RANCANG BANGUN MESIN BOR PCB OTOMATIS BERBASIS COMPUTER NUMERICAL CONTROL (CNC)

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR RE 1559 RANCANG BANGUN MESIN BOR PCB OTOMATIS BERBASIS COMPUTER NUMERICAL CONTROL (CNC) BAMBANG YUDHO HARYANTO NRP Dosen Pembimbing Ir.Djoko Purwanto,M.Eng,Ph.D JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Surabaya 2006

2 RANCANG BANGUN MESIN BOR PCB OTOMATIS BERBASIS COMPUTER NUMERICAL CONTROL (CNC) TUGAS AKHIR Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro Pada Bidang Studi Elektronika Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Mengetahui / Menyetujui Dosen Pembimbing Ir. Djoko Purwanto, M.Eng, Ph.D Nip : SURABAYA JANUARI, 2007

3 ABSTRAK Mesin bor PCB otomatis berbasis Computer Numerical Control (CNC) merupakan sebuah mesin yang digunakan untuk melakukan pengeboran otomatis terhadap Printed Circuit Board (PCB) berdasarkan data koordinat (Excellon Drill File) yang diperoleh dari software OrCAD Mesin ini tersusun atas 3 buah sumbu yang bergerak secara translasi yaitu sumbu X, Y dan Z. Tiap-tiap sumbu akan bergerak untuk mendeteksi kemudian melakukan pengeboran pada titik yang dituju. Mekanisme kontrol dilakukan oleh mikrokontroler setelah menerima data koordinat dari PC. Mesin ini dapat dioperasikan secara manual maupun otomatis. Mode operasi masnualselain dapat digunakan untuk menjalankan mesin secara manual juga dapat digunakan untuk menentukan posisi offset (0,0,0) dari lengan sumbu supaya diperoleh hasil pengeboran yang maksimal. Pada prakteknya mesin ini mampu bekerja dengan resolusi maksimal sebesar um dan kesalahan pergeseran rata-rata sebesar 0.02 mm. Pengeboran pada tiap lubang memerlukan waktu sebesar 5 detik dengan rata-rata kecepatan pergeseran sumbu sebesar 2.63 mm/s. i

4 KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan judul : RANCANG BANGUN MESIN BOR PCB OTOMATIS BERBASIS COMPUTER NUMERICAL CONTROL (CNC) Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar sarjana pada Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Dalam menyelesaikan tugas akhir ini penulis banyak mendapat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Papa, Mama, Didit, Lisa dan Ulfa yang telah memberikan dorongan dan doa hingga tugas akhir ini selesai. 2. Bapak Ir. Hendra Kusuma, M.Eng selaku koordinator Bidang Studi Elektronika yang telah memberikan dorongan dan semangat untuk segera menyelesaikan tugas akhir ini. 3. Bapak Ir. Djoko Purwanto, M.Eng, PhD selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan saran serta bimbingan. 4. Seluruh dosen pengajar Jurusan Teknik Elektro yang telah banyak memberikan ilmu selama penulis menempuh kuliah. 5. Rekan rekan di Jurusan Teknik Elektro, terutama bidang studi elektronika atas segala bantuan dan sumbangan pikiran dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Kami menyadari bahwa buku ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu kami mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun. Harapan kami adalah semoga apa yang telah kami tulis dapat bermanfaat bagi para pembaca sekalian. Amin. Surabaya, Januari 2007 Penyusun iii

5 DAFTAR ISI ABSTRAK...i KATA PENGANTAR...iii DAFTAR ISI...v DAFTAR GAMBAR...vii DAFTAR TABEL...viii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Permasalahan Batasan Masalah Tujuan Metodologi Sistematika penulisan Relevansi...6 BAB II DASAR TEORI 2.1 Karakteristik Motor DC Prinsip kerja motor DC GGL Balik Torsi dan Arus Motor Kecepatan Motor Daya dan Efisiensi Model Dinamik Motor DC Pengaturan Posisi Motor DC Teori Pengaturan Kecepatan Motor DC Induktor Rangkaian Pengaturan Posisi Motor DC Transistor sebagai switch Prinsip Kerja Motor Stepper Deskripsi Jenis-jenis Motor Stepper Variable Reluctance (VR) Permanent Magnetr (PM) Hybrid Coil Excitation Types Unipolar Stepper Motor Bipolar Stepper Motor...33 v

6 2.6 Tahapan pergerakan Motor Stepper Driver Motor Stepper L297-IC Stepper Motor Controler L298-Dual Full Bridge Sistem Mekanik Mikrokontroler AVR ATMega Mikrokontroler AVR Fitur-fitur ATMega Konfigurasi Hardware BAB III PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT 3.1 Perancangan Sistem Perancangan Software Perancangan Hardware Board Utama Mesin Mikrokontroler RS-232 Serial Interface Driver Motor Stepper Driver Motor DC Sistem Mekanik BAB IV PENGUJIAN ALAT 4.1 Deskripsi Pengujian Hasil Pengujian BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A Listing Program ATMega LAMPIRAN B Skema Board Utama Mesin Skema Driver Motor Stepper Skema Driver Motor DC RIWAYAT PENULIS vi

7 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Aturan tangan kiri Fleming... 7 Gambar 2.2 Gaya terhadap Arus dan Medan Magnet... 8 Gambar 2.3 Motor DC... 8 Gambar 2.4 Prinsip Kerja Motor DC... 9 Gambar 2.5 Jenis jenis Koneksi pada Motor DC Gambar 2.6 Motor DC dengan 4 Kutub Gambar 2.7 Rangkaian listrik sebuah motor DC Gambar 2.8 Grafik Arus Motor DC terhadap Torsi Gambar 2.9 Grafik Kecepatan Motor terhadap Torsi Gambar 2.10 Grafik Daya Motor terhadap Torsi Gambar 2.11 Rangkaian Ekivalen Motor DC Gambar 2.12 Diagram Blok Motor DC dengan masukan Arus Gambar 2.13 Diagram Blok Motor DC dengan masukan Tegangan Gambar 2.14 Grafik Kecepatan terhadap Waktu dan Tegangan Gambar 2.15 Rangkaian Ekivalensi Motor Gambar 2.16 Rangkaian full-bridge Gambar 2.17 Arah arus saat motor bergerak maju Gambar 2.18 Arah arus saat motor bergerak mundur Gambar 2.19 Simbol BJT NPN dan PNP Gambar 2.20 Arah Arus Transistor NPN dan PNP Gambar 2.21 Daerah Operasi Transistor NPN TIP Gambar 2.22 Rangkaian Switching Transistor Gambar 2.23 Konstruksi Motor Stepper Gambar 2.24 Variable Reluctance Motor Gambar 2.25 Permanent Magnet Gambar 2.26 Hybrid Gambar 2.27 Unipolar Stepper Motor Gambar 2.28 Pembalikan Arus pada Unipolar Stepper Motor Gambar 2.29 Sekuen Putaran Motor Stepper Unipolar Gambar 2.30 Motor Stepper Bipolar Gambar 2.31 Sekuen Putaran Motor Stepper Bipolar Gambar 2.32 Konsep H-Bridge pada Motor Stepper Bipolar Gambar 2.33 Konstruksi Internal L Gambar 2.34 Konstruksi Internal L Gambar 2.35 Skema penggabungan L297 dan L vii

8 Gambar 2.36 Konstruksi Dasar Mekanik Gambar 2.37 Konstruksi Ulir Gambar 2.38 Deskripsi pin ATMega Gambar 3.1 Diagram Gambar Sistem Secara Keseluruhan Gambar 3.2 Blok Diagram software pada mikrokontroler Gambar 3.3 Model pengiriman data manual Gambar 3.4 Flowchart Program Jog Mode pada Mikrokontroler Gambar 3.5 Flowchart Program Jog Mode pada PC Gambar 3.6 Flowchart Program Drill Mode pada Mikrokontroler Gambar 3.7 Data pengeboran untuk sumbu Z Gambar 3.8 Model data pengeboran satu lubang Gambar 3.9 Flowchart Program Drill Mode pada PC Gambar 3.10 Rangkaian Board Utama Sistem Gambar 3.11 Deskripsi pin pada L Gambar 3.12 Skema driver motor stepper Gambar 3.13 Driver Motor DC Gambar 3.14 Struktur Mekanik Gambar 3.15 Desain mekanik Gambar 4.1 Program Utama Pengujian Alat viii

9 DAFTAR TABEL Tabel 1 Data pergerakan Motor Stepper...41 Tabel 2 Jenis-jenis AVR ATMega...47 Tabel 3 Data pengeboran secara manual...73 Tabel 4 Data pengeboran secara otomatis...74 Tabel 5 Data waktu Pengeboran...74 ix