BAB II SISTEM PENENTU AXIS Z ZERO SETTER 2.1 Gambaran Umum Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dipaparkan pada Bab I, tujuan skripsi ini adalah merancang suatu penentu axis Z Zero Setter menggunakan laser sebagai pengganti sensor Z setter dan kamera (webcam) sebagai sensor yang diaplikasikan pada alat pengebor otomatis atau mesin bor duduk yang dikontrol secara otomatis dengan menggunakan kayu sebagai bahan. Pada skripsi ini dirancang sebuah mesin bor duduk otomatis yang menyerupai bor duduk pada umumnya. Di sini digunakan laser dan kamera sebagai sensor penentu titik nol yang dikendalikan oleh aplikasi desktop di PC (Personal Computer) dan data yang diterima komputer akan dikirim ke mikrokontroler melalui serial. Ball screw (ulir) digunakan untuk naik dan turunnya mesin bor dan dua buah linear shaft sebagai penyangga untuk dudukan mesin bor. Untuk menggerakkan ball screw digunakan motor stepper dan dikendalikan oleh mikrokontroler. Motor stepper terhubung oleh dua pulley belt (katrol), yaitu pulley besar dan pulley kecil. Pulley kecil terhubung dengan motor stepper langsung dan pulley besar terhubung oleh ulir, kedua pulley terhubung dengan belt. 2.2 Blok Diagram Sistem Dari penjelasan yang telah dipaparkan di atas, dibuat blok diagram sistem seperti Gambar 2.1. Gambar 2.1. Blok diagram sistem. 5
2.3 Cara Kerja Sistem Tahap pertama yang dilakukan adalah proses kalibrasi otomatis yang dilakukan oleh mata bor terhadap plat PCB pada meja kerja. Kalibrasi ini akan mengatur titik nol mata bor terhadap meja kerja dan mengatur nilai nol laser terhadap mata bor. Setelah melakukan proses kalibrasi mata bor pada plat PCB, sinar laser akan menyala dan bor akan naik secara perlahan untuk mencari titik nol laser. Cara untuk menemukan titik nol laser adalah menyatukan dua titik sinar laser menjadi sejajar seperti pada Gambar 2.2. Bila posisi titik sinar laser masih bersilangan atau belum sejajar seperti pada Gambar 2.3, maka bor akan bergerak naik atau turun sampai posisi sejajar. Gambar 2.2. Titik nol sinar laser yang sudah sejajar. Gambar 2.3. Titik laser yang belum sejajar. Proses untuk mencari titik nol adalah dengan pengolahan citra digital (digital image processing). Pengolahan citra digital adalah proses pengolahan gambar dua dimensi oleh perangkat komputer digital [2] atau merupakan proses pengambilan atribut-atribut pada gambar dengan input dan output yang berupa gambar [4]. Proses pengambilan citra melalui USB webcam dengan cara menerima citra dalam ruang RGB (Red Green Blue) dengan data masing-masing komponen warna RGB 8 bit. Jadi setiap piksel memiliki data 24 bit. 6
Pengolahan citra yang digunakan meliputi : a. Grayscaling Format data citra digital berhubungan erat dengan warna. Pada banyak kasus, terutama untuk keperluan penampilan secara visual, nilai data digital merepresentasikan warna dari citra yang diolah. Format citra digital yang banyak dipakai adalah citra skala keabuan (grayscale). b. Tresholding Thresholding atau binerisasi yaitu pengelompokan piksel-piksel dalam citra berdasarkan batas nilai intensitas tertentu adalah salah satu dari operasi tingkat titik [2]. c. Menghitung Titik Pusat Massa Setelah menghitung thresholding, didapatkan 2 titik sinar laser yang mencakup luasan beberapa piksel. Jumlah titik pada masing-masing luasan dihitung dan dicari titik berat masing-masing titik menggunakan persamaan berikut. (2.1) (2.2) Keterangan : T x adalah posisi sumbu x titik berat dari luasan T y adalah posisi sumbu y titik berat dari luasan P i (x) adalah posisi sumbu x titik ke i dari luasan P j (y) adalah posisi sumbu y titik ke j dari luasan n adalah jumlah titik dalam satu luasan Ada kemungkinan terdapat noise pada citra sehingga timbul titik-titik selain sinar laser. Untuk mengatasi noise ini, diambil hanya 2 titik sinar terbesar hasil thresholding. Adanya noise tersebut membuat kamera sulit dalam menemukan titik nol laser, bila kedua titik disatukan seperti pada Gambar 2.4. Untuk mengatasi itu, titik sinar laser dibuat terpisah (atas dan bawah), sehingga saat menemukan titik nol kedua titik sejajar atas dan bawah seperti Gambar 2.2. 7
Gambar 2.4. Dua titik laser menjadi satu titik. Setelah melakukan proses untuk pencarian titik nol laser dan posisi laser sudah sejajar, maka mesin bor akan kembali ke posisi paling atas (reset). Setelah melakukan proses kalibrasi mata bor dan kalibrasi titik nol laser, alat akan menunggu perintah dari aplikasi desktop. Pada aplikasi desktop, data akan dikirim dari komputer dan diterima oleh mikrokontroler dan mikrokontroler akan menggerakkan motor stepper. Data tersebut dapat berupa nilai step yang menyatakan koordinat titik nol mata bor dan sinar laser. Karena data dikirim lewat komputer maka diperlukan sebuah interface atau perangkat antarmuka yang memungkinkan pengguna untuk mengontrol proses pengeboran. Untuk mengirimkan data dari komputer ke mikrokontroler dibutuhkan jalur komunikasi. Jalur komunikasi yang digunakan adalah serial port. Komputer Mikrokontroler Motor Stepper Mekanik Penggerak Bor Gambar 2.5. Cara kerja mesin bor. Data yang dikirim dari komputer akan diterima dan diolah oleh untai pengendali. Data tersebut diubah dalam bentuk pulsa tegangan dengan frekuensi tertentu dan dalam waktu tertentu. Untai pengendali ini berupa untai mikrokontroler yang berfungsi untuk mengolah data, mengontrol gerakan motor dan mengatur on-off pada laser. Karena arus dan tegangan keluaran dari mikrokontroler sangat terbatas, sedangkan arus dan tegangan yang dibutuhkan untuk menggerakkan motor cukup besar maka 8
dibutuhkan untai driver motor. Untai ini menggunakan optocouplers dan MOSFET sebagai komponen utamanya. Motor yang digunakan adalah motor stepper jenis unipolar. Motor stepper bekerja dengan mengubah pulsa listrik menjadi gerakan mekanik diskrit. Karena mempunyai gerakan mekanik diskrit, maka putaran motor dapat dengan mudah diatur sesuai kebutuhan. Putaran motor stepper tergantung dari jumlah pulsa yang diberikan, sedangkan kecepatannya tergantung frekuensi pulsa yang diberikan. Langkah motor stepper dinyatakan dalam sudut. Sudut tersebut disebut sudut langkah atau step angle. Step angle adalah sudut yang dihasilkan dalam 1 kali pergerakan motor stepper. Misalkan sebuah motor stepper mempunyai step angle 0.9 maka dalam 1 putaran mempunyai 400 step. Pada bagian mekanik penggerak, poros motor stepper terhubung langsung dengan sebuah katrol (pulley) kecil. Pulley kecil ini terhubung dengan sebuah pulley besar yang terhubung oleh belt. Pulley besar terhubung langsung dengan poros ulir. Pulley kecil Pulley besar Gambar 2.6. Mekanik penggerak mesin bor. 9
Ulir berfungsi mengubah gerakan rotasi menjadi translasi. Untuk itu diberikan sebuah nut (mur) pada poros ulir. 1 1 4 3 2 1 4 2 Ulir 3 Putaran Motor Stepper Gambar 2.7 Putaran motor stepper vs gerakan ulir. Jarak gang ( pitch) Jika motor stepper digerakkan, maka pulley kecil dan pulley besar akan menggerakkan ulir, sehingga ulir akan bergerak searah gerakan motor stepper dan mur bergerak naik atau turun mengikuti arah putaran ulir. Jika putaran motor stepper diubah dalam gerakan ulir akan mendapat jarak sebagai berikut : S N P = Jarak yang ditempuh ulir (mm). = Jumlah step. = Step Angle ( ). = Jarak pitch ulir (mm). 10