TR2023005344A2 - Mi̇kron hassasi̇yetli̇ yüzey topografyasi çikarmak i̇çi̇n tek yüzeyi̇ kapli tam transparan esnek sensör üreti̇mi̇ ve ölçüm ci̇hazi - Google Patents

Abstract

Buluş, en az bir iş parçasının yüzeyinde yer alan en az bir pürüzü veya iş parçasının yüzey topolojisini 1 nanometre ile 1 santimetre aralığındaki hassasiyetle tespit etmek üzere; en az bir görüntü algılayıcı birim (1.3), katı yüzeye dokundurularak ölçüm alan en az bir elastomerik malzeme (1.1.1) ve en az bir cam (C) içeren en az bir elastomerik sensör (1.1), söz konusu iş parçasına (veya malzemeye) ışık yansıtacak şekilde ayarlanabilen ve bahsedilen elastomerik malzemenin (1.1.1) içerdiği en az bir tercihen dört yanındaki yuvaya konumlandırılan en az bir aydınlatma birimi (1.2), nm ila cm?lik bir aralıkta görüntü alan ve aldığı görüntüyü en az bir kontrol birimine (2.1) ileten en az bir görüntü algılayıcı birim (1.3), söz konusu görüntü algılayıcı birimi (1.3) zemine göre dik eksende yani ?Z? ekseninde hareket ettirmek üzere en az bir tahrik birimi (1.4) ve görüntü algılayıcı birimin (1.3) ?Z? ekseninde hareketini sağlayan söz konusu tahrik biriminin (1.4) konumlandırıldığı en az bir şase (1.5) içeren en az bir ölçüm ünitesi (1) ve görüntü algılayıcı birimden (1.3) alınan görüntüyü dijital veriye çeviren en az bir kontrol birimi (2.1) ve bir görüntü işleme yazılımı içeren en az bir dijital cihaz (2), bahsedilen görüntü algılayıcı birimin (1.3) dolayısıyla ölçümün harici bir ışık kaynağından etkilenmesini engellemek üzere ve ışık yansıması olmayacak şekilde bahsedilen ölçüm ünitesinin (1) veya düzeneğin (10) etrafını tamamen siyah veya mat plakalar ile kapatan en az bir karanlık alan (3), ışığın pürüze vurması ile ortaya çıkan gölgeden yani pürüzün ışığa karşı göstermiş olduğu dirençten kaynaklı gölgeden faydalanarak ortamı standardize eden ve gölgenin koyuluğu, boyu, şeklinden faydalanarak iki boyutlu bir görüntüden 3. Boyutu hesaplayan ve böylece görüntü algılayıcı birimle (1.3) eş zamanlı çalışarak alınan görüntüyü dijital veriye çeviren en az bir kontrol birimi (2.1) içeren bir ölçüm düzeneği (10) ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME MIKRON HASSASIYETLI YÜZEY TOPOGRAFYASI ÇIKARMAK IÇIN TEK YÜZEYI KAPLI TAM TRANSPARAN ESNEK SENSÖR ÜRETIMI VE ÖLÇÜM CIHAZI Teknik Alan Bulus, yüzey pürüzsüzlügü gerektiren parçalarin kalite kontrol tespitinin yapilmasini saglamak üzere ve yüzeydeki pürüzleri nanometre ila santimetre ölçeginde veya daha tercihen mikron hassasiyetinde tespit etmek için gelistirilen tek yüzeyi kapli bir elastomerik malzeme içeren bir sensör ve söz konusu sensörün kullanildigi bir ölçüm düzenegi ile Teknigin Bilinen Durumu Teknigin bilinen durumunda yüzey pürüzlülügünü tespit etmek için yapilan ölçümler iki sekildedir. Birincisi sadece pürüzün olup olmadigini kontrol eden ve "var" veya "yok" seklinde sonuç veren bir yöntem, ikincisi ise pürüzün "z" eksenindeki ölçüsünü grafik olarak veren ve bu degeri dijitale çeviren bir baska yöntemdir. Her iki yöntemde de bir alan içerisindeki pürüzlerin tespitinde koordinat üretilememekte ve dolayisiyla pürüz tespiti için operatör tecrübesi gerekmektedir. Yani bu tür sistemlerde, kullanilan görüntü isleme yazilimlari ile alinan görüntü üzerinde ölçülmesi istenen alanin operatör tarafindan seçilmesi gerekmektedir. Yani teknigin bilinen durumunda Gelsight gibi firmalarin gelistirdigi sistemlerde, görüntü kamera yardimiyla alindiktan sonra alinan fotografta ölçülecek alan operatör tarafindan seçilmekte ve sonuç alinmaktadir. Operatöre bagimli görüntünün alinmasi ile görüntünün es zamanli islenmesi mümkün olmamaktadir. Bu da hassas ölçüm alinmasini engellemektedir. Ayrica ölçüm düzeneginde kullanilan elastomerik malzeme farkli bir proses ile üretildiginden fiziksel özellikleri de farklidir. Bu da istenen hassas ölçümü etkilemektedir. Teknigin bilinen durumunda yer alan USlOS numarali Gelsight firmasina ait patent dokümaninda bir sensörden daha büyük yüzeylerin sürekli ölçümü, seffaf bir elastomerden olusan bir sensör matrisinin ve bir hedef yüzey üzerinde kayan, yuvarlanan veya baska sekilde hareket eden bir yansitici yüzeyin kullanilmasiyla kolaylastirilmasindan bahsedilmektedir. Bu baglamda sürekli üç boyutlu ölçüm elde etmek için çesitli web malzemeleri, kamera konfigürasyonlari ve isleme sistemleri söz konusu patent dokümaninda açiklanmaktadir. Söz konusu dokümanda kullanilan elastomerik malzeme, termoplastiktir. Ayrica elastomerik malzemeye kaplanan malzeme gümüs pudradir. Dolayisiyla bu dokümanda da istenen hassasiyette ölçüm almayi saglamak için en önemli parametrelerden biri olan elastomerik malzemenin üretim prosesi farklidir. Kullanilan algoritmada da gerçek zamanli (real time) veri alinamamaktadir. Teknigin bir diger bilinen durumunda yer alan ve Gelsight firmasinin paylastigi sensör kullanilarak mikrogeometrik görüntü yakalama gerçeklestirmek için bir düzenek ve yöntemden bahsedilmektedir. Söz konusu Videoda yer alan malzeme, yine termoplastik malzeme olup, görüntünün islenmesi için uygulanan algoritmada görüntüdeki isigin parlakligindan faydalanilmaktadir. Teknigin bir diger bilinen durumunda yer alan ve yine Gelsight firmasina ait "3D Surface T opography Measurement Using Elastomeric Contact" baslikli dokümanda bir 3D yüzey görüntüleme teknolojisinden bahsedilmektedir. Söz konusu dokümanda elastomer kontak kullanilarak 3D yüzey topografisi ölçümü yapilmistir. Yukarida siralanan benzer farkliliklar bu doküman için de geçerlidir. Ayrica her üç dokümanda da bahsedilen ölçüm düzeneginde kullanilan kamerelar lensli olup, daha hassas ölçümü gerçeklestirecek mikroskobik kameralar kullanilmamistir. Teknigin bir diger bilinen durumunda yer alan U numarali patent dokümaninda bir retrografik sensörün temiz bir elastomer alt tabaka, deforme olabilen bir yansitici katman ve bir malzeme veya bir parçacik modelinden olusan bir dizi sert, düzlemsel olmayan özelliklere sahip bir temas yüzeyi içerdiginden bahsedilmistir. Teknigin bilinen durumunda sayilan dezavantajlardan biri olan operatöre bagimli olacak sekilde görüntünün alinmasinin önlenmesi, görüntünün görüntü alma birimi ile es zamanli alinmasi ve buna yönelik sistemlerin gelistirilmesi gerekmektedir. Ayrica yüzeyler üzerindeki pürüzlerin tespiti nanometre ölçegi kadar hassas bir skalada ve otonom olarak yapilmalidir. Diger yandan ölçümün alinmasinda birinci dereceden önemli elastomerik malzemenin daha hassas ve dogru ölçüm almasi için de gelistirilmesi gerekmektedir. Bulusun Kisa Açiklamasi Bulusun amaci, yüzey pürüzsüzlügü gerektiren parçalarin kalite kontrol tespitinin yapilmasini saglamak üzere ve yüzeydeki pürüzleri nanometre ila santimetre ölçeginde veya daha tercihen mikron hassasiyetinde tespit etmek için gelistirilen tek yüzeyi kapli bir elastomerik malzeme içeren bir elastomerik sensör ve söz konusu sensör kullanilarak yüzey pürüzlülügü ölçümünün alindigi bir ölçüm düzeneginin üretimini gerçeklestirmektir. Bulusta kati bir malzeme yüzeyi üzerinde bulunan pürüzlerin tespiti için bahsedilen elastomerik malzeme kullanilmaktadir. Elastomerik malzemenin yüzeye dokundurulmasi ile alinan görüntü bir kamera tarafindan alinarak sonrasinda yazilimi yapilmis bilgisayar gibi bir cihazin sahip oldugu algoritma tarafindan real-time olarak islenmektedir. Yani bahsedilen pürüzlerin nanometre ila santimetre ölçeginde tespitini kameranin aldigi görüntü ani ile es zamanli yapan bir düzenek bulus ile gelistirilmistir. Bulus konusu düzenek ile is parçasinda bahsedilen pürüzlerin geometrik sekil koordinatlari ve boyutsal özellikleri operatörden bagimsiz dijital veriye dönüstürülmektedir. Böylece özellikle fabrika üretim sahasinda üretilen parçalardan yüzey hassasiyeti gerektirenler için kalite kontrol tespitinin yapilmasi, geometrik dogruluk ölçümü, iz tespitinin yapilmasi gibi ölçümler l nanometre ile 1 santimetre araliginda hassasiyetle gerçeklestirilmektedir. Bahsedilen ölçümlerin önemli oldugu tüm sektörlerde bulus konusu düzenek kullanilabilmektedir. Teknik olarak bulus konusu düzenek, düzgün geometriye sahip olmayan pürüzlerin tespiti için kullanilmaktadir. Bulusta operatörün herhangi bir müdahalesi olmadan görüntülenen yüzeyin tamami real- time (görüntünün alindigi anda görüntüye ait dijital topografisinin ekrana yansimasi) islenerek daha hassas ve dogru sonuç alinmaktadir. Bulusta ayrica hassas ölçümü gerçeklestirecek mikroskobik kameralar kullanilmistir. Öte yandan, ölçüm düzeneginde kullanilan elastomerik malzemenin üretim prosesi teknigin bilinen durumunda yer alan tüm proseslerden farklidir. Burada amaç, fiziksel özellikleri istenen hassas ölçümü almayi saglayacak sekilde bir elastomerik malzeme üretimi gerçeklestirmektir. Sekillerin Açiklamasi Sekil 1.Bulus konusu ölçüm düzeneginin blok diyagramidir. Sekil 2. Bulus konusu ölçüm düzeneginde kullanilan camla bütünlesik halde elastomerik malzemenin (elastomerik sensörün) görünümüdür. Sekil 3. Bir mermi kovanina ait görünümler olup; (a) Orijinal görünüm (b) Düsük pigmentli boyama ile görünüm (c) Yogun pigmentli boyama ile görünümdür. Sekil 5. Numunelere ait isik geçirgenligi ölçümünün grafigidir. Sekil 6. Numunelere ait çekme dayanimi degerlerine ait yük testi grafigidir. Sekil 7. Numunelere ait çekme dayanimi degerlerine ait dikey uzama testi grafigidir. Sekillerdeki Referanslarin Açiklamasi Bulusun daha iyi anlasilabilmesi için sekillerdeki numaralarin karsiligi asagida verilmistir: . Ölçüm düzenegi 1. Ölçüm ünitesi 1.1. Elastomerik sensör 1.1.1. Elastomerik malzeme 1.2. Aydinlatma birimi 1.3. Görüntü algilayici birim 1.4. Tahrik birimi 1.5. Sase 2. Cihaz 2.1. Kontrol birimi 3. Karanlik alan Bulusun Detayli Açiklamasi En az bir is parçasinin yüzeyinde yer alan en az bir pürüzü veya is parçasinin yüzey topoloj isini 1 nanometre ila 1 santimetre araligindaki hassasiyetle tespit etmek üzere bulus konusu ölçüm düzenegi (10); kati yüzeye dokundurularak ölçüm alan en az bir elastomerik malzeme (1 . 1.1) ve en az bir cam (C) içeren en az bir elastomerik sensör (1 . 1) , söz konusu is parçasina (veya malzemeye) isik yansitacak sekilde ayarlanabilen ve bahsedilen elastomerik malzemenin (1.1.1) içerdigi en az bir tercihen dört yanindaki yuvaya konumlandirilan en az bir aydinlatma birimi (1.2), nm ila cm,lik bir aralikta görüntü alan ve aldigi görüntüyü en az bir kontrol birimine (2.1) ileten en az bir görüntü algilayici birim (1.3), söz konusu görüntü algilayici birimini (1.3) zemine göre dik eksende yani "Z" ekseninde hareket ettirmek üzere en az bir tahrik birimi (1.4) ve görüntü algilayici birimin (1.3) "Z" ekseninde hareketini saglayan söz konusu tahrik biriminin (1.4) konumlandirildigi en az bir sase (1.5) içeren en az bir ölçüm ünitesi (1) ve görüntü algilayici birimle (1.3) es zamanli çalisarak alinan görüntüyü dijital veriye çeviren en az bir kontrol birimi (2.1) ve bir görüntü isleme yazilimi içeren en az bir dijital cihaz (2), bahsedilen görüntü algilayici birimin (1.3) dolayisiyla ölçümün harici bir isik kaynagindan etkilenmesini engellemek üzere ve isik yansimasi olmayacak sekilde bahsedilen ölçüm ünitesinin (1) veya düzenegin (10) etrafini tamamen siyah veya mat plakalar ile kapatan en aZ bir karanlik alan (3) içermektedir. Bulusta, görüntü algilayici birim (1.3) tercihen mikron hassasiyetinde görüntü almakta ve aldigi görüntüyü bahsedilen kontrol birimine (2.1) iletmektedir. Aydinlatma birimi (1.2) is parçasina bulusun tercih edilen uygulamasinda 0 ila 90 derecelik açiyla isik yansitmaktadir. Ayrica aydinlatma birimi (1.2) bulusun bir uygulamasinda serit formundadir. Bulusta, teknigin bilinen durumundan farkli olarak engelin isiga karsi göstermis oldugu dirençten kaynakli gölgeden faydalanilmaktadir. Ortam standardize edildikten sonra, tek degisken olan gölge anlamli hale getirilmektedir. Gölgenin koyulugu, boyu, seklinden faydalanilarak 3. boyut tahmin edilmektedir. 3. boyut dogrudan elde edilen bir boyut olmamakla beraber, iki boyuttan (2D) yararlanarak üçüncü boyut (3D) hesaplanmaktadir. Dolayisiyla kontrol birimi (2.l); isigin pürüze vurmasi ile ortaya çikan gölgeden yani pürüZün isiga karsi göstermis oldugu dirençten kaynakli gölgeden faydalanarak ortami standardize etmekte ve gölgenin koyulugu, boyu, seklinden faydalanarak iki boyutlu bir görüntüden 3. boyutu hesaplamakta ve böylece görüntü algilayici birimle (1.3) es zamanli çalisarak alinan görüntüyü dijital veriye çevirmektedir. Elastomerik malzeme (1.1.1) ile önceden kalibre edilmis isik ve gölge (isigin vurma açisina göre gölge boyu ölçeklendirilmis) iliskileri ile bir görüntü isleme yazilimi araciligiyla SÖZ konusu parçanin tüm geometrisinin her alaninin ve koordinat noktalarinin dijital veriye dönüstürülmesi saglanmaktadir. Bulus sayesinde 1 santimetre ile 1 nanometre araligindaki düzgün geometriye sahip olan veya olmayan tüm pürüZlerin ölçüleri ve bulunduklari alandaki koordinatlari tespit edilmektedir. Bulus konusu ölçüm düzeneginin (10) içerdigi cihaza (2) yukarida verilen özelliklere göre önceden bir görüntü isleme yazilimi tanimlanmasi sayesinde, herhangi bir operatöre ihtiyaç duyulmadan is parçasinin görüntüsünün alinmasi saglanmakta ve böylelikle es zamanli görüntü isleme yapilarak pürüZün otonom tespiti yapilmaktadir. Söz konusu unsurlarin bir arada kullanilmasiyla is parçasi yüzeyindeki pürüzlerin tespiti, geometrik sekil koordinatlari, geometrik dogrulugun ölçülmesi, iz tespiti yapilmasi ve boyutsal özelliklerin dijital veriye dönüstürülmesi gerçeklestirilmektedir. Tahrik birimi (1.4) bulusun tercih edilen uygulamasinda bir servo motor olup, uygulamada bununla sinirli degildir. Kontrol birimi (2.1) ise bir mikroislemci veya islemci olabilmekte, ancak uygulamada bununla sinirli degildir. Cihaz (2), ise bilgisayar veya benzeri bir elektroniktir, ancak uygulamada bununla sinirli degildir. Tahrik birimi (1.4) ile hareket ettirilen görüntü algilayici birimin (1.3) elastomerik malzemeye (1.1.1) yakinligi ve uzakligi degistirilerek görüntüleme alani 250x250 mmaye kadar aitirilmaktadir. Elastomerik malzemenin (1 . 1 . 1) en az bir tercihen dört tarafina konumlandirilan aydinlatma birimleri (1.2), söz konusu elastomerik malzemenin (1 .1.1) etrafinda olusturulan en az bir tercihen dört yuva (sekillerde gösterilmemis ve numaralandirilmamistir) sayesinde sabitlenmektedir. Söz konusu aydinlatma birimleri (1.2) kirmizi, yesil, mavi ve beyaz renklerde olabildigi gibi, sadece tek renk de (örnegin beyaz) olabilmektedir. Isigin ölçülecek yüzeydeki pürüze çarpma açisi bilindiginden pürüzün karanlik tarafinda olusan gölgenin boyutsal özellikleri görüntü isleme yazilimiyla iki boyutlu görüntüden üçüncü boyutu çikarmayi mümkün hale getirmektedir. Bu durum yere dikilen bir çubugun gölgesi ile saati tayin etmekte kullanilan yönteme benzerdir. Aralarindaki fark birisinde isik kaynaginin açisi tespit edilmeye çalisilirken digerinde yani bulusta isik kaynagi sabit açili oldugundan cismin boyu tayin edilmeye çalisilmaktadir. Görüntü isleme yazilimi piksel bazli görüntü çikarma islemi yaptigindan görüntü algilayici birimin (1.3) piksel ölçegine göre görüntü hassasiyeti degisebilmektedir. Bulus konusu ölçüm düzeneginde (10) elastomerik malzeme (1.1.1) oldukça önemlidir. Çünkü, elastomerik malzeme (1.1.1) ayni zamanda bir sensör görevi görmekte olup, üretildigi bilesenler sayesinde sahip oldugu teknik özellikler ile alinan her bir görüntüdeki ortami stabil hale getirmekte ve sadece pürüzün gölgesi olmak üzere tek degisken olarak pürüzün boyutsal özelliklerinin ortaya çikmasini saglamaktadir. Elastomerik malzeme (1.1.1) olmadan alinan görüntülerde parçanin rengi, parçaya çapan isik dalgalarinin yansimasi ve parçanin disinda kalan görüntü alanina giren diger objeler görüntü isleme yaziliminin standart esiklerde çözüm almasini engellediginden dogru sonuç çikarilamamaktadir. Ancak elastomerik malzemenin (1 . 1 . 1) varligiyla hem ortam stabil hale getirilmekte hem de pürüzün "Z" eksenindeki boyutsal özellikleri elastomerik malzemenin (1.1.1) içerisine gömülerek ölçülebilir hale gelmektedir. Bir yüzeyde mikroskobik düzeydeki pürüzlere nüfuz edecek nitelikte yumusakliga ve yüksek seffafliga sahip bir elastomer malzeme (1 . 1 . 1) üretimi, görüntü alirken ince detaylari yakalamada önemlidir. Teknigin bilinen durumunda yer alan termoplastik elastomerlerden daha yumusak Shore degerlerine ulasabilen termoset grubundaki elastomerler bu gereksinimleri saglamada yeterli geldigi için bulusta termoset elastomer grubundaki silikon kauçuklar üzerinde durulmustur. Termoset elastomer grubunda yer alan platinum kürlü silikon kauçugun, peroksit kürlü silikon kauçuga göre çok daha yumusaklik göstermesinden ötürü, bulusun tercih edilen uygulamasinda elastomerik malzeme (1.1.1), platinum kürlü silikon kauçuktur. Platinum kürlü silikon kauçuk, polimer türevli elastik bir malzemedir ve bu malzemenin üretimi A, B ve C olarak adlandirilan bilesenlerin belirli oranlarda karistirilmasi ile gerçeklestirilmektedir. Burada A ve B bilesenleri silikon polimerleri olarak adlandirilan bilesenlerdir. Silikon imalati için bu bilesenlerin belirli oranlarda karistirilmasi ile silikon olusumu için gerekli olan kimyasal reaksiyon gerçeklesmis olur. C bileseni ise silikon kauçugun "hissini" daha yumusak ve daha "et benzeri" bir malzemeye dönüstürmektedir. Ayrica C bileseni, silikonun elastiki özelliklerini degistirerek daha çok insan dokusunu andiran bir özellige kavusmasini saglar. En iyi dokunma hissini yakalayacak elastomerik yumusakligin elde edilmesi için bu bilesenlerin uygun karisim oranini yakalamak gerekmektedir. Bulusta baslangiçta Taguchi yöntemi kullanilarak yumusaklik, dayanim gibi sonuçlar göz önünde bulundurulmus ve bu sekilde uygun malzeme orani belirlenmistir. Tablo 1,de Taguchi yönteminde kullanilan faktörler ve bu faktörlere bagli seviyeler verilmistir. Üç faktör ve üç seviyeye için en iyi malzemeyi belirlemek, normal sartlarda 33 = 27 deneme yapilmasini gerektirirken; Taguchi yöntemi olan L9 ortogonal tasarimi ile bu sayi 9,a düsürülmüstür. Bu yöntem ile yapilacak bu sayi %66.6 oraninda azaltilmistir. Tablo 1. Faktörler ve Seviyeleri Faktör Birimi Seviyeler Faktör 1. Seviye 2. Seviye 3. Seviye A A Bileseni Oran 1 2 3 B B Bileseni Oran 1 2 3 C C Bileseni Oran 1 2 3 Bulusa ait faktörler ve seviyelerinin belirlenmesi asamasindan sonra Taguchi L9 ortogonal tasarim matrisinin bulus için tanimlanmasina ihtiyaç duyulmaktadir. Bu amaçla kullanilan yazilim vasitasi ile bulusta üç parametreli ve üç seviyeli Taguchi L9 (33) ortogonal tasarim matrisi çikartilmis ve bu matris Tablo 2,de verilmistir. Bu matrisdeki seviyeler, bulusta kullanilan faktörler olan A, B ve C bilesenlerine ait karisim oranlarini ifade etmektedir. Ortaogonal diziler L harfi ile tanimlanirlar ve LA (BC) seklinde gösterilirler. Burada L ortogonal dizi sembolünü, A deneme sayisini, B faktör seviyelerini, C ise ortogonal dizideki Tablo 2. Tasarim Matrisine Ait Faktör/ Seviye Deseni Numune Faktörler/ Seviyeler Bulusta elastomer numuneler üretilirken Tablo Zadeki oranlar göz önünde bulundurularak A, B ve C bilesenleri karistirilmistir. Bu karisimlarin reaksiyonu için uygun ortam sicakligi 23 oC,dir ve reaksiyon kuru ortamda gerçeklestirilmelidir. Bu kosullar göz önünde bulundurularak silikon kauçuk üretimi yaklasik 23 0C derecede ve kuru ortamda gerçeklestirilmistir. Bilesenler viskozitesi yüksek jel kivaminda oldugu için her denemede kullanilan bilesenlerin toplam karisim oranlari sivi cinsinden yaklasik 90 ml olarak belirlenmistir. Yukarida da bahsedildigi gibi bulusta en iyi dokunma hissini yakalayacak elastomerik yumusakligin elde edilmesi için bu bilesenlerin uygun karisim oranini yakalamak gerekmektedir. Bu sebepten, en optimum sivi hacmi 90 ml olarak belirlenmistir. Dokuz deneme için farkli oran seviyelerinde A, B ve C bilesenlerini içeren toplam 9 adet numune elde edilmistir. Taguchi ortogonal dizi seviyelerine bagli olarak bulusta A, B ve C bilesenlerinin miktarlari Tablo 3 ,te verilmistir. Tablo 3. Bilesenlere Ait Oranlar (ml) Numune Oranlar (ml) N0 A B C Bileseni Bileseni Bileseni 1 30 30 30 2 18 36 36 3 13 39 39 4 36 18 36 26 26 39 6 30 45 15 7 39 13 39 8 45 30 15 9 34 34 23 Taguchi tasarimi kapsaminda A, B ve C bilesenleri için belirlenen oranlar akabinde, bulusta ideal malzemeyi belirlemek için her numune üzerinde ayri ayri biçimde Shore A yumusaklik, isik geçirgenligi, çekme dayanimi, numune kuruma süresi testleri yapilmistir. Numunelerin üretiminde her karisim için 2 ayri döküm islemi gerçeklestirilmistir. Dökümlerden biri kaliptan geçirilen numune iken, digeri ise zaman içerisinde kuruma durumunu kontrol etmek için kullanilan numune olmustur. Dökümler gerçeklestirildikten sonra sirasi ile testler yapilmistir. Polimer tipi yumusak malzemelerin yumusaklik ölçümü Shore A ölçümü ile gerçeklestirilmektedir. Ölçümün prensibi Shoremetrenin yumusaklik ölçümü yapilacak nesnenin üzerine Newton cinsinden basinç uygulanmasina dayalidir. Elastomere temas edecek nesnenin yüzeyine ait tüm geometrik detaylari kapsayacak biçimde bir temas gerçeklestirilmesi, yüzey ayrintilarinin hassas olarak kameraya aktarilmasi için önemlidir. Elastomer ne kadar yumusak olursa, elastomer dokusunun nesnenin yüzeyine ait geometrik detaylara inmesi o kadar mümkündür ve bu yüzden Shore A ölçüm cihazi ile Shore A yumusaklik ölçümü yapilarak elastomerin yumusakligi hususunda bilgi edinilmis olur. Bilesenler karistirilip kaplara konduktan sonra ilgili numune için 24 saatlik süre içerisinde 1 saatlik periyotlar halinde kuruma durumu gözlemlenmistir. 24 saatlik gözlem sonunda 3. numune disindaki tüm numunelerde kuruma gözlemlenmistir. Numunelere ait oranlar ve kuruma süreleri Tablo 4,de verilmistir. Tablo 4. Numunelere Ait Kuruma Süreleri N.N ORAN MIKTAR (ml) Kuruma A B C A B C Zamani Deneme oranlarina karsilik gelen kuruma sürelerine bakildiginda karisimdaki B bileseninin, A bilesenine göre oransal yükseklik göstermesi kuruma süresini arttirdigi görülmektedir. Bu sebeple bulus konusu yöntemde; 2, 3 ve 6 nolu numunelerin kuruma süreleri diger numunelerdeki kuruma sürelerine göre çok daha yüksektir. Bu gözlemden, B bileseni miktarinin, A Bilesenine göre oransal yükseklik veya düsüklük göstermesi kuruma süresi üzerinde anlamli bir etkiye sahip oldugu sonucuna varilabilir. C bileseninin ise karisimdaki kurumaya bir etkisinin olmadigi sonucuna varilmistir. Numuneler tam kuruduktan sonra, numunelere ait köselerin 1 cm içerisinde ve ayrica orta noktada olacak sekilde toplam 5 farkli noktanin referans alindigi bir dizi yumusaklik testi yapilmistir. Testte her numune için 5 noktanin yumusaklik degerlerinin ortalamasi alinarak nihai yumusaklik degerleri elde edilmistir. Yumusaklik ölçümünün yapildigi yer itibari ile elde edilen ortalama yumusaklik degerlerini ifade eden degerler Tablo 5 ,te verilmistir. Shore A degerinin 6 ila 17 arasinda degistigi görülmektedir. Tabloda da görüldügü üzere numuneye ait tüm kisimlarda yapilan ölçümlerde homojen degerler elde edilmistir. Bulusta bu degerlerin homojen olmasi, nanometre mertebelerinde yapilacak yüzey pürüzlülügü tespiti için ciddi derecede önemlidir. Ölçümün dogru ve hassas alinmasi için denemelerde kullanilan her bir parametrenin önemi büyüktür. Tablo 5. Numunelerin Yumusaklik Ölçümleri ÖLÇÜM DENEYLER / ÖLÇÜMLER (Shore A) Yumusaklik ölçümünde, karisimdaki B maddesine ait oranin yüksekligine bagli olarak numunenin yumusakliginin arttigini görülmektedir. C maddesinin ise yumusakliga ait karakteristikte etkili oldugu görülmektedir. C maddesinin karisimdaki artan oranina bagli olarak elastomer yumusakliginin insan dokusuna yakin özellikler göstermesinin yani sira, elastomerin yapiskanlik özelligini de arttirmaktadir. Elastomerin insan dokusuna yakin yumusaklik karakteristigine sahip olmasi retrografik elastomerik sensor (1.1) (veya camla bütünlesik bir yüzeyi boya kapli elastomerik malzeme) üretiminde istenilen bir özelliktir. Diger yandan, bir nesnenin seffaIligi isik geçirgenligi ile orantili bir özelliktir ve bu özelligin ölçümü için elastomerik numuneler üzerinde UV Saydamligini ölçen Spektroskopik ölçüm testi yapilmistir. Dolayisiyla, numunelerin transparanligi hakkinda fikir edinebilmek için UV Spektroskopik ölçümü yapilmistir. Ölçümde numunelere görünür dalga boyunun 400- 800 nm arasinda oldugu degerlerde isik uygulanmistir. Test sonucunda numunelerin %98.80 ile %100 arasinda degisen degerlerde isik geçirgenligi (tam transparan) gösterdigi görülmüstür. Yüksek degerdeki isik geçirgenliklerine bakildiginda tüm numunelere ait transparanlik özelliginin optimum düzeyde oldugu sonucuna varilabilir. Numunelere ait isik geçirgenligi grafigi Sekil 4,de verilmistir. Sekil 4,den de görülecegi gibi tüm numunelere ait isik geçirgenligi degerleri % 98 ila % 100 arasinda degismektedir. Retrografik elastomerik sensörün (1.1), nesneler ile basinçli temas gerektiren özellikte bir cihaz olmasindan ötürü, sensöre ait elastomer malzemenin mekanik etkilere karsi dayanikli olmasi umulan bir özelliktir. Mekanik etkilere karsi dayanimi en yüksek ve tahribati en düsük olan malzemenin hangisi oldugu hususunda bilgi edinmek için numunelere çekme dayanimi testi uygulanmistir. Çekme testi ise çekme makinasinda gerçeklestirilmistir. Ölçümün saglikli bir sekilde gerçeklesmesi amaciyla, ölçüm esnasinda çekme makinasina ait tutmaç dislerinin elastomer numunesine zarar vermemesi için numunelerin uçlari bantlanmistir. Çekme testine bagli olarak numune üzerine Newton cinsinden uygulanan yük (Load) ve numunenin mm cinsinden dikey uzamasi (V-Extension) gibi referanslar hakkinda bilgi edinilmistir. Bu testteki en yüksek yük degeri olan 115 N,luk gerginlik degerine ulasan 4. numune iken, 36.2 mm,lik dikey uzama ve 45.4 birimlik gerilme ile en yüksek degerlere, 9. numune ile ulasilmistir. Numunelere ait çekme dayanimi degerlerine ait grafikler Sekil 5 ve 6,da verilmistir. Taguchi metodunda tercih edilen kalite karakteristigi, sinyal-gürültü (S/N) oraniyla ifade edilmekte olup, bu orandaki S sinyal (signal) faktörünü, N ise gürültü (noise) faktörünü ifade etmektedir. Bu metotta S/N oranlari kontrol faktörlerine ait optimum seviyelerinin belirlenmesinde kullanilmaktadir. Sinyal faktörü, sistemden alinan gerçek degeri ifade ederken, gürültü faktörü ise deneme içerisinde yer almayan fakat deneme sonucuna etki eden faktörleri ifade etmektedir. Gürültü faktörleri, elde edilmek istenen performans karakteristiklerinin hedeflenen degerden uzaklasmasina sebep olan tüm degiskenleri ifade eder. Bu yüzden S/N oranindaki N degeri ne kadar düsük degerde olursa, hedeflenen degere o kadar yaklasilmis olur. Literatürde pek çok S/N orani bulunmasina karsin, bulustaki amaca göre farkli S/N oranlari tercih edilebilmektedir. Bulusta bir elastomerden beklenen özellik, yumusak ve dayanikli bir yapiya sahip olmasidir. Bu yüzden elastomer ne kadar yumusak ve dayanikli olursa o kadar kaliteli olacaktir. Bahsedildigi gibi elastomerin yumusaklik analizi için numunelere yapilan Shore A ölçümleri kullanilmaktadir ve buradaki amaç S/N oranini minimum degere ulastirmaktir. Bu yüzden yumusaklik için "en küçük en iyi" yaklasimi kullanilmistir. Bu yaklasimi ifade eden denklem Esitlik l,de verilmistir. Elastomerin dayaniklilik analizi için ise numunelere yapilan yük (load) testi ölçümleri kullanilmistir ve buradaki amaç S/N oranini maksimum degere ulastirmaktir. Bu yüzden yumusaklik için "en büyük en iyi" yaklasimi kullanilmistir. Bu yaklasimi ifade eden denklem Esitlik 2,de verilmistir. 2 : -10log 1:: y-2 (2) Burada yi performans karakteristik degerini ifade ederken, n ise y degerlerinin sayisini ifade etmektedir. S/N oranina bagli kalite karakteristigine göre yapilan hesaplamalar neticesinde 5 nolu numunenin ideal yumusaklik ve dayaniklik özelliklerine sahip oldugu görülmüs ve tasarlanacak optik sistem içerisinde 5 nolu numuneye ait A, B ve C oranlarinin baz alindigi bir elastomer üretimi gerçeklestirilmistir. Ayrica ne çok sert ne de çok yumusak silikon malzemeye ihtiyaç duyulan bu çalisma için 5 nolu numunenin ideal yumusakliga ve dayanima sahip bir elastomer oldugu test verilerine bakilarak ve tüm numuneler el yordami ile incelenerek emin olunmustur. Buna göre bulus konusu elastomerik sensörün (1.1) üretim yöntemi adimlari su sekildedir: - Elastomerik malzemeye (1.1.1) karakteristik özellikler veren silikon polimerleri olan A, B ve silikon kauçugun "hissini" daha yumusak ve daha "et benzeri" bir malzemeye dönüstüren C bileseni olmak üzere üç tane bilesen faktörün ve bu bilesenlerin her birine ait üç seviyenin belirlenmesi, - A, B ve C bilesenlerine ait her bir seviye için karisim oranlarinin l, 2 ve 3 sayisi verilerek tayin edilmesi, - Elastomerik malzemenin fiziksel özelliklerine etki eden ortogonal bir tasarim matrisinin belirlenmesi ve bu matrise göre belirlenen oranlar göz önünde bulundurularak faktörlere/ seviyelere ait A, B ve C bilesenlerinin, her bir bilesen için 1,den 3,e kadar (3 dahil) sayilar verilmek üzere en az bir adet numune için belirlenmesi, - Belirlenen A, B ve C bilesenlerinin karistirilmasi için optimum sicaklik ve nem degerinin belirlenmesi, - 0.6 ila 1.8 gps araliginda bir Viskozite degerine sahip A, B ve C bilesenlerinin Viskozitesine karsilik gelen toplam siVi miktarinin belirlenmesi, - Her bir karisim sonucu olusan numune ile reaksiyona girmeyecek en az bir malzemeye en az bir döküm isleminin gerçeklestirilmesi, - Ideal elastomerik malzemeyi belirlemek için her numune üzerinde ayri ayri biçimde polimer tipi yumusak malzemelerin yumusaklik ölçümü olan Shore A yumusaklik ölçümü, isik geçirkenligi, çekme dayanimi, kuruma süresi ölçümlerinin yapilmasi, - Numuneler kuruduktan sonra gerçeklestirilen Shore A yumusalik ölçümünün tercihen numuneye ait en az bir noktadan gerçeklestirilerek, numuneye ait ortalama yumusaklik degerinin bulunmasi, - Elde edilen elastomerik numunenin ne kadar dayanikli ve ne kadar yumusak oldugunu anlamak için S/N (signal/noise) oraninin belirlenmesi, - Istenen yumusaklikta, isik geçirgenligine sahip, çekme dayanimina sahip, kuruma süresine sahip numune belirlendikten sonra bu numuneye önceden belirlenen bir alanda sert ve isik geçirgen bir malzeme tercihen camin tutturulmasi saglanarak numune ve camin tümlesik olarak üretilmesi, - Bir yüzeyi camla bütünlesik olan elastomerik malzemenin (1 . 1 . 1) bir diger yüzeyinin en az bir renkte silikon pigment kullanilarak kaplanmasi. Son adimda gerçeklestirilen boya ile kaplama islemi için elastomer üretiminde kullanilan A, B ve C bilesenlerinin yani sira silikon solventi, siyah ve beyaz pigment boya kullanilmistir. Boyamalarda, elastomer üretimde kullanilan A, B ve C bilesenlerine ait oranlar baz alinarak solvent ile inceltme denemeleri yapilmis ve her denemede grinin tonlarinda bir boya rengi elde edilmistir. Bulusta, elastomerik malzemeye (1.1.1) farkli renklerde silikon pigment kaplanmistir. Bulusta elastomerik malzeme (1.1.1), en az bir tercihen üç farkli malzeme karisimindan elde edilen silikon ailesinden platinyum bazli elastomerdir. Boyama islemi, bulusun bir uygulamasinda boya tabancasi ile gerçeklestirilmistir. Elastomer üretiminde belirli bir hacme sahip camlar örnegin 30.5 mm kare biçiminde camlar kesilip elastomerik malzeme (1 . 1 . 1), kalip vasitasi ile bu camlar üzerine dökülerek elastomer ve camdan tümlesik optik bir aparat üretimi gerçeklestirilmistir. Boyama isleminden sonra boyanmis camli elastomer numuneleri görüntü kalitesini belirlemek için görüntü testine tabii tutulmustur. Numunelerden alinan görüntülerde kalin tabakali veya pigment orani düsük olan yüzeylerin net olmayan bulanik biçimde görüntü verdigi tespit edilmistir. Bu tespitlerden sonra görüntü kalitesini arttirmak için yogun pigmentli, ince tabakali boyamalar yapilarak daha kaliteli görüntü elde etme yoluna gidilmistir. Bulus konusu yöntem ile üretilen elastomerik sensörün (1.1) mermi kovanlari yüzeyine temas ettirilmesi ile mermi kovanlarindan elde edilen görüntülere ait görseller A, B ve C bilesenlerinin viskozitesine karsilik gelen toplam sivi miktarinin belirlenmesi adiminda, viskoziteler 0.6 ila 1.8 gps seçilmistir. Bulusun tercih edilen uygulamasinda söz konusu viskozite, 1.2 gps seçilmistir. Bu özelliklere sahip elastomerik malzeme (1.1.1) bulus konusu ölçüm düzeneginde (10) kullanilmistir. Böylece elde edilen bu elastomerik malzemenin (1.1.1) bulus konusu ölçüm düzeneginde (10) kullanilmasi ile asagidaki avantajlar elde edilmistir. - Görüntü isleme sistemlerinin temeli olan dogru görüntüyü alabilmek için ortam standardize edilmistir. Ortamin standardize edilmesi; isik siddeti, parlama, yansima, arka plan, isik yönü gibi parametrelerin tüm görüntüler için standart hale getirilmis olmasidir. Bu da yüzey topografyasindaki yüzey degisikliklerini tek bir parametreye baglayarak anlamlandirmayi saglamistir. Bahsedilen tek parametre de pürüzün gölgesidir. - Yüzey renginden bagimsiz ölçüm alinabilme imkani saglamistir. Renkler görüntü isleme algoritmalarinin kalibrasyon esiklerini etkileyen en önemli parametrelerinden birisidir. Her bir renk için ayri kalibrasyon gereklidir. Bulus konusu elastomerik malzemeden (1.1.1) elde edilen sensör, renkten bagimsiz standart kalibrasyonlu ölçüm alinabilmesini mümkün hale getirmistir. Özetle, bulus konusu ölçüm düzeneginin (10) içerdigi görüntü algilayici birim (1.3) ile nanometre ve santimetre araligindaki görüntü alinmakta ve görüntü isleme yazilimi sayesinde belirsiz geometriye sahip yüzey pürüzlülükleri anlasilir dijital verilere çevrilmekte ve yorumlamaya açik hale getirilmektedir. Bu sayede pürüzün olusma kaynagi anlasilarak çözümü mümkün olmaktadir. Görüntü algilayici birimiyle (1.3) görüntü isleme yaziliminin es zamanli çalismasi operatörden bagimsiz otonom endüstriyel sistemler ile kalite kontrol yapilmasina imkân tanimaktadir. Bulustaki görüntü isleme yaziliminda, operatörden bagimsiz görüntünün alinmasi ile es zamanli isleme yapilarak pürüzün otonom tespiti saglanmaktadir. Dolayisiyla yüzey pürüzlülügü tespiti operatörün çalisma hizina bagli olmamakta ve böylelikle yüzey pürüzlülügü tespit süresi minimuma düsürülmekte ve tespit çesitliligi artirilmaktadir. Bulusun Sanayiye Uygulanabilirligi Bulus, yüzey pürüzsüzlügü gerektiren parçalarin kalite kontrol tespitinin yapilmasini saglamak üzere ve yüzeydeki pürüzleri nanometre ila santimetre ölçeginde tespit etmek için gelistirilen tek yüzeyi kapli bir elastomerik malzeme (1.1.1) ve söz konusu malzemenin kullanildigi bir ölçüm düzenegi (10) ile ilgili olup, sanayiye uygulanabilir niteliktedir. Bulus yukaridaki açiklamalar ile sinirli olmayip, teknikte uzman bir kisi kolaylikla bulusun farkli uygulamalarini ortaya koyabilir. Bunlar bulusun istemler ile talep edilen koruma kapsaminda degerlendirilmelidir. TR TR

Claims (3)

STEMLER

1. En az bir is parçasinin yüzeyinde yer alan en az bir pürüzü veya is parçasinin yüzey topoloj isini 1 nanometre ila 1 santimetre araligindaki hassasiyetle tespit etmek üzere; En az bir görüntü algilayici birim (1.3), kati yüzeye dokundurularak ölçüm alan en az bir elastomerik malzeme (1.1.1) ve en az bir cam (C) içeren en az bir elastomerik sensör (1.1), söz konusu is parçasina (veya malzemeye) isik yansitacak sekilde ayarlanabilen ve bahsedilen elastomerik malzemenin (1 . 1 . 1) içerdigi en az bir tercihen dört yanindaki yuvaya konumlandirilan en az bir aydinlatma birimi (1.2), nm ila cm,lik bir aralikta görüntü alan ve aldigi görüntüyü en az bir kontrol birimine (2.1) ileten en az bir görüntü algilayici birim (1.3), söz konusu görüntü algilayici birimi (1.3) zemine göre dik eksende yani “Z” ekseninde hareket ettirmek üzere en az bir tahrik birimi (1.4) ve görüntü algilayici birimin (1.3) “Z” ekseninde hareketini saglayan söz konusu tahrik biriminin (1.4) konumlandirildigi en az bir sase (1.5) içeren en az bir ölçüm ünitesi (1) ve görüntü algilayici birimden (1.3) alinan görüntüyü dijital veriye çeviren en az bir kontrol birimi (2.1) ve bir görüntü isleme yazilimi içeren en az bir dijital cihaz (2), bahsedilen görüntü algilayici birimin (1 .3) dolayisiyla ölçümün harici bir isik kaynagindan etkilenmesini engellemek üzere ve isik yansimasi olmayacak sekilde bahsedilen ölçüm ünitesinin (1) veya düzenegin (10) etrafini tamamen siyah veya mat plakalar ile kapatan en az bir karanlik alan (3) içeren; isigin pürüze vurmasi ile ortaya çikan gölgeden yani pürüzün isiga karsi göstermis oldugu dirençten kaynakli gölgeden faydalanarak ortami standardize eden ve gölgenin koyulugu, boyu, seklinden faydalanarak iki boyutlu bir görüntüden 3. Boyutu hesaplayan ve böylece görüntü algilayici birimle (1.3) es zamanli çalisarak alinan görüntüyü dijital veriye çeviren en az bir kontrol birimi (2.1) ile karakterize edilen bir ölçüm düzenegi (10).

2. Platinum kürlü silikon kauçuk olan elastomerik malzeme (1.1.1) ve cam (C) içeren elastomerik sensör (1.1) içermesi ile karakterize edilen istem 1,deki gibi ölçüm düzenegi (10).

3. Hassas ve dogru ölçüm almak üzere; Elastomerik malzemeye (1.1.1) karakteristik özellikler veren silikon polimerleri olan A, B ve silikon kauçugun "hissini" daha yumusak ve daha "et benzeri" bir malzemeye dönüstüren C bileseni olmak üzere üç tane bilesen faktörün ve bu bilesenlerin her birine ait üç seviyenin belirlenmesi, - A, B ve C bilesenlerine ait her bir seviye için karisim oranlarinin l, 2 ve 3 sayisi verilerek tayin edilmesi, - Elastomerik malzemenin fiziksel özelliklerine etki eden ortogonal bir tasarim matrisinin belirlenmesi ve bu matrise göre belirlenen oranlar göz önünde bulundurularak faktörlere/ seviyelere ait A, B ve C bilesenlerinin, her bir bilesen için l,den 3,e kadar (3 dahil) sayilar verilmek üzere en az bir adet numune için belirlenmesi, - Belirlenen A, B ve C bilesenlerinin karistirilmasi için optimum sicaklik ve nem degerinin belirlenmesi, - 0.6 ila 1.8 gps araliginda bir viskozite degerine sahip A, B ve C bilesenlerinin viskozitesine karsilik gelen toplam sivi miktarinin belirlenmesi, - Her bir karisim sonucu olusan numune ile reaksiyona girmeyecek en az bir malzemeye en az bir döküm isleminin gerçeklestirilmesi, - Ideal elastomerik malzemeyi belirlemek için her numune üzerinde ayri ayri biçimde polimer tipi yumusak malzemelerin yumusaklik ölçümü olan Shore A yumusaklik ölçümü, isik geçirkenligi, çekme dayanimi, kuruma süresi ölçümlerinin yapilmasi, - Numuneler kuruduktan sonra gerçeklestirilen Shore A yumusalik ölçümünün tercihen numuneye ait en az bir noktadan gerçeklestirilerek, numuneye ait ortalama yumusaklik degerinin bulunmasi, - Elde edilen elastomerik numunenin ne kadar dayanikli ve ne kadar yumusak oldugunu anlamak için S/N (signal/noise) oraninin belirlenmesi, - Istenen yumusaklikta, isik geçirgenligine sahip, çekme dayanimina sahip, kuruma süresine sahip numune belirlendikten sonra bu numuneye önceden belirlenen bir alanda sert ve isik geçirgen bir malzeme tercihen camin tutturulmasi saglanarak numune ve camin tümlesik olarak üretilmesi, - Bir yüzeyi camla bütünlesik olan elastomerik malzemenin (1.1.1) bir diger yüzeyinin en az bir renkte silikon pigment kullanilarak kaplanmasi yöntem adimlari ile üretilen bir elastomerik sensör (1.1) içermesi ile karakterize edilen istem 2,deki gibi bir ölçüm düzenegi (10). . Is parçasina 0 ila 90 derecelik açiyla isik yansitan aydinlatma birimi (1.2) ile karakterize edilen istem 3,deki gibi ölçüm düzenegi (10). Serit formunda aydinlatma birimi (1.2) ile karakterize edilen istem 4,deki gibi ölçüm düzenegi (10). . Kirmizi, yesil, mavi ve beyaz renkler veya sadece tek renkte olabilen aydinlatma birimleri (1.2) ile karakterize edilen istem 5 ,deki gibi ölçüm düzenegi (10). . Bir servo motor olan tahrik birimi (1.4) ile karakterize edilen istem 6,daki gibi ölçüm düzenegi (10). . Tahrik birimi (1.4) ile hareket ettirilen ve böylece elastomerik malzemeye (1.1.1) yakinligi ve uzakligi degistirilerek görüntüleme alaninin 250x250 mm kadar artirilmasini saglayan görüntü algilayici birim (1.3) ile karakterize edilen istem 7,deki gibi ölçüm düzenegi (10). . Mikron hassasiyetinde görüntü alan ve aldigi görüntüyü kontrol birimine (2.1) ileten görüntü algilayici birim (1.3) ile karakterize edilen istem 8,deki gibi ölçüm düzenegi (10).