PENENTU AXIS Z ZERO SETTER MENGGUNAKAN LASER DAN KAMERA

SEBAGAI SENSOR

Oleh

Paskahlis Tri Gunawan

NIM : 612006028

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

September 2013

PENENTU AXIS Z ZERO SETTER MENGGUNAKAN LASER DAN KAMERA

SEBAGAI SENSOR

Oleh

Paskahlis Tri Gunawan

NIM : 612006028

Skripsi ini telah diterima dan disahkan

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

dalam

Konsentrasi Teknik Elektronika

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Disahkan oleh

Pembimbing I Pembimbing II

Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc. Deddy Susilo, S.T

Tanggal : 30 September 2013 Tanggal : 30 September 2013

PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT

Saya, yang bertanda tangan dibawah ini:

NAMA : Paskahlis Tri Gunawan

NIM : 612006028

JUDUL SKRIPSI : Penentu Axis Z Zero Setter Menggunakan Laser dan

Kamera Sebagai Sensor

Menyatakan bahwa skripsi tersebut di atas bebas plagiat. Apabila ternyata

ditemukan unsur plagiat di dalam skripsi saya, maka saya bersedia mendapatkan sanksi

apapun sesuai aturan yang berlaku.

Salatiga, September 2013

Paskahlis Tri Gunawan

Materai Rp,

6000,-

i

INTISARI

Pada skripsi ini dirancang dan direalisasikan suatu penentu axis Z Zero Setter

menggunakan laser dan kamera sebagai sensor yang diaplikasikan pada alat pengebor

otomatis dengan menggunakan kayu sebagai bahan.

Alat yang direalisasikan mempunyai dimensi rangka dengan ukuran panjang 60 cm,

lebar 40 cm dan tinggi 50 cm. Proses pengeboran dimulai dari kalibrasi mata bor terhadap

meja kerja. Laser (dipasang miring 50° menghadap bahan) dan kamera (dipasang menjorok

ke depan di atas motor stepper sumbu Z) digunakan sebagai sensor penentu titik nol yang

dikendalikan oleh aplikasi desktop di PC (Personal Computer) melalui serial. Data serial

dikirim dari komputer dan diterima serta diolah oleh untai pengendali. Untai pengendali,

yang terdiri dari driver motor dan mikrokontroler ATmega 32, akan menggerakkan motor

stepper sesuai data yang diterima. Motor stepper kemudian akan menggerakkan dua buah

pulley belt (katrol) dan ball screw (ulir). Ulir digunakan untuk naik dan turunnya mesin bor

(digunakan mesin trimmer sebagai pengganti mesin bor) dan dua buah linear shaft sebagai

penyangga untuk dudukan mesin bor.

Alat yang direalisasikan dapat mengkalibrasi mata bor dan menentukan titik nol

laser secara otomatis. Alat ini dapat mengebor kayu sedalam 1 – 39 mm. Ralat maksimum

yang didapatkan adalah 0,3 mm.

ii

ABSTRACT

The purpose of this thesis is designing and creating a Zero Setter of Z axis using

laser and camera as censors that is applied to an automatic driller and using wood as

material.

The device’s framework dimension is 60 cms long, 40 cms wide, and 50 cms high.

Drilling process is started from bit calibration to work bench. Laser (assembled at 50°

angle to material) and camera (assembled stick forward on top of mottor stepper) are used

as zero setter censors, controlled by desktop application in PC (Personal Computer)

through serial. Serial data, sent from computer, is accepted and processed by electronic

circuit controller. Electronic circuit controller, that is consist of driver motor and

microcontroller, will drive two pulley belts and ball screw. Ball screw is used for bringing

driller up and down (trimmer is used as substitution of driller) and two linear shafts as a

holder to driller.

The device that has been created can automatically calibrate the bit and determine

laser’s zero point. The device can drill wood 1-39 mms depth. Maximum error obtained is

0,3 mms.

iii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus karena begitu besar kasih dan

penyertaanNya, sehingga skripsi ini dapat diselesaikan sebagai syarat untuk menyelesaikan

studi di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, Universitas Kristen Satya Wacana.

Semua usaha yang telah dilakukan tentu tidak akan berarti tanpa doa, dorongan,

dukungan, bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini

penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Mamaku tercinta yang telah memberi semangat dan senantiasa mendoakan, serta

memberi dukungan moril maupun materiil hingga bisa menyelesaikan skripsi ini.

2. Kedua kakakku, Cc Yuana dan Cc Mariana yang terus memberi semangat dan

masukan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi.

3. Bapak Lukas B. Setyawan dan Bapak Deddy Susilo yang telah meluangkan waktu

untuk membimbing dan memberi arahan pada waktu pengerjaan tugas akhir.

4. Semua Dosen, Laboran, dan Staff Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer yang

telah memberikan ilmu dan bantuan selama penulis berkuliah.

5. Melinda Darmawan yang selalu senantiasa menemani dan memberikan dukungan

serta bantuan dalam penulisan skripsi hingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini.

6. Heri Setiawan yang turut memberikan dukungan dan bantuannya sampai bisa

menyelesaikan skripsi ini.

7. Teman-teman 2006 yang sudah lulus yang memberikan semangat dari jauh dan

teman-teman yang masih berjuang bersama Budi engkong, Yosa, Yb, Sahat, Novi,

Budi siskom, Andi, Heru, Danus, Eki dan semua yang telah berjuang bersama

sampai saat ini terutama Elektro 2006.

8. Semua kakak dan adik angkatan Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, terima

kasih untuk kebersamaan, rasa kekeluargaan, dan semua bantuan selama penulis

berkuliah.

9. Pihak-pihak lain yang belum disebutkan dan tidak dapat disebutkan satu per satu.

Terima kasih untuk segala ilmu, pelajaran, dan semangatnya.

iv

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam skripsi ini, tetapi penulis

berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang membacanya dan bisa menjadi

suatu karya yang memberi inspirasi serta dampak positif untuk kedepannya nanti. Akhir

kata, penulis ucapkan terima kasih dan semoga Tuhan selalu memberkati kita semua.

Salatiga, 30 September 2013

Penulis

v

DAFTAR ISI

INTISARI ........................................................................................................................ i

ABSTRACT .................................................................................................................... ii

KATA PENGANTAR .................................................................................................... iii

DAFTAR ISI ................................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................... vii

DAFTAR TABEL .......................................................................................................... ix

BAB I. PENDAHULUAN............................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang ..................................................................................................... 1

1.2. Spesifikasi Alat .................................................................................................... 4

1.3. Sistematika Penulisan........................................................................................... 4

BAB II. SISTEM PENENTU AXIS Z ZERO SETTER ..................................................... 5

2.1. Gambaran Umum ................................................................................................. 5

2.2. Blok Diagram Sistem ........................................................................................... 5

2.3. Cara Kerja Sistem ................................................................................................ 6

BAB III. PERANCANGAN DAN ALAT ..................................................................... 11

3.1. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras Sistem Penentu Axis Z Zero Setter.. 11

3.1.1. Mekanik ..................................................................................................... 12

3.1.1.1. Rangka Bor Duduk .............................................................................. 12

3.1.1.2. Mekanik Penggerak Mesin Bor ........................................................... 13

3.1.1.3. Bagian Pengebor ................................................................................. 14

3.1.1.4. Posisi Laser dan Kamera ..................................................................... 14

3.1.2. Kamera ....................................................................................................... 15

3.1.3. Modul Mikrokontroler ATmega 32 ............................................................. 16

3.1.4. Modul Motor Stepper ................................................................................. 18

3.1.5. Modul Driver Motor ................................................................................... 19

3.1.6. Modul Sensor Photo Interruptor ................................................................. 21

3.1.7. Modul Sensor Laser .................................................................................... 22

3.2. Perancangan Perangkat Lunak Sistem Penentu Axis Z Zero Setter ...................... 23

3.2.1. Aplikasi Dekstop ........................................................................................ 23

3.2.1.1. Perintah Manual .................................................................................. 24

3.2.1.2. Proses Kalibrasi .................................................................................. 25

vi

3.2.1.3. Proses Mengebor ................................................................................. 25

3.2.2. Proses Menghitung Jarak Piksel dari Aplikasi Dekstop ............................... 26

3.2.2.1. Mengambil Citra Dari Kamera ............................................................ 27

3.2.2.2. Grayscalling ....................................................................................... 27

3.2.2.3. Thersholding ....................................................................................... 28

3.2.2.4. Menghitung Titik Berat 2 Titik Terbesar ............................................. 28

3.2.2.5. Menghitung Selisih Titik Horisontal .................................................... 30

3.2.3. Menghitung Jarak dan Putaran Motor Stepper ............................................. 30

3.2.4. Aplikasi Mikrokontroler ............................................................................. 30

BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS ...................................................................... 33

4.1. Pengujian dan Analisis Ketebalan Bahan ............................................................ 33

4.2. Pengujian dan Analisis Kedalaman Pengeboran ................................................. 36

4.3. Pengujian dan Analisis Kalibrasi Mata Bor ........................................................ 39

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................... 43

5.1. Kesimpulan ........................................................................................................ 43

5.2. Saran .................................................................................................................. 44

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................... 45

LAMPIRAN A .............................................................................................................. 46

LAMPIRAN B .............................................................................................................. 49

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Mesin CNC 2 axis ....................................................................................... 1

Gambar 1.2. Mesin CNC 3 axis ....................................................................................... 2

Gambar 1.3. Mesin CNC 5 axis ....................................................................................... 2

Gambar 1.4. Z Setter........................................................................................................ 3

Gambar 1.5. Mesin bor manual ........................................................................................ 3

Gambar 2.1. Blok diagram sistem .................................................................................... 5

Gambar 2.2. Titik nol sinar laser yang sudah sejajar ........................................................ 6

Gambar 2.3. Titik laser yang belum sejajar ...................................................................... 6

Gambar 2.4. Dua tiitik laser menjadi satu titik ................................................................. 8

Gambar 2.5. Cara kerja mesin bor ................................................................................... 8

Gambar 2.6. Mekanik penggerak mesin bor ..................................................................... 9

Gambar 2.7. Putaran motor stepper vs gerakan ulir ........................................................ 10

Gambar 3.1. Mekanik .................................................................................................... 12

Gambar 3.2. Penggerak Z .............................................................................................. 13

Gambar 3.3. Blok besi tempat linear bearing ................................................................ 13

Gambar 3.4. Mesin trimmer Makita MT370 .................................................................. 14

Gambar 3.5. Posisi Laser dan Kamera ........................................................................... 15

Gambar 3.6. Blok diagram input dan output kamera ...................................................... 15

Gambar 3.7. Mikrokontroler ATmega 32 ....................................................................... 16

Gambar 3.8. Skematik modul pengendali mikrokontroler ATmega32 ............................ 17

Gambar 3.9. Lilitan berdasarkan warna kabel ................................................................ 18

Gambar 3.10. Lilitan berdasarkan urutan kabel .............................................................. 18

Gambar 3.11. Motor Stepper ......................................................................................... 18

Gambar 3.12. Untai 1 koil Driver Motor........................................................................ 20

Gambar 3.13. Untai lengkap Driver Motor ................................................................... 20

Gambar 3.14. Skematik Modul Sensor Photo Interruptor .............................................. 21

Gambar 3.15. Photo interruptor pembatas atas dan bawah............................................. 22

Gambar 3.16. Blok diagram input dan output laser ........................................................ 22

Gambar 3.17. Diagram alir proses aplikasi desktop........................................................ 23

Gambar 3.18. Diagram alir proses perintah manual........................................................ 24

Gambar 3.19. Diagram alir pengukuran jarak titik laser ................................................. 26

viii

Gambar 3.20. Maping penghitungan nilai grayscaling ................................................... 27

Gambar 3.21. Maping penetapan nilai tresholding ......................................................... 28

Gambar 3.22. Maping menandai luasan ......................................................................... 29

Gambar 3.23. Maping mencari index luasan paling besar .............................................. 29

Gambar 3.24. Maping menghitung titik pusat ................................................................ 29

Gambar 3.25. Diagram alir proses mikrokontroler ......................................................... 31

Gambar 4.1. Pengukuran ketebalan 30,7 mm dengan jangka sorong .............................. 33

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Ukuran ball screw ......................................................................................... 13

Tabel 3.2. Spesifikasi mesin trimmer Makita MT370..................................................... 14

Tabel 3.3. Konfigurasi port mikrokontroler ................................................................... 17

Tabel 3.4. Full Step ....................................................................................................... 19

Tabel 3.5. Tabel Input dan Output Rangkaian Driver Motor .......................................... 21

Tabel 3.6. Perbandingan keseluruhan gerak motor ......................................................... 30

Tabel 4.1. Hasil pengujian ketebalan dengan tebal kayu 9,4 mm .................................... 34

Tabel 4.2. Hasil pengujian ketebalan dengan tebal kayu 15,6 mm .................................. 34

Tabel 4.3. Hasil pengujian ketebalan dengan tebal kayu 18 mm ..................................... 35

Tabel 4.4. Hasil pengujian ketebalan dengan tebal kayu 30,7 mm .................................. 35

Tabel 4.5. Hasil pengujian ketebalan dengan tebal kayu 41,1 mm .................................. 36

Tabel 4.6. Hasil pengujian kedalaman pengeboran kayu 2 mm ...................................... 37

Tabel 4.7. Hasil pengujian kedalaman pengeboran kayu 5 mm ...................................... 37

Tabel 4.8. Hasil pengujian kedalaman pengeboran kayu 11 mm .................................... 38

Tabel 4.9. Hasil pengujian kedalaman pengeboran kayu 18 mm .................................... 38

Tabel 4.10. Hasil pengujian kedalaman pengeboran kayu 23 mm .................................. 39

Tabel 4.11. Hasil kalibrasi mata bor ukuran 7 mm ......................................................... 40

Tabel 4.12. Hasil kalibrasi mata bor ukuran 5 mm ......................................................... 40

Tabel 4.13. Hasil kalibrasi mata bor ukuran 4 mm ......................................................... 41