Elastomerik taktik sensör kullanılarak yüzey kalitesinin görüntü işleme yöntemleriyle tespitinin araştırılması
Investigation of surface quality detection using image processing techniques with elastomeric tactile sensor
- Tez No: 958468
- Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF ÇAY, DOÇ. DR. BURAK TANYERİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu doktora tezinde, yüzey kusurlarının ve pürüzlülüğünün hassas ve sayısal olarak değerlendirilmesine olanak tanıyan, elastomerik taktik sensör temelli yenilikçi bir ölçüm sistemi tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Klasik temaslı yavaş ölçüm süreci, yüzeye zarar verme riski ve yalnızca çizgisel profil verisi üretmesi; temassız yöntemlerin ise parlama, yansıma ve malzeme optiğine bağlılık gibi sorunları, bu alandaki ilerlemeyi kısıtlamaktadır. Bu bağlamda tez kapsamında deformasyona dayalı ancak optik temelli, maliyeti düşük, taşınabilir ve sayısal çıktı verebilen hibrit bir sistem geliştirilmiştir. Sistem; düşük Shore A sertliğine sahip, yüksek deformasyon kabiliyeti sunan ve optik olarak şeffaf Ecoflex 00-30 elastomer malzemesiyle oluşturulmuştur. Elastomer yüzey, referans yüzeye bastırılarak yüzeyin mikro topografik izlerini almış; bu izler, elastomerin arka yüzeyinden yüksek çözünürlüklü mikroskobik kamera ile görüntülenmiştir. Elde edilen görüntüler, Python–OpenCV tabanlı özel olarak geliştirilen yazılım ile analiz edilmiştir. Kullanıcı arayüzü PyQt5 ile hazırlanarak kullanımı kolay, grafiksel geri bildirim sağlayan bir analiz ortamı sunulmuştur. Deneysel çalışmalarda farklı geometrik yapıda (çizgisel ve dairesel, çukur ve tümsek) referans yüzeyler tasarlanmış, farklı Shore değerlerine sahip elastomer numunelerle sistemin yanıtı test edilmiştir. Ölçümlerde genişlik için ortalama hata oranı %0,70, derinlik için %3,50 olarak bulunmuştur. Ayrıca elastomer malzemenin mekanik karakterizasyonu (çekme testi, Shore A sertliği) gerçekleştirilmiş, deformasyonun görsel iz bırakma kapasitesi incelenmiştir. Görüntüler üzerinden oluşturulan 3D yüzey topografyası ve kontur haritaları, fiziksel profilometre verileriyle yüksek uyum göstermiştir. Sistem, klasik ölçüm cihazlarının aksine tam alanlı ölçüm yapabilmekte; yüzeydeki bozukluk, çıkıntı, çukur ve çizik gibi kusurları yüksek doğrulukla tespit edebilmektedir. Geliştirilen yazılım, yalnızca ölçüm yapmakla kalmamakta, kusurların koordinat, genişlik ve derinlik gibi metriklerini de vermektedir. Ayrıca sistemin düşük maliyetli ve taşınabilir olması, açık kaynak kütüphanelere dayanması, farklı elastomerlerle çalışabilirliği ve 3B analiz yeteneği sayesinde üretim hatları, biyomedikal yüzey karakterizasyonu, hassas parça muayenesi gibi pek çok alanda uygulanabilirliği bulunmaktadır. Sonuç olarak bu çalışma, yüzey analizinde deformasyon temelli görüntü işleme yaklaşımını kullanan özgün bir sensör sistemini literatüre kazandırmakta ve malzeme mühendisliği ile bilgisayarla görmenin kesişiminde yenilikçi bir katkı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this doctoral dissertation, an innovative measurement system based on an elastomeric tactile sensor has been designed and successfully implemented to enable precise, quantitative, and high-resolution evaluation of surface defects and roughness. Classical contact-based measurement methods commonly generate only linear profile data through direct contact with the surface, which leads to slow measurement processes and may cause irreversible damage, especially on delicate and soft surfaces. On the other hand, non-contact optical systems often suffer from limitations such as glare, reflection, dependence on material optics, and restricted depth resolution. These technical constraints make it difficult to reliably detect surface topography and micro-defects. To address these limitations, a hybrid system has been developed that is deformation-based yet optically driven, low-cost, portable, compatible with open-source software, and capable of providing full-field quantitative measurements. The system consists of an optically transparent Ecoflex 00-30 elastomer with low Shore A hardness acting as a deformation-sensitive layer, a high-resolution microscopic camera capturing deformation traces from the rear surface of the elastomer, a four-directional controlled illumination setup, and a custom-developed analysis software based on Python and OpenCV. The user interface, developed with PyQt5, offers an intuitive and interactive environment that provides visual, metric, and graphical feedback after each measurement. The system was tested using reference surfaces with different geometrical features (linear, circular, concave, and convex), and its performance was analyzed using ten elastomer samples with varying Shore A hardness values. Experimental results revealed a clear correlation between the elastomer's hardness and its ability to accurately replicate surface deformations. Elastomers with Shore A values below 8 exhibited measurement instability and loss of image clarity, while those above 10 failed to sufficiently conform to the surface, resulting in blurred deformation patterns. Based on these findings, an optimal Shore A range of 8–10 was determined to ensure both high deformation sensitivity and measurement stability. The visual measurement performance of the system was validated by calculating the width and depth metrics of artificial defects with linear and circular shapes. The mean error rate was found to be 0.70% for width and 3.50% for depth. In addition, 3D surface topography and contour maps generated by the system were compared with reference data obtained from a conventional profilometer, and a high level of agreement was observed. Unlike conventional devices that are limited to point or line-based data, the developed system is capable of performing full-field defect analysis and presenting results in a quantitative and visual format. Beyond extracting deformation data, the system can automatically compute and report critical metrics such as defect coordinates, width, and depth. This multi-layered analysis capability provides significant advantages in surface classification, quality control, and defect type identification. Moreover, due to its foundation on open-source algorithms, the system can be further developed and customized for research-oriented applications. In terms of applicability, the system exhibits substantial potential across various domains. It can be effectively used in industrial production lines where surface quality is critical, quality control of 3D-printed parts, biomedical implant surface characterization, detection of contact traces on microelectronic components, inspection of flexible circuits, and tactile surface analysis for biomimetic robotic skins. The modifiability of the elastomer material enhances adaptability to different surface types, while the system's portability and cost-effectiveness improve its accessibility for field applications. In conclusion, this study introduces a novel measurement system that combines deformation-based surface tracking with optical imaging. It offers high quantitative accuracy and practical applicability, contributing an original approach to the literature at the intersection of materials science, mechanical characterization, and computer vision. The proposed method offers promising implications for both academic research and industrial measurement systems.
Benzer Tezler
- Tersiyer butil katekol, alkillenmiş tri fenil fosfit ve karışımlarının CBR kauçuğundaki oksitlenmeyi yavaşlatıcı etkilerinin DSC yöntemi ile incelenmesi
Determination of effectiveneses of 2,6 ditertiarybutyl cathecol, tri (mono-and-di-nonyl-pheyl mixture) phosphite and their mixtures as antioxidants for CBR, bay DSC
Ö. TUNÇ SAVAŞÇI
- Poli (stiren-b-etilen oksit) blok kopolimerlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of poly (styrene-b-ethylene oxide) block copolymers
NURSELİ UYANIK
- Fotokatolitik metatez tepkimeleriyle polibutadien ve vulkanize polibutadienin degradasyonu
Başlık çevirisi yok
ÇETİN BOZKURT
- Development of data bank for sheet metal presswork die sets and auxilary companents
Başlık çevirisi yok
MURAT İBRAHİM YETKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
1989
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. MUSTAFA İLHAN GÖKLER
- Characterization of uncured and cured hydroxyl terminated polybutadiene prepolymer
Başlık çevirisi yok
REŞADET ÖZTÜRK
