pengukuran deformasi material karet menggunakan metoda image processing

Prosiding Seminar Nasional Material 2012 Fisika Institut Teknologi Bandung

106

Pengukuran Deformasi Material Karet Menggunakan

Metoda Image Processing

R. Ekawita

1, E. Widiatmoko

1, Suprijadi

2, H. Nawir

3, dan Khairurrijal

1,*

1Kelompok Keahlian Fisika Material Elektronik,

2Kelompok Keahlian Fisika Teoretik Energi Tinggi & Instrumentasi,

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung 3Kelompok Keahlian Rekayasa Geoteknik,

Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung

Jalan Ganesa 10, Bandung 40132, Indonesia

*E-mail: [email protected]

Abstrak. Setiap material mempunyai kekuatan perlawanan yang berbeda-beda terhadap gaya yang diujikan kepadanya. Gaya atau kuat tekan yang diberikan akan mengkibatkan suatu material mengalami deformasi. Pada penelitian ini telah

dilakukan pengujian kuat tekan material karet dan pengukuran deformasi yang terjadi dengan metoda image processing.

Hasil analisa deformasi yang dialami material karet dengan metoda ini kemudian dibandingkan dengan data yang terekam

pada alat uji.

Kata kunci: karet, deformasi, kuat tekan, image processing

PENDAHULUAN

Sifat-sifat suatu material sangat penting untuk

diketahui terkait dengan pemanfaatannya dalam

kehidupan. Salah satu sifat mekanik suatu material

yang harus diketahui adalah kekuatannya. Pengujian

dapat dilakukan secara langsung di lapangan maupun

skala laboratorium. Image processing telah banyak

digunakan untuk menganalisa kekuatan geser material

skala laboratorium. Kelebihan metoda ini terletak pada

sifat non-contact terhadap sampel yang diukur dan

dapat mendeteksi deformasi yang terjadi dengan lebih

detail dan lebih aman [1,2].

Karet merupakan material yang sangat luas

pemanfaatannya dalam kehidupan, seperti peredam

getaran [3], ban, isolator, pegas, kerajinan, peralatan

rumah tangga dan bahkan juga sebagai agregat beton

untuk mencegah keretakan [4]. Namun pemanfaatan

bahan tersebut di Indonesia masih belum maksimal.

Sifat elastisitas yang bervariasi membuat bahan ini

berpeluang besar untuk lebih dikembangkan.

Deformasi yang dialami karet pada saat menerima

beban akan berbeda-beda bergantung tingkat kekakuan

atau elastisitasnya. Karet alam dan sintetis memiliki

kelebihan dan kekurangan masing-masing, Karet alam

lebih kuat dan murah tetapi mudah rusak akibat

hidrokarbon, ozon dan asam. Sedangkan karet sintetis

memiliki ketahanan yang lebih besar namun harganya

lebih mahal.

GAMBAR 1. Sampel uji

Pada penelitian ini digunakan material karet

berbentuk persegi panjang sebagai sampel uji kekuatan

geser (Gambar 1). Pengujian kekerasan dilakukan pada

karet yang divulkanisasi. Kekerasan karet bergantung

pada jumlah dan jenis bahan pelunak yang digunakan

dalam penyusunan campuran. Tingkat kekerasan karet

dinyatakan dalam shore. Secara umum tingkatan shore

dan aplikasi dari bahan karet terlihat dalam Tabel 1

[5].

TABEL 1. Tingkatan kekerasan dan aplikasinya

Tipe Durometer

(shore)

Dapat diterapkan pada

tipe material

Tipe A (shore) Soft rubber & plastics

Tipe B (shore) Hard rubber & plastics

Tipe C (shore) Sponge & foam Sumber: Annual Book of ASTM Standard 2006, section 9

rubber (ASTM 2240-05)


107

DEFORMASI MATERIAL

Deformasi adalah perubahan bentuk, dimensi dan

posisi dari suatu materi baik merupakan bagian dari

alam ataupun buatan manusia dalam skala waktu dan

ruang akibat adanya gaya [6]. Deformasi dapat terjadi

dalam berbagi arah baik vertikal, horizontal, maupun

radial. Deformasi pada material dapat dibagi 2 jenis

yaitu:

1. Deformasi statik, merupakan deformasi yang bersifat permanen dan terjadi terus menerus.

2. Deformasi sesaat, merupakan deformasi yang bersifat sementara.

Besarnya deformasi akibat adanya gaya akan

berbeda-beda untuk setiap jenis material. Hal ini

bergantung pada kekuatan material dan plastisitasnya.

Pengamatan deformasi material dilakukan dari

penentuan perubahan posisi, jarak, sudut, dan

regangan. Sedangkan analisa deformasi tersebut dapat

dilakukan dengan 2 cara yaitu:

1. Analisa geometrik, ini dilakukan untuk mengetahui status geometric material yaitu

ukuran dan dimensi

2. Analisis fisis, dilakukan untuk menentukan status fisis dari benda yang terdeformasi,

regangan dan hubungan gaya dengan deformasi

yang terjadi. Hubungan gaya dan deformasi

dapat ditentukan dengan metoda deteministik

yaitu memanfaatkan informasi dari gaya, jenis

material material dan hubungan stress-strain

material .

SISTEM UJI KUAT TEKAN

Proses uji kuat tekan karet menggunakan alat

seperti tampak pada Gambar 2. Sistem ini terdiri dari

bagian pengontrol kecepatan penekan sampel dalam

skala mm/menit, bagian pembaca tekanan yang

diberikan pada sampel dan bagian pembaca deformasi

yang yang dialami sampel selama proses uji kuat tekan

berlangsung.

Selama proses uji kuat tekan dilakukan

pengambilan foto secara otomatis pada jarak lebih

kurang 20 cm dari arah depan sistem uji kuat tekan.

Foto-foto tersebut diolah untuk mengetahui deformasi

sampel yang terjadi selama pengujian seperti diberikan

dalam Gambar 3. Hasil pembacaan deformasi dengan

metoda image processing dibandingkan dengan data

yang terekam pada alat uji kuat tekan untuk

memvalidasi metoda pembacaan dengan image

processing tersebut.

GAMBAR 2. Alat uji kuat tekan

IMAGE PROCESSING DENGAN

MATLAB

Matlab adalah merupakan bahasa komputasi

tingkat tinggi yang menggabungkan komputasi,

visualisasi, dan pemrograman dalam suatu model yang

sederhana [7]. Masalah dari solusi dinyatakan dalam

notasi matematika yang berkaitan dengan matrik dan

persamaan yang biasa digunakan pada bidang-bidang

ilmu tertentu. Dengan adanya fungsi yang built-in

terkait dengan matrik dan persamaan, ia memudahkan

pengguna dalam pemrograman.

Image atau gambar adalah representasi spasial dari

suatu objek yang sebenarnya dalam bidang dua

dimensi yang biasanya ditulis dalam koordinat

kartesian x-y [8]. Setiap koordinat merepresentasikan

satu sinyal terkecil dari objek yang biasanya koordinat

terkecil ini disebut sebagai piksel. Dengan

menggunakan toolbox image processing di Matlab,

proses pembacaan citra dapat dilakukan dengan

mudah.

Pada penelitian ini, pendeteksian sampel pada

image berdasarkan warna, yaitu dengan pemisahan

band pada warna-warna dasar yaitu Red, Green, dan

Blue. Dengan memprogram sistem pemisahan warna

dasar, maka posisi sampel pada image dapat diketahui.

Dalam mengkalibrasi ukuran piksel image ke ukuran

sebenarnya (cm) diterapkan suatu metoda domain

frekuensi FFT.

FFT merupakan metode yang paling popular dalam

aplikasi pengolahan image. Transformasi ini

memindahkan informasi citra dari domain spasial ke

domain frekuensi, yaitu dengan merepresentasikan

citra spasial sebagai suatu penjumlahan eksponesial

kompleks dari beragam frekuensi dan fasa.


108

GAMBAR 3. Diagram alir pengukuran

Urutan tahap pengukuran deformasi karet

menggunakan image processing selama proses uji

kuat tekan sebagai berikut, pertama program akan

mendeteksi penggaris sebagai kalibrator piksel ke cm

dengan bantuan warna merah. Kemudian satu kolom

pada penggaris akan diterapkan metoda FFT untuk

memperoleh hubungan piksel dan cm. Kedua adalah

tahap pendeteksian posisi sampel karet. Karet berada

pada posisi warna antar biru dan hijau, dengan

memberikan perintah tersebut maka program akan

dapat medeteksi karet pada image. Ketiga mengukur

tinggi karet; program akan mengambil posisi tengah

sampel sebagai tinggi dan menampilkan dalam cm.

Perubahan tinggi karet pada setiap image dianggap

deformasi yang terjadi selama proses uji kuat tekan.

HASIL DAN DISKUSI

Pengukuran deformasi material karet menggunakan

metoda image processing memberikan hasil seperti

tampak pada Gambar 4. Pengujian kuat tekan

menggunakan 5 buah sampel karet yang berbentuk

persegi panjang dengan ukuran sekitar 33x12x10 mm.

Pada setiap proses pengujian masing-masing sampel

dilakukan pengambilan foto secara otomatis sebanyak

10 buah. Foto dengan ukuran 3000x4000 piksel diolah

menggunakan Matlab untuk mendapatkan deformasi

karet selama proses uji kuat tekan. Resolusi foto

didapatkan 14.4 piksel/mm dari ukuran sebenarnya.

Karet akan telihat membengkok setelah mendapatkan

tekanan di sekitar gaya 0,14 kN dengan deformasi

maksimum yang dialami 6,5mm.

Grafik-grafik di dalam Gambar 4 memperlihatkan

bahwa hasil pengukuran deformasi dengan metode

image processing memiliki kesesuaian dengan

rekaman deformasi yang ada pada alat ukur. Hasil

terbaik terdapat pada sampel karet 2 dengan kesalahan

terkecil 0,001 cm dan kesalahan maksimum terdapat

pada sampel karet 1 yaitu sebesar 0,09 cm.

GAMBAR 4. Grafik perbandingan deformasi panjang karet

dengan metoda image processing dan rekaman alat ukur

KESIMPULAN

Penggunaan metode image processing dalam

proses pengukuran deformasi material karet telah

dilakukan. Berdasarkan image yang diperoleh selama

proses uji kuat tekan didapatkan kalibrasi piksel ke

mm sebesar 14.4 piksel/mm. Hasil pengukuran

deformasi dengan metoda ini dibandingkan dengan

pembacaan alat ukur kuat tekan dan diperoleh hasil

yang baik. Metoda ini dapat lebih dikembangkan

untuk aplikasi yang lebih luas.

UCAPAN TERIMA KASIH

Riset ini didanai oleh Hibah Riset Desentralisasi

ITB Tahun 2012.

DAFTAR PUSTAKA

1. R.Hager, An Introduction to Image Processing with Matlab.

2. S.B Dworkin dan T.J Nye, Journal of Material Processing Technology 174: 1-6 ( 2004).

3. M.Arskadius;Pemodelan Peredam Getaran Pada Traktor dengan Jaringan Saraf Tiruan; Tesis, IPB, 2007.

4. Kurniawan Pitta dkk, Pengaruh Jumlah Dan Ukuran Potongan Ban Karet Berbetuk Kubus Sebagai Subtitusi

Agregat Kasar Terhadap Modulus Elastisitas Beton, Fakultas Sains dan Teknik Unsoed Purwokerto

5. Anonymous,Annual Book of ASTM Standarts, Section nine rubber, ASTM International


109

6. Andreas.Heri, Karakterisitik Deformasi, Prodi Geodesi dan Geomatika ITB, Sept 2009.

7. Iqbal.M, Dasar Pengolahan Citra Menggunakan MATLAB, Matlab Tutorial,2009.

8. A.McAndrew, Processing with Matlab, School of Computer Science and Mathematic,Victoria University of Technology.

pengukuran deformasi material karet menggunakan metoda image processing

Documents