Oleh : M. Listianto Raharjo Dosen Pembimbing : Arif Wahjudi, ST., MT., PhD.

PENDAHULUAN

Latar Belakang  Pengukuran dan alat ukur selalu berkembang seiring kebutuhan manusia yang semakin bertambah dan kompleks. Salah satunya adalah kebutuhan mengukur dimensi sudu Cross Flow Water Turbine.  Oleh karena itu dibuat alat ukur baru berbasis pengolahan citra atau Image Processing.  Alat ini menggunakan prinsip proyeksi bayangan benda kerja setelah dikenai cahaya. Lalu gambar tersebut diolah pada software sehingga didapat dimensi benda kerja.

Keterangan Gambar: 1. Meja 9. Bingkai Layar (Screen Frame) 2. Dudukan Pembawa Kamera 10. Dudukan Benda Ukur 3. Landasan (Base)11. Penyangga Lampu 4. Dudukan kamera 12. Lampu 5. Kotak Baterai 13. Kamera 6. Eretan 14. Benda Ukur 7. Penyangga (Atas dan bawah)15. Layar 8. Pembawa Layar

 Kekurangan alat ini adalah pengoperasian dan penginputan datanya masih manual.  Hal ini menyebabkan kurangnya tingkat kepresisian dan kemudahan pengoperasian alat ukur.  Oleh karena itu, pengendalian secara otomatis yang dikontrol melalui komputer perlu ditambahkan dalam pengoperasian dan penginputan data alat ukur.

PERUMUSAN MASALAH Bagaimana merancang sistem otomatis yang akan diaplikasikan pada alat ukur Image Processing.

TUJUAN Merancang sistem otomatis yang akan diaplikasikan pada alat ukur Image Processing.

BATASAN MASALAH 1. Alat ukur yang akan dibuat sistem otomatisnya adalah Image Processing. 2. Alat ukur dalam kondisi baik. 3. Perancangan sistem otomatis dibatasi pada perangkat keras (hardware) dan programnya. 4. Kapasitas pengendalian jarak 130 mm – 400 mm. 5. Target kepresisian 0,5 mm.

MANFAAT 1. Alat ukur image processing memiliki tingkat kepresisian lebih baik menggunakan sistem otomatis. 2. Dapat mempermudah pengoperasian alat ukur.

KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

Alat Ukur Sudu Berbasis Image Processing  Alat ukur Berbasis Image Processing diciptakan oleh Windy Rusweki, ST. dan Bagus Mertha Pradnyana, ST. pada tahun  Pembuatan alat ukur ini bertujuan mempermudah pengukuran sudu cross flow water turbine.  Prinsip kerjanya adalah menghitung regresi garis tepi proyeksi bayangan benda kerja menggunakan perangkat lunak atau software.

Alat ukur berbasis image processing ini memiliki spesifikasi sebagai berikut:  Dimensi maksimum benda yang akan diukur adalah 90 mm x 90 mm.  Jarak pengambilan gambar atau jarak antara kamera dan layar terdapat pada batas 130 mm hingga 420 mm dari layar.  Benda yang dapat diukur adalah benda yang memiliki ketebalan tipis.

METODOLOGI PENELITIAN

Diagram Alir Penelitian Start Perumusan masalah A Studi Literatur Pemilihan komponen dan perancangan sistem pengendali Apakah hasil perancangan sudah sesuai dengan target? Ya Tidak Simulasi rancangan menggunakan software Pembuatan sistem pengendali Validasi A Kecermatan pembacaan ≤ 0,5 mm? Kesimpulan dan saran Finish Ya Tidak

Blok Diagram Sistem Kontrol Output Input Minimum Sistem Software Sensor Jarak Motor Stepper Leadscrew

 Input pada sistem berupa jarak antara kamera dan layar.  Software pada blok diagram ini merupakan perangkat lunak yang digunakan untuk proses pemasukan data.  Minimum sistem merupakan unit yang dapat diprogram dan menjalankan fungsinya sesuai program tersebut.  Driver dan motor berfungsi sebagai aktuator.  Kamera bergerak translasi sesuai gerak putar ulir.  Sensor jarak (distance) berfungsi kontrol jarak antara kamera dan layar.  Output adalah jarak kamera dan layar sesuai dengan input jarak pada perangkat lunak.

PEMBAHASAN

Spesifikasi Komponen

ATMega 16 dan Minimum Sistem  Sederhana  Memiliki 4 Port  Kapasitas memori  Harga

Sensor inframerah Sharp GP 2Y0A21 F  Range 100 – 800 mm  Ultrasonik ≤ Inframerah ≤ Laser  Noise dikurangi dengan penambahan kapasitor 100m dan 0,1m  Harga

Motor Stepper dan Driver  1,8° per step  Tegangan masuk 12 V 2 A

USB to TTL Serial  Komunikasi Secara Seri  Sederhana  Terhubung ke Port D0 (RXD) dan D1 (TXD)

Perangkat Penunjang Lain Bidang Pemantul USB ISP (Downloader) Adapter 2A Fleksibel Joint Dudukan Motor

Perakitan Motor, Dudukan, Joint, UlirSensor USB to TTL Serial Bidang Pemantul

Alat Ukur dengan Unit Kontrol Bidang Pemantul Motor Dudukan Fleksibel Joint Driver Sistem Minimum ATMega 16 USB to TTL Serial Sensor

Data Kalibrasi Jarak (mm) ADC  Jarak layar dan ujung sensor 68 mm.  Jarak pengukuran 100 – 332 mm. Jarak = , X [Output Bit ADC^(-1,141)]

Tegangan Masuk ADC  Tegangan masuk antara 0 V – 4, V  ADC keluaran antara 0 dan 1023 dalam bentuk desimal

Tegangan - ADC  Tegangan masuk sistem ADC terkecil 4,883 mV menghasilkan nilai 1 ADC.

Resolusi Sistem  ∆N atau selisih antar ADC adalah 1  Diperoleh resolusi (teoritis) 0, mm

Pemodelan Sistem Motor Stepper Universal Joint R(s)C(s)R(s)C(s)

Leadscrew Sensor Inframerah Mikrokontroler dan Driver R(s)C(s)R(s)C(s)R(s)C(s)

Blok Diagram Sistem R(s)C(s)

Pemodelan Software

Kestabilan Sistem Metode Root Locus Sistem stabil karena semua pole di sisi kiri

Metode Routh Hurwitz Sistem stabil karena tidak terdapat pole di right half plane, ditunjukkan dengan tidak adanya perubahan tanda. s4s4 0, s3s3 365, s2s , s1s ,6600 s0s

Metode Nyquist Sistem stabil berdasarkan grafik, titik (-1, j-ω) berada diluar plot garis

Proses Pengujian Hasil Percobaan NoJarak Input (mm) Pengambilan data ke

Tabel selisih jarak NoJarak Input (mm) Selisih jarak data ke- Rata-rata (mm) Rata-rata total0,375

Uji Statistik

Evaluasi Sistem Kontrol  Rata-rata selisih jarak sebesar 0,375 mm, disebut error sistematis.  Satu putaran motor stepper 200 step menempuh jarak 1 pitch yaitu 3,3 mm.  Gerak motor 1 step, kamera bergerak 0,0165 mm. Jadi diperlukan penambahan 23 step pada program motor stepper untuk menghilangkan kesalahan sistematis sebesar 0,375 mm pada sistem kontrol.

Kesimpulan 1. Komponen : mikrokontroler ATMega 16 dan minimum sistem, motor stepper unipolar dan driver motor stepper unipolar, sensor jarak inframerah Sharp GP 2Y0A21 F, USB to TTL Serial, Adapter 2 A dan 1000 mA, Dudukan motor stepper, Universal joint, Bidang pemantul sensor, dan USB ISP (downloader). 2. Data pemodelan sistem : Rise time (0,64 detik), Settling time (1,1661 detik), Peak time (1,8646 detik), dan tidak terdapat Overshoot. 3. Sistem stabil setelah diuji menggunakan metode root locus, Routh Hurwitz, dan Nyquist. 4. Resolusi sistem perhitungan (teoritis) 0,46 mm. 5. Rata-rata selisih jarak input dan jarak pengukuran 0,375 mm. Berdasarkan uji statistik, nilai tersebut tidak memiliki perbedaan signifikan dengan nilai resolusi teoritis.

Saran  Screen frame, lampu xenon dan baterai perlu dilakukan penggantian.  Mengganti dengan komponen berkualitas lebih baik, seperti sensor jarak laser, linear servo dan mikrokontroler ADC tinggi.  Kabel penghubung diperpendek dan meminimalkan sambungan.  Pemeliharaan dan perawatan rutin.  Penambahan variabel pada program motor stepper sebesar 23 step untuk menghilangkan error sistematis.

TERIMA KASIH