와 같습니다.



    <글쓰는 순서>


    1. EQ 플랫폼 이해

       ■ EQ 플랫폼 형식 3가지

          ① CS 플랫폼

          ② VNS 플랫폼

          ③ 하이브리드형 플랫폼

          ④ 기타


    2. 구조부문 설계

       ■ 형식과 재질의 결정

       ■ 무게중심점의 높이

        돕소니언의 무게중심점위도에 따른 EQ 플랫폼의 크기

       ■ CS 원반의 제작

       ■ VNS의 설계

       ■ VNS 설계 예시


    3. 구동부문 설계

       ■ 스테핑 모터와 드라이버

       ■ 모터의 장착과 편의성


    4. 극축정렬과 목재가공

       ■ 극축정렬

       ■ 하우징 제작

     


     


    1. EQ 플랫폼 이해

     

    먼저, EQ 플랫폼의 작동원리를 이해하기 위해 여러 군데를 기웃거렸습니다. 가장 참고를 많이 한 것이 독일의 Reiner Vogel의 사이트(www.reinervogel.net)Andre Heijkoop의 사이트(www.astrosurf.com/aheijkoop), Don Peckham의 사이트(www.dbpeckham.com), 네이버 별하늘지기에 리처드님이 정리한 글들, 그리고 야간비행의 강창호님의 제작기라고 하겠습니다. 별하늘지기 리처드 님은 메일을 보냈더니 본인이 가지고 계신 파일들 전체를 기꺼이 보내주시기까지 하셨습니다. 다시 한번 감사의 말을 전하고 싶습니다. 다른 곳에도 정리된 것이 있지만, 저의 언어로 정리하는 의미에서 작동원리와 형식을 살펴보고 제작기를 써 보려고 합니다.


    EQ_Platform_planning.jpg

    <그림1> EQ플랫폼 개념도




    EQ 플랫폼 형식 3가지

    EQ 플랫폼은 북극성 방향 즉 지구 자전축을 중심으로 회전하는 회전체 위에 장비를 둠으로써 천체를 추적하도록 만든 장치를 말합니다. 영어로는 equatorial platform인데 줄여서 EQ 플랫폼이라 부르고 있습니다. 위 <그림1>을 보면 남쪽 꼭지점과 회전축(북극성 방향)을 기준으로 회전하는 원반(붉은 색)을 상정하고 있는데 이 원반을 베어링이라고 표현합니다. 물론 이 베어링을 모두 활용하는 건 아니고 상판 아래 조각만을 사용합니다.

    베어링 형태를 기준으로 보면 대략 3가지 유형으로 나눌 수 있습니다. CS(circle segment) 플랫폼, VNS(vertical north segment) 플랫폼, VNS-CS 복합형(하이브리드형) 플랫폼입니다.(마지막 세 번째 형태는 앞선 두 가지 방식을 섞어놓은 것이라 편의상 하이브리드로 명명했음)

     

    베어링은 <그림1>에서도 보는 바와 같이 북쪽을 바라보는 쪽을 북쪽베어링, 남쪽에 축이 되는 곳을 남쪽베어링이라 합니다. 북쪽베어링의 형태를 기준으로 보면, 원형판을 잘라 만든 것을 circle segment(CS, 경사형 원형조각) 방식, 타원형으로 만들어 플랫폼 바닥과 수직을 이루도록 잘라낸 것을 vertical north segment(VNS, 수직형 타원조각-북측에만 적용) 방식이라고 합니다. 하나씩 살펴봅시다.

     


    CS 플랫폼 (CS: circle segment, 경사형 원형조각)


    dbpeckham_platform.jpg dbpeckham_platform_up.jpg

    <사진3,4> CS 플랫폼


    CS(circle segment) 플랫폼은 북쪽 베어링과 남쪽베어링을 북극성의 고도(=그 지역의 위도)만큼 기울인 채로 설치하여 운영하는 형태를 말합니다. <그림1>에서 붉은 색으로 표시된 회전원판의 아랫부분을 잘라서 설치를 합니다. CS(Circle segment)라고 한 것은 둥근 회전 원반의 아랫부분만 잘라서 사용하기 때문에 붙인 이름입니다. 이 회전원반은 타원이 아닌 원형입니다. 그래서 의역하자면 경사형 원형조각이라 표현해 볼 수 있습니다.


    이 방식은 직관적으로 설계를 할 수 있고, CS가 원형이라 전통적 방식의 목공 제작 시 타원형보다는 용이한 점이 있습니다. 다만, CS가 기울어져 있다 보니 목재 경사각 커팅 등에서 제작이 까다롭고, 중량이 많이 나가는 돕소니언에서는 수직 방향의 힘이 아니다 보니 힘을 제대로 받아내도록 구조설계를 잘해야 합니다. 한 가지 더, 모터 설치가 까다롭습니다. 모터 또한 경사지게 설치해야 하는데 정밀한 작업이 필요합니다.


    이런 단점에도 불구하고 제대로만 만든다면 가장 정밀하게 만들 수 있을 거라 생각됩니다.


    VNS 플랫폼 (VNS: vertical north segment, 수직형 타원조각)


    EQ_VNS1.jpg EQ_VNS2.jpg

    <사진5,6> VNS 플랫폼



    VNS(vertical north segment) 플랫폼은 앞서 살펴본 베어링(회전 원반)을 기하학적인 계산을 거쳐 타원 원반으로 만든 뒤 이를 수직 방향으로 세운 것을 말합니다. 통상 북쪽베어링을 이렇게 구성을 하고, 남쪽은 비교적 간단하게 피봇 수준으로 제작하는 경우가 많습니다.그래서 의역하자면 북측 경사형 타원조각이라 표현해 볼 수 있습니다.

    VNS 플랫폼은 앞서 살펴본 CS방식과는 달리 segment가 수직 방향으로 힘을 받기 때문에 중량이 나가는 돕소니언에 비교적 쉽게 대응할 수 있고, segment 제작 외에는 비교적 쉽게 제작할 수 있는 장점이 있습니다. 단점이라면, 언급한 대로 VNS 제작이 까다로운 점이 있겠습니다. 또한 segment가 타원형으로 변형되면서 위도가 고정되기 때문에 위도 변화를 수용할 수 있는 폭이 좁은 점도 단점일 수 있습니다.

    하이브리드형 플랫폼

    NewCompactPltfromNWcompressed.jpg NewCompactfromSEcompressed.jpg

    <사진7,8> 하이브리드형 플랫폼



    하이브리드형 플랫폼이란 이름은 편의상 붙인 이름입니다. 크게 보면 VNS 플랫폼의 변형이라 보면 됩니다. , 북측 segmentVNS방식이고, 남측 segmentCS방식으로 고안된 EQ 플랫폼입니다. 위 사진에서 보다시피 south 베어링이 기울어 진 것을 볼 수 있습니다. 이 방식을 적용하면 저위도 지방에서도 부피증가 없이 적절한 크기로 만들 수 있는 장점이 있습니다.


    기타


    EQ_Platform_planning_recline.jpg

    <그림2> EQ플랫폼 크기 줄이기





    aheijkoop_platform.jpg

    <사진9> EQ 플랫폼 남측 베어링 변형 사례(www.astrosurf.com/aheijkoop)



    남측 축을 변형하여 길이를 줄인 플랫폼도 있습니다. 위 사진에 보이는 플랫폼은 북위 45도 정도 지역에서 사용하도록 만든 플랫폼인데, 우리나라 처럼 35~37도 정도로 내려오면 뒷 꽁무니가 더 높아져야 하므로 조금더 부담스러운 크기가 될 수 있습니다. 나중에 한번 더 보겠지만, 아주 길어져야 하는 플랫폼을 줄여주는 효과가 있습니다.



    일단, 여기까지 EQ 플랫폼에 대한 분류였습니다. 다음부터는 실제 설계부분을 다루어 보도록 하겠습니다.


    <다음에 계속>

댓글 7

  • 고영해

    2019.05.14 03:02

    안녕하세요. 좋은 자작기 감사드립니다. ^^ 저도 EQ플랫폼을 자작중인데 궁금한 점이 있어 댓글로 질문 남겨봅니다.

    이현동님께서 만드신 1호기와 거의 비슷한 개념으로 자작중이라 덜컥 겁이나서요. 사용하려는 부품도 거의 비슷합니다. 유니트베어링을 쓰신 부분이나 DC 기어드모터와 핸드 컨트롤러(모터 컨트롤러, 볼트미터를 단 부분까지 생각이 같네요. )높이 조절좌와 손잡이너트 등등이요. ^^ 저는 세그먼트 자체를 합판 CNC로 하고 스텐판재를 덧대는 정도만 차이가 있네요.(저는 강창호님께서 올리신 자작기에 끝부분에 세그먼트가 미끄러지는 현상이 있다고 하셔서 마찰면을 넓혀 마찰력을 늘릴 생각으로 조금 바꿨었습니다.)

    DC모터의 단점이 하중과 전압에 따라 속도가 달라지는 부분인데 전 하중은 제 돕만 사용할 것이니 크게 문제가 없다고 생각했거든요. 전압에따라 속도가 달라지는 부분은 볼트미터를 통해 정확한 추적 속도에서의 전압을 볼트미터가 달린 핸드컨트롤러를 사용해서 계속해서 조금씩 맞추려고 하였습니다. (연축전지 자체가 사용하면 전압이 변하기에 실제 DC모터로 들어가는 모터 컨트롤러 이후의 전압을 측정하도록 하였습니다.)

    1호기를 사용하시면서 이 DC모터가 문제가 되는 부분을 조금만 자세히 알려주실 수 있으신지요. 저는 그냥 머릿속으로 이렇게 되겠지 하며 디자인한거라 실제 사용해보셨던 경험이 제게는 큰 도움이 될 것 같습니다.

    그냥 '되겠지~' 하는 마음으로 만들고 있었는데 1호기를 실패하셨다고 하시니 이젠 머릿속에 불안함만 가득하네요. ㅎㅎ

  • 이현동

    2019.05.15 20:33

    안녕하세요^^ 다들 비슷한 생각을 하게 되나봅니다.

    저의 경우는 돕소니언의 무게중심점을 너무 낮게 설계해서 중간에서 기울어질 수록 무게가 쏠리면서 모터에 부담을 준 것으로 생각됩니다. 하지만 구조상 무게 중심을 잘 맞추더라도 쏠리는 무게를 완벽하게 분산하기 어려울 것 같네요... 그리고 DC모터는 같은 전압이라고 해도 토크가 달라지니 속도도 다른 것 같더라구요(제가 잘못만들어서 그럴 수도 있습니다 -.-; ). 그래서 저는 DC모터는 비추입니다. 저도 스트레스 많이 받았습니다. -.-;  웬만하면 스텝모터로 가시는 것이 어떨까 싶습니다. 

    그리고, 마찰을 늘린 것은 잘 하신듯 합니다. 스텐판재가 너무 얇지 않게 하셔야 할 것 같네요... 자작성공하시길 바랍니다!! 

  • 고영해

    2019.05.17 09:14

    자세한 답변 감사합니다. ^^

    돕소니안의 무게중심점에 극축을 위치시키는 이유가 토크로부터 자유롭기 위함이라고 되어있던데 완벽히 자유로울수는 없는 모양이네요. 조언에 따라 DC모터는 포기하고 스텝모터로 변경하기로 하였습니다. 시행착오를 거치면서 스트레스를 받았을텐데 이현동님 덕분에 큰 산 하나 넘었습니다. ^^ 다시 한 번 감사드려요.

  • 김재곤

    2019.05.14 16:55

    UC 만들때 사용한 삼각함수는 명함도 못 내밀겠네요. 회장님. 존경스럽습니다.
  • 이현동

    2019.05.15 20:35

    부끄럽습니다^^ 저도 제가 맞게 하고 있는지도 모를 정도입니다 -.-;

  • 이민정

    2019.05.18 20:31

    어라..이렇게 잘하시믄 안되는데요~ ㅎㅎ
    대단하십니다..엄지 척 !!
  • 이현동

    2019.05.19 21:34

    오랫만입니다^^

    산청으로 놀러 한 번 오세요~ 남쪽 모임 한번 해야지요~ 바로 달려갈께요^^

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