Yıl: 2021 Cilt: 36 Sayı: 2 Sayfa Aralığı: 1159 - 1170 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.683386 İndeks Tarihi: 29-07-2022

Görüntü işleme algoritması kullanarak elektrotermal mikro-aktüatörün karakterizasyonu

Öz:
3B üretim teknolojisi son zamanlarda çeşitli uygulamalarda kullanılmak üzere 3B parçaların hızlı üretilmesiyle büyük bir ilgi gördü. Bu makale, 3B üretim yöntemlerinden biri olan dijital ışık işleme (DLP) kullanılarak üretilen elektrotermal mikro-aktüatörün karakterizasyon çalışmasını sunmaktadır. Bu aktüatör, belirlenen kriterlere göre iki yönde hareket edebilecek biçimde tasarlanmış ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretim sürecinde 3 farklı deney yapılmıştır. İlk 2 deneyin üretim sürecinde mikro-aktüatörün yapısında bozulmalar veya kırılmalar ortaya çıkmıştır. Bu sorunlar 3. deneyin üretiminde meydana gelmemiştir. Aktüatörün farklı çalışma gerilim değerleri altında yer değiştirmesini gözlemlemek için bir karakterizasyon deney düzeneği oluşturulmuştur. Bu düzenek, prob istasyonunda yer değiştirmeleri gözlemlemek için optik mikroskop ve dijital kamera içermektedir. Gözlemlenen yer değiştirmeleri tespit etmek için görüntü işleme algoritması kullanılmıştır. Deneysel çalışmalarda mikro-aktüatörün yapısında bozulma veya kırılma gözlemlenene kadar çalışma gerilimi 0V’dan 1V’luk artışlarla artırılmıştır. Mikro-aktüatöre 6V gerilim uygulandığında, her yönde maksimum 3,84 µm yer değiştirme meydana gelmiştir. Mikro-aktüatöre 6V’dan fazla gerilim uygulandığında ise aktüatörün kollarında bozulmalar veya kırılmalar meydana gelmiştir. Sonuç olarak, mikro-aktüatörün tasarımı çift yönlü olduğundan maksimum yer değiştirmesi 7,68 µm'dir.
Anahtar Kelime: Eklemeli imalat görüntü işleme iki-foton polimerizasyon elektrotermal çalıştırma fabrikasyon

Characterization of electrothermal micro-actuator using image processing algorithm

Öz:
3D fabrication technology has gained a lot of attention recently, with the rapid fabrication of 3D parts for use in various applications. This article presents an electrothermal micro-actuator's characterization study fabricated using digital light processing (DLP), one of the 3D manufacturing methods. This actuator has been designed and fabricated to move in two directions according to the specified criteria. Three different experiments were conducted during the fabrication process. During the fabrication process of the first two experiments, deterioration or breakage occurred in the micro-actuator structure. These problems did not occur in the fabrication of the 3rd experiment. A characterization test setup was created to observe the displacement of the actuator under different operating voltage values. This setup includes an optical microscope and digital camera to observe displacements at the probe station. An image processing algorithm was used to detect the observed displacements. In experimental studies, the operating voltage was increased from 0V to 1V until deterioration or breakage in the micro-actuator structure was observed. When 6V voltage is applied to the micro-actuator, a maximum displacement of 3.84 µm occurred in each direction. When more than 6V voltage is applied to the micro-actuator, deformations or breaks occurred in the actuator arms. As a result, the micro-actuator's design is bi-directional, so its maximum displacement is 7.68 µm.
Anahtar Kelime: image processing

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • 1. Di Giamberardino, P., Bagolini, A., Bellutti, P., Rudas, I. J., Verotti, M., Botta, F., Belfiore, N. P., New MEMS tweezers for the viscoelastic characterization of soft materials at the microscale, Micromachines, 9 (2), 15- 25, 2018.
  • 2. Crescenzi, R., Balucani, M., Belfiore, N. P., Operational characterization of CSFH MEMS technology based hinges, Journal of Micromechanics and Microengineering, 28 (5), 10-25, 2018.
  • 3. Öcal A., Gürü M., Karacasu M., Improvement of bitumen performance properties with nano magnesium spinel and colemanite, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 33 (3), 939-951, 2018.
  • 4. Sabato, A., Niezrecki, C., Fortino, G., Wireless MEMSbased accelerometer sensor boards for structural vibration monitoring: a review, IEEE Sensors Journal, 17 (2), 226-235, 2016.
  • 5. Liu, H., Zhang, L., Li, K. H. H., Tan, O. K., Microhotplates for metal oxide semiconductor gas sensor applications—towards the CMOS-MEMS monolithic approach, Micromachines, 9 (1), 557-568, 2018.
  • 6. Choudhary, N., Kaur, D., Shape memory alloy thin films and heterostructures for MEMS applications: A review, Sensors and Actuators A: Physical, 242 (1), 162-181, 2016.
  • 7. Kunti, G., Dhar, J., Bhattacharya, A., Chakraborty, S., Electro-thermally driven transport of a non-conducting fluid in a two-layer system for MEMS and biomedical applications, Journal of Applied Physics, 123 (24), 244901, 2018.
  • 8. Gómez-Cortés, J. F., Nó, M. L., Ruíz-Larrea, I., Breczewski, T., López-Echarri, A., Schuh, C. A., San Juan, J. M., Ultrahigh superelastic damping at the nanoscale: A robust phenomenon to improve smart MEMS devices, Acta Materialia, 166 (2), 346-356, 2019.
  • 9. Gerdroodbary, M. B., Mosavat, M., Ganji, D. D., TaeibiRahni, M., Moradi, R., Application of molecular force for mass analysis of Krypton/Xenon mixture in lowpressure MEMS gas sensor, Vacuum, 150 (3), 207-215, 2018.
  • 10. Zamanzadeh, M., Ouakad, H. M., Azizi, S., Theoretical and experimental investigations of the primary and parametric resonances in repulsive force based MEMS actuators, Sensors and Actuators A: Physical, 303 (1), 111635, 2020.
  • 11. Eşme E., Karlık B., Design of intelligent garment with sensor fusion for rescue teams, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34 (3), 1187-1200, 2019.
  • 12. Knick, C. R., Sharar, D. J., Wilson, A. A., Smith, G. L., Morris, C. J., Bruck, H. A., High frequency, low power, electrically actuated shape memory alloy MEMS bimorph thermal actuators, Journal of Micromechanics and Microengineering, 29 (2), 075005, 2019.
  • 13. Lobato-Dauzier, N., Denoual, M., Sato, T., Tachikawa, S., Jalabert, L., Fujita, H., Current driven magnetic actuation of a MEMS silicon beam in a transmission electron microscope, Ultramicroscopy, 197 (1), 100- 104, 2019.
  • 14. Niarchos, D., Magnetic MEMS: key issues and some applications, Sensors and Actuators A: Physical, 109 (1), 166-173, 2013.
  • 15. Gaafar, E., Zarog, M., A low-stress and low temperature gradient microgripper for biomedical applications, Microsystem Technologies, 23 (12), 5415-5422, 2017.
  • 16. Wijesiri, A., & Amarasinghe, Y. W. R., MEMS based microneedle actuator with piezoresistive force feedback system for biomedical applications, International Journal of Scientific Engineering and Technology, 3 (12), 1449-1454, 2014.
  • 17. Galetto, M., Schiavi, A., Genta, G., Prato, A., Mazzoleni, F., Uncertainty evaluation in calibration of low-cost digital MEMS accelerometers for advanced manufacturing applications, CIRP Annals, 68 (1), 535- 538, 2019.
  • 18. Lega, P., Koledov, V., Orlov, A., Kuchin, D., Frolov, A., Shavrov, V., Khovaylo, V., Composite Materials Based on Shape‐Memory Ti2NiCu Alloy for Frontier Micro‐ and Nanomechanical Applications, Advanced Engineering Materials, 19 (8), 1700154, 2017.
  • 19. Bao, F. H., Wu, X. Q., Zhou, X., Wu, Q. D., Zhang, X. S., Bao, J. F., Spider web-like phononic crystals for piezoelectric MEMS resonators to reduce acoustic energy dissipation, Micromachines, 10 (9), 626, 2019.
  • 20. Masood, M. U., Saleem, M. M., Khan, U. S., Hamza, A., Design, closed-form modeling and analysis of SU-8 based electrothermal microgripper for biomedical applications, Microsystem Technologies, 25 (4), 1171- 1184, 2019.
  • 21. Feng, H., Miao, X., Yang, Z., Design, Simulation and Experimental Study of the Linear Magnetic Microactuator, Micromachines, 9 (9), 454, 2018.
  • 22. Piriyanont, B., Moheimani, S. R., MEMS rotary microgripper with integrated electrothermal force sensor, Journal of Microelectromechanical Systems, 23 (6), 1249-1251, 2014.
  • 23. Hamid, N. A., Majlis, B. Y., Yunas, J., Syafeeza, A. R., Wong, Y. C., Ibrahim, M., A stack bonded thermopneumatic micro-pump utilizing polyimide based actuator membrane for biomedical applications, Microsystem Technologies, 23 (3), 4037-4043, 2017.
  • 24. Blachowicz, T., Ehrmann, A. 3D printed MEMS technology—recent developments and applications, Micromachines, 11 (1), 434, 2020.
  • 25. Joshitha, C., Sreeja, B. S., Princy, S. S., Radha, S., Efficiency enhanced novel 3T heads V-beam microactuator for low power applications, Microsystem Technologies, 23 (4), 5797-5804, 2017.
  • 26. Seo, Y. H., Hwang, K., Park, H. C., Jeong, K. H., Electrothermal MEMS fiber scanner for optical endomicroscopy, Optics Express, 24 (4), 3903-3909, 2016.
  • 27. Cauchi, M., Grech, I., Mallia, B., Mollicone, P., Sammut, N., The effects of cold arm width and metal deposition on the performance of a U-beam electrothermal MEMS microgripper for biomedical applications, Micromachines, 10 (1), 167, 2019.
  • 28. Zang, X., Zhou, Q., Chang, J., Liu, Y., Lin, L., Graphene and carbon nanotube (CNT) in MEMS/NEMS applications, Microelectronic Engineering, 132 (1), 192- 206, 2015.
  • 29. Genç A., Göksu T., Helhel S., Investigation of the performance of waveguide bend components fabricated with 3D printing and copper plating, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34 (2), 801-810, 2019.
  • 30. Gibson, I., Rosen, D. W., Stucker, B., Additive manufacturing Technologies, New York: Springer, 17, 2014.
  • 31. Tofail, S. A., Koumoulos, E. P., Bandyopadhyay, A., Bose, S., O’Donoghue, L., Charitidis, C., Additive manufacturing: scientific and technological challenges, market uptake and opportunities, Materials Today, 21 (1), 22-37, 2018.
  • 32. Kumar, S., Bhushan, P., Pandey, M., Bhattacharya, S., Additive manufacturing as an emerging technology for fabrication of microelectromechanical systems (MEMS), Journal of Micromanufacturing, 2 (2), 175- 197, 2019.
  • 33. Wu, D., Zhao, Z., Zhang, Q., Qi, H. J., Fang, D., Mechanics of shape distortion of DLP 3D printed structures during UV post-curing, Soft matter, 15 (30), 6151-6159, 2019.
  • 34. Bazaz, S. R., Rouhi, O., Raoufi, M. A., Ejeian, F., Asadnia, M., Jin, D., Warkiani, M. E., 3D Printing of Inertial Microfluidic Devices, Scientific reports, 10 (1), 1-14, 2020.
  • 35. Schmidleithner, C., Malferarri, S., Palgrave, R., Bomze, D., Schwentenwein, M., Kalaskar, D. M., Application of high resolution DLP stereolithography for fabrication of tricalcium phosphate scaffolds for bone regeneration, Biomedical Materials, 14 (4), 045018, 2019.
  • 36. Littrell, R., Grosh, K., Modeling and characterization of cantilever-based MEMS piezoelectric sensors and actuators, Journal of Microelectromechanical Systems, 21 (2), 406-413, 2012.
  • 37. Kumar, R., Rab, S., Pant, B. D., Maji, S., Design, development and characterization of MEMS silicon diaphragm force sensor, Vacuum, 153 (2), 211-216, 2018.
  • 38. İrem, K. Ö., Öztürk, S., Kuncan, M., Pantography Application with Real-Time PLC Based on Image Processing in Gantry Robot System, European Journal of Technique, 9 (2), 219-229, 2019.
  • 39. Selçuk T., Çolakoğlu A.S., Alkan A., Bread texture analysis and development of user interface using image processing techniques, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 33 (1), 31-41, 2018.
  • 40. Nikbakht Aali, S., Bagherzadeh, N., Divisible load scheduling of image processing applications on the heterogeneous star and tree networks using a new genetic algorithm, Concurrency and Computation: Practice and Experience, 32 (10), e5498, 2020.
  • 41. Bingöl K., Aslı E.R., Örmecioğlu H.T., Arzu E.R., Artificial intelligence applications in earthquake resistant architectural design: Determination of irregular structural systems with deep learning and ImageAI method, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 35 (4), 2197-2210, 2020.
  • 42. Kuncan, M., Kaplan, K., Fatih, A. C. A. R., Kundakçi, I. M., Ertunç, H. M., Fuzzy logic based ball on plate balancing system real time control by image Processing, International Journal of Natural and Engineering Sciences, 10 (3), 28-32, 2016.
  • 43. Vargas-Chable, P., Tecpoyotl-Torres, M., Cabello-Ruiz, R., Rodriguez-Ramirez, J. A., Vargas-Bernal, R. Modified U-shaped microactuator with compliant mechanism applied to a microgripper, Actuators, 8 (1), 28, 2019.
  • 44. Zhang, J., Hu, Q., Wang, S., Tao, J., Gou, M., Digital light processing based three-dimensional printing for medical applications, International Journal of Bioprinting, 6 (1), 242, 2020.
  • 45. Rodrigues, C., de Mello, J. M. M., Dalcanton, F., Macuvele, D. L. P., Padoin, N., Fiori, M. A., Riella, H. G., Mechanical, thermal and antimicrobial properties of chitosan-based-nanocomposite with potential applications for food packaging, Journal of Polymers and the Environment, 28, 1-21, 2020.
  • 46. Wu, C., Yi, R., Liu, Y. J., He, Y., Wang, C. C. Delta DLP 3D printing with large size, In IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2155-2160, 2016.
APA ÜLKİR O, ERTUGRUL I, akkus n (2021). Görüntü işleme algoritması kullanarak elektrotermal mikro-aktüatörün karakterizasyonu. , 1159 - 1170. 10.17341/gazimmfd.683386
Chicago ÜLKİR OSMAN,ERTUGRUL ISHAK,akkus nihat Görüntü işleme algoritması kullanarak elektrotermal mikro-aktüatörün karakterizasyonu. (2021): 1159 - 1170. 10.17341/gazimmfd.683386
MLA ÜLKİR OSMAN,ERTUGRUL ISHAK,akkus nihat Görüntü işleme algoritması kullanarak elektrotermal mikro-aktüatörün karakterizasyonu. , 2021, ss.1159 - 1170. 10.17341/gazimmfd.683386
AMA ÜLKİR O,ERTUGRUL I,akkus n Görüntü işleme algoritması kullanarak elektrotermal mikro-aktüatörün karakterizasyonu. . 2021; 1159 - 1170. 10.17341/gazimmfd.683386
Vancouver ÜLKİR O,ERTUGRUL I,akkus n Görüntü işleme algoritması kullanarak elektrotermal mikro-aktüatörün karakterizasyonu. . 2021; 1159 - 1170. 10.17341/gazimmfd.683386
IEEE ÜLKİR O,ERTUGRUL I,akkus n "Görüntü işleme algoritması kullanarak elektrotermal mikro-aktüatörün karakterizasyonu." , ss.1159 - 1170, 2021. 10.17341/gazimmfd.683386
ISNAD ÜLKİR, OSMAN vd. "Görüntü işleme algoritması kullanarak elektrotermal mikro-aktüatörün karakterizasyonu". (2021), 1159-1170. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.683386
APA ÜLKİR O, ERTUGRUL I, akkus n (2021). Görüntü işleme algoritması kullanarak elektrotermal mikro-aktüatörün karakterizasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36(2), 1159 - 1170. 10.17341/gazimmfd.683386
Chicago ÜLKİR OSMAN,ERTUGRUL ISHAK,akkus nihat Görüntü işleme algoritması kullanarak elektrotermal mikro-aktüatörün karakterizasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36, no.2 (2021): 1159 - 1170. 10.17341/gazimmfd.683386
MLA ÜLKİR OSMAN,ERTUGRUL ISHAK,akkus nihat Görüntü işleme algoritması kullanarak elektrotermal mikro-aktüatörün karakterizasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.36, no.2, 2021, ss.1159 - 1170. 10.17341/gazimmfd.683386
AMA ÜLKİR O,ERTUGRUL I,akkus n Görüntü işleme algoritması kullanarak elektrotermal mikro-aktüatörün karakterizasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(2): 1159 - 1170. 10.17341/gazimmfd.683386
Vancouver ÜLKİR O,ERTUGRUL I,akkus n Görüntü işleme algoritması kullanarak elektrotermal mikro-aktüatörün karakterizasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(2): 1159 - 1170. 10.17341/gazimmfd.683386
IEEE ÜLKİR O,ERTUGRUL I,akkus n "Görüntü işleme algoritması kullanarak elektrotermal mikro-aktüatörün karakterizasyonu." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36, ss.1159 - 1170, 2021. 10.17341/gazimmfd.683386
ISNAD ÜLKİR, OSMAN vd. "Görüntü işleme algoritması kullanarak elektrotermal mikro-aktüatörün karakterizasyonu". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36/2 (2021), 1159-1170. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.683386