5

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.

6

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.

7

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 :

Tx adalah posisi sumbu x titik berat dari luasan

Ty adalah posisi sumbu y titik berat dari luasan

Pi(x) adalah posisi sumbu x titik ke i dari luasan

Pj(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.

8

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.

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

Komputer Mikrokontroler Motor Stepper Mekanik

Penggerak Bor

9

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.

Gambar 2.6. Mekanik penggerak mesin bor.

Pulley besar Pulley kecil

10

Ulir berfungsi mengubah gerakan rotasi menjadi translasi. Untuk itu diberikan sebuah nut (mur) pada poros ulir.

1

24

3

3 2 141

Putaran Motor Stepper

Ulir

Jarak gang ( )pitch

Gambar 2.7 Putaran motor stepper vs gerakan ulir.

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 = Jarak yang ditempuh ulir (mm).

N = Jumlah step.

= Step Angle (°).

P = Jarak pitch ulir (mm).