Bab IV
Kalibrasi dan Pengujian
4.1 Kalibrasi
Rumus untuk mencari jarak yang telah dijabarkan pada bab-bab sebelumnya mempunyai dua konstanta yang perlu dicari nilainya, yaitu jarak antara kamera dengan laser pointer (T), dan suatu konstanta (C) untuk dikalikan dengan beda pixel (p). Kalibrasi ditujukan untuk mencari nilai dari kedua konstanta tersebut. Perlu diingat bahwa kalibrasi pada hakikatnya adalah membandingkan skala ataupun nominal suatu alat ukur dengan alat ukur acuan yang dianggap lebih benar[6]. Alat ukur yang dianggap benar pada kalibrasi ini adalah laser distance sensor.
4.1.1 Kalibrasi mencari nilai T
Nilai T secara teoretis adalah suatu besaran fisik yang sudah tertentu
nilainya. Dari gambar tiga dimensi perancangan alat pada software perancangan Autodesk Inventor 10, didapat bahwa jarak diantara titik fokus kamera dengan titik tengah laser pointer adalah sebesar 78 mm. Namun perlu dilakukan pengujian untuk memastikan kebenaran anggapan ini.
Pengujian dilakukan dengan menghitung T untuk tiap tertentu. Nilai
akan Z didapat dari pembacaan laser distance sensor. Untuk lebih jelasnya, kita dapat merujuk kembali pada persamaan 3.1 yaitu sebagai berikut:
Tan C p T Z ...(3.1)
Dari persamaan tersebut bisa diketahui bahwa: ) ( p C Tan Z
T ...(4.1)
Apabila pdiset nol (titik laser selalu berada di tengah-tengah), maka persamaan menjadi:
Tan Z
Maka berdasarkan persamaan diatas, dapat dilakukan pengujian dengan meletakkan suatu benda kerja sebagai tempat terpantulnya titik laser pada jarak tertentu. Kemudian laser pointer diset kemiringannya agar terlihat bahwa titik laser berada pada tengah-tengah citra. Jika laser sudah berada pada tengah-tengah citra, maka dilakukan pencatatan besar sudut . Setelah itu nilai Z dicatat, dan hasil kedua variabel tersebut diproses dengan persamaan 4.2 untuk mendapatkan besaran T. Pengujian ini kemudian diulang-ulang dalam tiap jarak berbeda pada
range diantara 195 mm sampai dengan 570 mm. Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 4.1 Hasil pengujian mencari nilai T
Z T (mm) (derajat) (mm) 570 8 80.12333 545 9 86.30841 410 11 79.71822 358 13 82.5159 312 14 77.86015 289 15 77.34856 245 17 74.81033 221 18 71.6568 212 19 72.89166 195 20 71.1056 213 19 73.21707 238 17 72.76474 253 16 72.45683 298 15 79.93547 347 14 86.56501 399 12 84.7856 497 10 87.64833 Rata-rata: 78.336
4.1.2 Kalibrasi mencari nilai konstanta C
Nilai konstanta C dapat dicari dengan mengubah persamaan 3.1 menjadi bentuk sebagai berikut:
p Tan Z T C ...(4.3)
Percobaan dilakukan dengan cara mencatat nilai , dan Z pada tiap-tiap p
posisi tertentu. Nilai Z dalam hal ini masih diambil dari pembacaan laser distance sensor. Pada percobaan ini diset tetap. Nilai yang dipilih adalah 14 derajat.
Angka T diambil dari kalibrasi sebelumnya, yaitu 78,336 mm. Dengan demikian
konstanta C dihitung dari persamaan sebagai berikut:
p Z C 0,2493 336 , 78 ...(4.4)
Gambar 4.1 Grafik pengujian mencari nilai skala
Dari grafik yang didapatkan terlihat bahwa nilai skala secara rata-rata adalah -0,00285. Terlihat juga bahwa pada sekitar p = 0 grafik mengalami distorsi. Hal ini disebabkan pencarian dengan menggunakan persamaan 4.3 memang sewajarnya akan menghasilkan hasil mendekati tak hingga untuk p mendekati nol. Dengan demikian angka -0,00285 selanjutnya dipakai sebagai nilai skala.
4.2 Pengujian
Setelah semua konstanta didapatkan, pengujian dilakukan dengan menjalankan program aplikasi untuk mencari jarak, dan membandingkan jarak yang terukur melalui program tersebut dengan jarak yang terukur dari laser
distance sensor.
4.2.1 Pengujian Awal
Pengujian awal dilakukan dengan melakukan pengukuran dengan sudut
laser pointer yang diset sebesar 10, 15, dan 20 derajat. Pengujian dilakukan pada
jarak sampai dengan kurang dari empat meter.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Percobaan ke ... Ja ra k t e ru ku r ( m m ) Jarak visual Jarak ODS
0 10 20 30 40 50 60 0 500 1000 1500 2000 2500 Jarak % E rro r
Gambar 4.3 Grafik %error pengujian awal pada = 10o
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 Percobaan ke .. Jar ak t e ru ku r ( m m ) Jarak visual Jarak ODS
0 10 20 30 40 50 60 70 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Jarak % E rro r
Gambar 4.5 Grafik %error pengujian awal pada = 15o
0 500 1000 1500 2000 2500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Percobaan ke ... Jar ak t e ru ku r ( m m ) Jarak visual Jarak ODS
0 10 20 30 40 50 60 70 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Jarak % E rro r
Gambar 4.7 Grafik %error pengujian awal pada = 20o
Dari pengujian terlihat bahwa ternyata hasil pengukuran secara visual (melalui program aplikasi) memiliki error yang besar. Selain itu semakin jauh jarak maka akan semakin besar error hasil pengukuran. Pada jarak yang jauh
error bisa mencapai 60% walaupun pada jarak dekat bisa didapatkan error sekitar
10%. Namun demikian, dapat dilihat bahwa sebenarnya setiap hasil pengukuran visual akan meningkat apabila terjadi peningkatan pada hasil pengukuran ODS, begitu pula sebaliknya, hasil pengukuran visual akan menurun apabila terjadi penurunan hasil pengukuran ODS. Ini berarti sistem visual berpotensi untuk mengukur jarak dengan lebih baik lagi bila dioptimalisasi dengan metode tertentu.
4.2.2 Metode Optimalisasi
Dengan melihat hasil pengujian awal, dirasakan perlu untuk membuat suatu metode optimalisasi hasil pengukuran. Metode yang dipilih adalah dengan mengalikan hasil pengukuran menggunakan persamaan 3.1 dengan suatu faktor pengali. Faktor pengali itu sendiri merupakan fungsi terhadap jarak yang terhitung dari persamaan 3.1.Secara matematis cara ini dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:
Z Z F
Dimana Z’ adalah jarak hasil koreksi dan F adalah faktor pengali. Faktor pengali
nantinya adalah sebuah fungsi yang dapat dicari berdasarkan hasil regresi kuadratik. Regresi dilakukan dengan memplot hubungan antara F yang didapat dari jarak hasil pengukuran menggunakan ODS dibagi dengan jarak hasil pengukuran awal melalui sistem visual, dengan Z, yaitu hasil pengukuran awal melalui sistem visual. Regresi dilakukan pada daerah dimana hasil pengukuran melalui sistem visual masih tidak berulang.
y = 3E-06x2 - 0.0021x + 1.5931 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Z F
Gambar 4.8 Contoh regresi untuk mencari fungsi F(Z)
4.2.3 Pengujian Lanjutan
Pengujian lanjutan pada awalnya dilakukan sama seperti pada pengujian awal. Namun pada pengujian ini kemudian dilakukan pencarian fungsi F(Z)
dengan cara regresi kuadratik seperti yang diterangkan pada sub-bab metode optimalisasi. Setelah itu hasil pengujian dikoreksi menggunakan F(Z) yang
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 Percobaan ke.. Jar ak t e ru ku r ( m m ) Hasil ODS Hasil visual
Gambar 4.9 Grafik pengujian pada = 10o
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 2000 4000 6000 8000 10000 Jarak (mm) %E rro r
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 Percobaan ke.. JAra k t e ru ku r ( m m) Hasil ODS Hasil visual
Gambar 4.11 Grafik pengujian pada = 12o
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 2000 4000 6000 8000 Jarak (mm) %E rro r
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 Percobaan ke.. Jarak t e ru ku r ( mm) Hasil ODS Hasil visual
Gambar 4.13 Grafik pengujian pada = 15o
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Jarak (mm) %E rro r
Gambar 4.14 Grafik %error pengujian pada = 15o
Dari pengujian didapatkan bahwa metode optimalisasi berhasil memperbaiki kerja pengukuran menggunakan sistem visual. Hasil akan semakin baik dengan sudut laser yang semakin besar. Hal ini dikarenakan dengan sudut yang lebih besar perubahan posisi pixel titik laser jadi akan menjadi lebih mudah
terjadi untuk tiap perubahan posisi benda kerja. Perlu diperhatikan juga bahwa pada ketiga percobaan, hasil pembacaan mulai berulang pada jarak sekitar empat meter. Hal ini berarti metode visual mulai tidak sensitif pada jarak tersebut. Maka akan lebih baik jika pengukuran dengan metode visual dilakukan hanya sampai jarak empat meter.
4.2.3 Pengujian Mencari Deviasi Standar
Pengujian mencari deviasi standar diperlukan untuk mencaritahu sejauh mana keterulangan bila menggunakan metode pengukuran jarak menggunakan image processing dengan bantuan laser pointer. Percobaan ini dilakukan dengan
mengulang-ulang pengukuran untuk beberapa jarak yang sama. Sudut laser pada percobaan ini adalah 15 derajat. Besar sudut tersebut dipilih karena mempunyai hasil pengujian yang paling baik pada percobaan sebelum ini. Percobaan dilakukan jarak pada antara 250 mm sampai dengan 6250 mm.
Tabel 4.2 Hasil pengujian mencari deviasi standar Pembac
aan ODS (mm)
Pembacaan sistem visual (mm)
Rata-rata (mm) Deviasi standar (mm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 250 280 277 275 280 275 280 283 280 277 280 278.7 2.584 550 550 561 561 561 550 561 550 550 561 573 557.8 7.642 850 883 883 883 915 852 915 852 883 883 915 886.4 23.282 1150 1247 1316 1247 1316 1185 1316 1185 1247 1316 1247 1262.2 52.091 1450 1800 1677 1677 1800 1677 1800 1569 1677 1677 1800 1715.4 79.885 1750 2094 2094 2094 2279 1936 2279 2094 2094 2094 2094 2115.2 99.398 2050 2488 2730 2730 2730 2488 2730 2488 2488 2730 2488 2609 127.545 2350 3018 3018 3018 3358 3018 3018 2730 3018 3018 3018 3023.2 148.426 2650 3358 3358 3358 3767 3358 3767 3358 3358 3767 3358 3480.7 197.566 2950 3767 3767 3767 4248 3767 4248 3767 3767 4248 3767 3911.3 232.345 3250 4248 4248 4248 4248 4248 4248 3767 4248 4248 4248 4199.9 152.106 3550 4840 4840 4840 4840 4840 4840 4248 4248 4840 4840 4721.6 249.609 3850 4840 4840 4840 4840 4840 5568 4840 4840 4840 4840 4912.8 230.214
Dari percobaan didapat bahwa deviasi standar bervariasi diantara 2.584 mm sampai dengan 579,915 mm. Deviasi standar cenderung untuk meningkat seiring jarak yang semakin jauh. Dikatakan cenderung karena tidak sepenuhnya demikian. Dari tabel terlihat juga bahwa kadang terjadi nilai deviasi yang naik turun diantara beberapa jarak yang berturutan. Deviasi yang mulai naik turun juga bisa menandakan bahwa di daerah itu alat pengukuran sudah mulai tidak sensitif. Ketidaksensitifan inilah yang bisa membuat pengukuran lebih konsisten daripada yang seharusnya.
Yang tidak bisa dilupakan adalah bahwa sistem visual bekerja berdasarkan pembacaan intensitas cahaya. Dengan metode sederhana yang ada pada tugas akhir ini sangat dimungkinkan terjadi perbedaan pembacaan akibat perbedaan kondisi cahaya dari waktu ke waktu.
