;t'1.$['l
'[iT ,**!l
mr
F****
8,. USTAKAAN
WATIMUR
,2
I
M. Sayut
Fadliffah
.. S, *
Pengukuran
Teknik
M. Sayuthi
Fadlisyah
Syarituddin
MTLIK PcrPwukrsc Urdeo -Propiott lava Tirnur
Pengukuran Tekni Oleh : M. SaYuthi FadlisYah SYarifuddin
ttb
,u$2
Edisi Pertama Cetakan Pertama, 2008
KATA PENGANTAR
Hak Cipta O 2008 Pada Penulis' atau ff"f. iii" dilindungi undang-undang' Dilarang memperbanyak apa bentuk dalam ini isi buku seluruh atau memindahkan sebagian pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi' '*"t turn, atau dengan teknik perekaman lainnya' tanpa izin tertulis dari penerbit.
GRAHA TLMU Candi Gebang Permai Blok R/6 Yogyakarta 5551 I
reip. Fax.
E-mail
:0274-882262;0274-4462135 :0274-M62136 : info@grahailmu'co'id
M. SaYuthi, FadlisYah; SYarifuddin Pengukuran Teknik,/M' Sayuthi' Fadlisyah; Syarifuddin - Edlsi Pertama - Yogyakarta'' Graha flmu' 2008
x + 180 hlm, 1 JiI' lSBN:
: 21
cm'
978-9't 9-7 56-362-2
l. Teknik
r. Judul
engan mengucapkan pujidan syukur kehadirat Allah SWT, dimana atas rahmat dan karunia-Nya Penulis telah dapat menyelesaikan buku yang berjudul "PENGUKURAN TEKNIK."
terima kasih penulis ucapkan Bapak Jozep Edyanto (Direktur Graha llmu) yang telah membuat penerbitan ini menjadi mungkin. Rasa terima kasih penulis ucapkan juga untuk Bapak Drs. A. Hadi Arifin, M.Si, selaku Rektor Universitas Negeri Malikussaleh, Bapak Rasyidin, MA, selaku Pembantu Rektor I Universitas Malikussaleh, Bapak lr. T. Hafli, MT, Bapak lr. Jalaluddin, MI Bapak lr. Muhammad, ML Bapak Ferri Safriwardi, M| Bapak Dr. Nasir Usman, lbu Dr. Murniati, Bapak lr. lshaq, MT, Bapak Arnawan, ML Mas Edi Mulyanto, S.Si, Bapak Arhami, M.Kom, Taufiq, MI, Andik Bintoro, SL lbu Fatimah, SI ML Bapak Salwin, Ml Bapak lr. Ponidi5anjaya, Lisa Pebrina (Teknik Sipil USU), lskandarsyah (Universitas Padjadjaran), Muchsin (S1 Teknik lndustri UniRasa
Mesin Politeknik versitas Pasundan), M. lqbal (Dlll Teknik yang telah Bandung), Mirza Zamzami dan pihak-pihak penulis dapat memberi bantuan dan bimbingan sehingga ini' yang tidak menyelesaikan naskah Pengukuran Teknik dapat disebutkan satu Per satu' memPengukuran dalam arti yang umum adalah acuan/pembandingkan suatu besaran dengan besaran merupakan mata kubandi ng/referensi. Pengukuran Teknik untuk membantu liah wajib pada jurusanTeknik Mesin, dan rancang pemahaman bagi mahasiswa teknik' maka kami tentang sebuah buku yang sistematis yang membahas pegang pengukuran' Buku Pengukuran Teknik yang Anda Pengukuran' ini membahas secara terperinci : Konsep Dasar Alat Ukur & Jenis Alat Ukur & Cara Pengukuran, Konstruksi Deviasi Prinsip Kerja, Sifat-sifat Alat Ukur, dan Berbagai Dalam Pengukuran. ini Penulis menyadari walaupun penulisan buku telah selesai, namun masih banyak terdapat kekuranganyang terkekurangan baik dalam tulisan ataupun materi perbaikan dan cakup. Untuk itu kritikan dan saran untuk kesempurnaan buku ini sangat penulis harapkan'
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR DAFTAR ISI
. TOLERANSI BENTUKDAN POSISI.................. 1.1 Beberapa DefinisidanSimbolyang Digunakan Aturan Penulisan Simbol Toleransi Pada Gambar Teknik.... Contoh Penggunaan dan ArtiSimbol
1.2
1.3
_
2.1 2.2
I
e.*ou*r*nTrrHtr
11
Cara Penulisan Spesifikasi Permukaan Pada
1.4
BAB 2
vi
vii
BAB 1
Toleransi Bentuk & Posisi....... Penulis
V
Gambar Teknik ................
16
KONSEP DAS4R........
23
Besaran Standar Panjang
27
Kalibrasi dan Standar Panjang Praktis............
38
BAB 3
-
PENGUKURAN BAB 4
6.4
JENIS ALAT UKUR DAN CARA
_
61
6.5
KONSTRUKSI ALAT UKUR DAN PRINSIP KERJA
4.1 Sensor 4.2 Pengubah 4.3 Penunjukdan Pencatat ................'.. 4.4 Pencatat
Penyimpangan yang Berasaldari Lingkungan Penyimpangan yang Berasaldari
172
Operator
177
79 81
DAFTAR PUSTAKA....
82
TENTANG PENULIS
179 18',|
117 136
141 - SIFAT UMUM ALAT UKUR 5.1 RantaiKalibrasidanKeterlacakan.................... 142 144 5.2 Kecermatan 145 5.3 Kepekaan 148 5.4 Keterbacaan 149 5.5 Histerisis 151 5.6 Kepasifan.... 152 5.7 Pergeseran. '153 5.8 Kestabilan nol .............. 153 5.9 Pengambangan...............
BAB 5
BAB 6
- KESALAHAN/PENYIMPANGAN PROSES
6.1
1ss
Penyimpangan yang Berasaldari Alat
6.2
Ukur
161
Penyimpangan yang Berasal dari Benda
6.3
Ukur.............
163
Penyimpangan yang Berasaldari Posisi
vlll
PENGUKURAN................
Pengukuran...........
PerucurunRru
TErutr
167
Dnrren
lsr
lx I
TOLERANSI BENTUK
dan POSTST
uatu bentuk atau posisi yang dibuat dengan suatu proses produksi tidaklah mungkin dicapai dengan sempurna. Oleh karena itu, seperti halnya pada ukuran, bentukdan posisi tersebut haruslah diperbolehkan menyimpang dalam batas-batas yang tertentu. Hal ini dapat dipahami sesuai dengan sifat ketidaktelitian dan ketidaktepatan proses pembuatan. Toleransi ukuran sesungguhnya juga membatasi beberapa kesalahan bentukdan posisi. Permukaan komponen
yang dikerjakan dengan demikian boleh menyimpang dari kondisi geometrik tertentu dengan catatan bahwa penyim-
pangan ini masih dalam daerah toleransi ukuran. Sementara itu, untuk mencapai ketelitian dan ketepatan bentuk & posisi tidaklah mengharuskan pemberian toleransi ukuran yang sempit seandainya toleransi bentuk dan posisi juga diberikan. Dalam hal ini, toleransi bentuk & posisi memberi-
kan kesempatan untuk memperlebar persyaratan bagi tol-
ran dapat dilakukan dengan sempurna, data pengukuran
eransiukuran. Suatu bentuk dan posisi yang kurang teliti dapat menyebabkan pekerjaan tambahan dalam perakitan. Kesulitan ini dapat diatasi dengan memberikan pula, selain toleransi ukuran, suatu toleransi bentuk atau posisi yang menyatakan sampai batas-batas mana bentuk atau posisi bagi elemen geometrik boleh menyimpang dari yang direncanakan. Jadi, tujuan pemberian toleransi bentuk & posisi adalah untuk memastikan fungsi komponen mesin serta sifat ketertu ka ra nnya. Simbol serta cara pencantuman pada gambar teknik bagi toleransi bentuk & posisi telah disarankan oleh ISO dalam standarnya R 1 101, "Technical Drawings, Tolerances of Form and of Position'i Seperti halnya pada pemakaian toleransi ukuran, pemakaian toleransi bentuk & posisi hanya dianjurkan bagi elemen geometrik yang utama. Hal ini bisa dipahami sebab toleransi merupakan fokus perhatian bagi semua orang. Jadi, apabila memang diperlukan untuk meyakinkan kemampuan komponen dalam menjalankan fungsinya barulah toleransi bentuk & posisi ini dicantum-
bisa dianggap sebagai,,wakil permukaan,,sehingga boleh
kan.
1.1 BEBERAPA DEFINISI DAN SIMBOL YANG DIGUNAKAN Bentuksuatu eleman geometrik, misalnya permukaan "rata'f dapat dinilai/diketahui "kerataannya" dengan memilih beberapa titik pada permukaan untuk ditetapkan koordinatnya dengan melalui pengukuran. Seandainya penguku-
PrNcuxunaru Tprrurr
dianalisis untuk menetapkan kualitas permukaan yang dimaksud. Bidang rata yang bersangkutan dianggap me_ menuhi persyaratan apabila jarak antara titik-titik pada permukaan tersebut dengan permukaan acuan, yang mempu_ nyai bentuk geometrik yang ideal, adalah sama atau lebih kecil daripada harga toleransi yang ditentukan. Setiap analisis data pengukuran, termasuk pengu_ kuran kerataan bidang ini, memerlukan acuan yang harus dapat disesuaikan dengan masalah yang ditelaah. Karena bidang ideal yang dipakai sebagai acuan sebenarnya hanya merupakan benda may a /imajiner maka teta k/orie nta si nya dapat diubah-ubah. Sedapat mungkin orientasi bidang ide_ al ini dipilih supaya jaraknya terhadap titik_titik pada per_ mukaan yang sebenarnya (diwakili oleh data pengukuran) adalah yang sekecil mungkin. Untuk mencari orientasi bidang ideal yang sebaik mungkin diperlukan analisis data yang memadai. Dalam kasus ini perlu digunakan metoda statistika untuk mencari orientasi bidang sehingga jumrah jarak dari bidang tersebut ke setiap titik data pengukuran adalah yang paling ke_ cil. Mengapa jumlah jarak terkecir ini harus dicari? Har ini dapat diterangkan dengan menyederhanakan masalah tiga dimensi (bidang) menjadidua dimensi (garis). Suatu bidang bila dipotong oleh bidang lain akan membentuk garis perpotongan. Bidang pemotong ini bisa dipilih lokasi/orientasinya supaya muncul gambaran atas ketidakrataannya yang paling menonjol. pada bidang
ToLrRRnsr Brx-rux oRru posrsr
pemotong ini semua titik data pengukuran dapat diproyeksikan. Jika semua titik proyeksi dihubungkan secara berurutan, terjadilah suatu garis yang tidak lurus, disebut garis data permukaan. Sementara itu, perpotongan bidang yang rata ideal dengan bidang pemotong (yang juga diimajinasikan sebagai bidang ideal) akan berupa garis lurus, dinamakan garis ideal. Apabila gambar '1.1 diperhatikan, ada tiga garis lurus yang dapat dipilih menjadi salah satu garis ideal. Bagi setiap kandidat garis ideal mempunyai garis sejajarnya yang dibuat melingkupi setiap titik pada garis data pengukuran. Jarak ke dua garis sejajarnya ini dapat ditentukan yaitu h. Karena jarak h, merupakan jarak yang terkecil maka garis (Ar-Bl) adalah merupakan garis ideal dan h, haruslah sama atau lebih kecil daripada toleransi yang dispesifikasikan.
kin. Berbagaikendara akan muncuryang membikin suritnya pencapaian tujuan. Untuk itu, biasanya dilakukan berb_ agai penyesuaian, pengandaian, dan penyederhanaan se_ bagaimana contoh masalah penilaian kualitas permukaan yang diulas diatas. Dari uraian tersebut tersirat akan pentingnya acuan pada mana analisis data akan dilaksanakan. Toleransi geometrik pun memerlukan acuan untuk memungkin_ kan pelaksanaan pengukuran. Karena toleransi geometrik hanyalah merupakan imajinasi maka acuan ini pun hanya berupa imajinasi. Acuan tersebut harus dipahami oleh se_ rnua orang yang terlibat (perancang, pembuat, pengukmr, dan bisa juga termasuk pemakai). Supaya mereka mengimajinasikan/ membayangkan hal yang sama atas suatu permasalahan geometri, perlu dibuat aturan baku dalarn mengimajinasikan toleransi. Menetapkan toleransi bentuk atau posisi bagi suatu elemen geometrik adalah menentukan daerah/bidang atau ruang dildalam mana elemen ini harus terletak. sesuai dengan karakteristik eremen yang diberi toreransi serta cara pernyataan dimensinya, daerah toleransi dapat merupakan salah satu dari bentuk-bentuk seperti yang diperlihatkan pada tabel 1.1.
Gambar 1.1 Menentukan orientasi bidang ideol untuk suotu permukaan dengon melolui analisis orientosi garis ideol
Untuk mendapatkan kesimpulan yang terbaik, orang berusaha untuk melakukan pengukuran yang seideal mungkin dengan metoda analisis data yang sebaik mung-
I
er*or*r^ouTrxrurx
TouRang Brxrux oeu posrsr I
Tabel 1.1 Berbogai ienis doerah toleransi yang dapat diimoiinasikan sesuai dengan masalah geometrik yang dianalisi s -.
Q E} -_
O fd \t
aorth a, aub. dsorah
d
"**
tinsk-*
antara dua lingksran yang s€pusd
q
daenh dl antars dua grils (lengkung atau lwus) yang solaia'
@)
Cl
ruang di dalam suatu bola
,PO
Ei
ruang dl dalam silindor atau
{JO
E} q)
ruang dl antBra
// :
r?
ot*Y t- tt*tt ** 3b'd-n v"ng t"l4t d,, p"-'lY
"t'
pada gambar kerja yang dipakai sebagai patokan dalam proses pengerjaan, dan tidak terlihat pada gambar teknik produk jadi. Tabel 1.2 Penggunaan elemen dasar/ acuan Tidak memerlukan elemen Memerlukan elemen dasar/acuan dasar/acuan - kesejajaran kelurusan
kebulatan
- kemiringan
kebenaran profil garis kerataan
- konsentrisitas - ketegaklurusan
kesilindrikan
- kebenaran posisi
kebenaran profilbidang
- kesimetrikan - oenvimoanoan-outar
rua,lg dl dalam balok berponamParE sogl dnpat
Dalam memberikan toleransi untuk suatu elemen geometrik mungkin diperlukan elemen geometrik lain pada komponen mesin yang sama sebagai suatu elemen dasar/acuan (datum feature). Berdasarkan hubungannya dengan elemen dasar ini dapat ditentukan toleransinya mengenai orientasi, posisi ataupun penyimpangan putar (run-out), bagi elemen geometrik yang bersangkutan' Bagi suatu elemen dasar dengan sendirinya diharuskan mempunyai bentuk yang cukup teliti yang berarti kesalahannya sekecil mungkin. Karena digunakan sebagai acuan maka bagi elemen dasar ini pun diberikan juga suatu toleransi Untuk mempermudah proses pembuatan dan/atau
Jenis karakteristik geometrik yang dapat dikontrol dengan suatu toleransiserta simbolyang digunakan diperlihatkan pada tabel 1.3. Pada tabel tersebut dikelompokkan jenis:
pengukuran adakalanya diperlukan suatu elemen dasar sementara (temporary datum feature), sehingga posisi suatu titik pada komponen mesin dapat ditentukan dengan lebih mudah (mempermudah pemosisian & pencekaman pada ruang kerja mesin). Elemen dasar sementara dicantumkan
I
e.*or*r*NTexNtr
TouRRr.rsr Bexrux oen
Posrsr I
Tabel 1.3 JenisToleransi Bentuk& Posisi dengan simbolnya menurut ISO Simbol
Karakter yang dikontrol oleh toleransa
Kelu.usan (Straightnessl -Kerataan lFlatnessl
5 u
() r)
tt
-Kebulatan (Circularhy/Roundness)
c
-K6t€litian (kebenaranl bentuk ga,is (ProIilc ol 8ny linel
-K6silind.isan (CylindricitY)
o //
-xet€litian (kebona.anl bentuk bidang lProfilE ot 6ny surfacel -Ksseiaiaran (Ps.allelism)
E
o
zo L
-Ketegaklurusan lPerpendiculatity)
I
-Kesudulan/Kemiringan (AngularitYl
I
-Posisi (Positionl
S)
-Konssntrisilas & kesamaan-sumbu {Concantricity & Coaxiality)
Or)
c.
Apabila diperlukan, pada kotak terakhir dituliskan huruf yang menyatakan elemen dasar acuan harga
toleransiini. Kotak toleransi tersebut dihubungkan dengan elemen yang diberi toleransi dengan memakai suatu garis penghubung dengan ujung panah yang menempel pada: a. Garis tepi elemen atau perpanjangannya b. Garis proyeksi dan persis pada garis tanda ukuran, jika toleransi dimaksudkan untuk sumbu atau bidang tengah komponen.
l(esimetrisan (SYmmelrY) Penyimpangan/kesalahan
Putar (Bun-out)
1.2 ATURAN PENULISAN SIMBOL TOLERANSI PADA GAMBAR TEKNIK Untuk membedakan dengan tanda-tanda yang lain pada gambar teknik, simbol toleransi bentuk dan posisi dituliskan dalam suatu gambar kotak segi empat yang dibagi menjadidua atau tiga bagian. Pada setiap bagian dituliskan secara berturut-turut dari kiri ke kanan sebagai berikut: 0,1
/
0,1
b.
Simbol karakter yang akan diberitoleransi Harga total toleransi (dengan satuan sesuai dengan satuan ukuran; mm). Apabila daerah toleransi ber-
upa silinder ataupun lingkaran perlu diberi tanda O di muka harga toleransi ini.
8
Pencuxuneu Trxrutx
'rurou rrlu ffi
/-* I ).
A
Gambar 1.2. Gambar kotak toleransi a.
Jt-i
Gambar 1.3 Aturan penulisan garis dan tanda ujung panah yong menghubungkan kotak toleransi dengan elemen geometrik yang diberitoleransi
Garis sumbu Jika toleransi tersebut diberikan untuk
sumbu atau bidang tengah semua elemen-elemen yang mempunyaisumbu atau bidang tengah yang sama.
Tor.rnnrusr Berurux oeu
Posrsr I
Apabila daerah toleransi tidak berupa lingkaran, silindrik atau bola, maka lebar daerahnya adalah dalam arah yang ditunjukkan oleh tanda panah. Oleh karena itu posisi tanda panah perlu diperhatikan cara pemakaiannya. Penulisan toleransi dapat pula dilaksanakan secara kelompok dengan membuat tabel tersendiri.
i
' 0--
Gar?
I
}ld
t
unp IrnIr .aLrmd'a
3
ra'3' rrz'P
-rac.Nl a0.t
o
'3'
6
aE
o
a
E
.
bh..rl I
o
0,6
-aldEDdg
G H
Gambar 1.4 Penulison tolero
10
@
-dJmdq
rr
Tabel 1.4 Contoh pemakaion toleransi bentuk dan posisi
Toh.!nd
ato t
F
a
Beberapa contoh penggunaan toleransi bentuk dan posisi dengan penjelasannya (menurut standar ISO R 1 101).
A
c 2
PeHcuruRen Trrutx
mengurutkan pekerjaannya. Elemen dasar perlu dikerjakan terlebih dahulu dan dilanjutkan dengan elemen geometrik yang diberi toleransi. Hal ini dilakukan secara berurutan sampai seluruh elemen geometrik terselesaikan. Misalnya, bidang pinggir G kemudian bidang H, lubang A lalu dua lubang B, lubang memanjang E diikuti empat lubang F, dan lubang C dilanjutkan dengan lima lubang D. Demikian pula halnya dalam proses pengukuran. Operator akan memastikan dahulu kualitas elemen acuan sebelum mengukur elemen yang diberi toleransi bentuk dan posisi.
1.3 CONTOH PENGGUNAAN DAN ARTI SIMBOL TOLERANSI BENTUK & POSISI
i-io '
hl
Gambar 1.4 ini secara tak langsung menunjukkan kepada perancang proses atau operator mesin perkakas untuk
.
toL.Gl
O O,1
'aLmds -
blddd
0 0.05
nsi secara
kelompok
A. Toloi.nrl Koluru..n lstruightness Tole.ancet.
l.
Sumbu silinder h6.us torlstsk di dat€m da€rah toleransi yang b.rupa silinder d6ngan daamotaa srb!!aa O.OB mm.
2
Sotiap bEgian goris dongsn psnjang 1OO mm y6no membual su€tu p6rmuk6an silinder, sepcrti yang dituniukkan olsh tanda panah, haiuslah terl6t!k di 6ntara dua garis lurus seiaiar yang beriarsk O,1
3.
Sumbu bstang h6rus torlotak pads da6rah toleransi yang b6rupa p6ral6lopipodum (balok segi lmpat) d€ngan lebar O.1 mm pada arah v6.tikal dan O.2 mm pad6 arah hori3ontal.
I
l@
\,..7
#€
TouRerus Beurur oan Posrsr
11
B. Toleransi
l(ar!llsn
{F/oaress Toletoncel
3.
Sumbu lubang di atas harus l€rl€tak di dalam paralel€pipedum (balok segi 6mpat) yang msmpunyai loba, sebesar O.2 mm pada srah horisonlal d6n O.1 mm pads arah venikEl, y.ng seiaiar d6ngan sumbu lubang di bawah (elemen dasarl.
4.
Sumbu lubang ha.us torletak di anta6 dua bidang deng.n iar6k O.Ol mm, yang seiajar dongan bidang dasa..
Permuk€an hsrue torletak di antara dua bidang seiajar yang beriarok O.O8 mm' C. Toloran3i Kcbulatln lRoundness Toleoocel
l.
Keliling pirins (di dekat ujung berdiameter bes6r) harus terletak di antara dua lingkaran yang sebidang dan sepusol dengan iarak {beda jari-iari) sebes€r O.03 mm.
2.
Keliling tiop ponampang ko^is harus terletak di anta.a dua lingkaaan yang sebidang dsn sepusat dongan igfok O.O5
H. Toloransi Kqtegrllurusan lPeryendicolerity Tole.ancel
1.
mo.
D, Tolcran.i Ke3ilindrikon lcylindricity Tolerancel
Permukaan yang dimaksudkan harus terletak di anlarE dua silind.r yang scrumbu dengan beda radius ssbcsar O.1 mm. E.
-
4LW t-€El
o.r ^
Totorrn.i l(obenlru Bentul G!rl3 lPtofile Tolerance of anY Linel Pada setiap potongan yang seiaia, do' ngan bidang proyoksi. bentuk p.olile yang dihaksud harus terletak di antara dua garis yang menyinggung lingkaranlingkaran d€ngan dismeter O.O4 mm dengan titit pusal yang terletak pada garis dengan bentuk geometrik yang benar.
F-
Tole.insi Kobon..an Bontut Pcmuklan lP.ofile Tolercnce ol any Sutfacel'
2.
Sumbu silinde. yang ditunjukkan oleh kotak toleransi (silinder bagian atas) harus terletak pada silinder dongan diametor O.06 mm yang l€gak lu,us terhadap bidsng dasa. A.
3.
Sumbu silinder yang dituniukkan oloh kotak tqleransi harus te,lstak di antara dua garis lurus saiaiar yang borisrsk 0,1 mm, yang t6gak lurus dengan bidang dasar lbidang bawahl.
4.
Sumbu silinder harus tsrletak di dalam paralelopipedum 0,1 x 0,2 mm, yang tegak lurus dengan bidang dasar.
5.
Sisi/bidang sebelah kanan kompon€n harus terletak di ant.ra dua bidang sejaisr bsrjarak O,O8 mm. yang tegak lurus d€ngan sumbu silindor.
6,
Sisi/bidang t.gak lomponGn h.ru3 torletak di antara dua bidang seiajar beriarsk O,O8 mm. y6ng t6gak lu,ua d.ngan
Permukaan yang dimaksud harus terletak di anta.a dua permukaan yang me-
nyinggung bola-bola dengan diameter O.O2 mm dengan titik pusat yang te.le' tak pada permukaan Yang mempunyai bentuk geometrik Yang benar. G.
l.
2.
Toldrnri Kcroiaiaran lPa.rlletism
Toleroncer.
Sumbu lubang di alas harus terletak di dalam silinder dengan diameter O.03 mm yang seiaia. dengan sumbu lubaog di bawah {sumbu dssat A}.
Sumbu lubang di at6s harus terletsk di antara dua garis lurus ysng terletak pada bidang mendatar dengan iarak O-1 mm yang seiajar dengan sumbu lubang di bawah (elemen dasar).
12 I I
P.*or*u*oNTEKNTK
Sumbu lubang yang miring harus terlatak di anla.a dua bidang geiaiar d6n96n iarak O.O5 mm, yang t6gak lurus pada sumbu lubang horisontal A.
Wr;
oIe,
T
*
b
bidang dasar.
o.1,zaA/.-,/
ui) -l
Touneng BrHrux
DAN Pos6t
13
l. Toloisnsi K.miainganrl(egudulan lAngulaity foleftnce'l
K. Toloransi Kesimetrikan don Kesam&n Sumbu (Coacerrlcity and Coaxiality Tolerancel
1.
1.
Sumbu lubang harus te.letak di antara dua garis lurus seiaiar beriar8k 0.08 mm dan yang membuat 6udut sebesar 60o dengan sumbu ho.izontal A'
Cat!tan: Apabila garis yang dimaksud dongan garis acuan iidak terlstak dalam satu bidang ltidak saling berpotongan), daerah toleransinya dianggap pada bidang yang melalui garis acuan dan proyeksi garis yang dimaksud.
2.
3.
Sumbu lubang lurus terletak di anta.a dua garis seiaiar betjarak O.o8 mm dan membuat sudul sebesar 80o dengan bidang dasar A"
ffirffi \:-7H
/*,
a4Vt-/ / f,"
-THa4r
2.
Bidang mi.ing ha.us terletak di antara dua bidaog sorajar beriarak O,1 mm dan yaog membuat sudut sebesar 75o dengan sumbu acusn A.
Sumbu silinder yang ditun,ukkan oleh kotak toloransi (silinder lengah) harus
lerletak dalam silinder berdiameter 0,08 mm yang mempunyai sumbu berimpit dengan sumbu acuan AB.
ot+rl-
ffnW
Pusat yang dirunjukkan oloh kotak toleransi (lingkaran luar) harus terlslak pada lingkaran berdiameter O,O1 mm dan titik pusatnya berimpit dengan titik pusat lingkaran acuan A llingkaran da lam)
c a
0,a
\zq
a<.
L. Toleransi Kosimoliikon lsvmmetry Toletancel
'1. Sumbu lubang harus terletak di antara dua bidang sejajar beriarak O,OB mm dan simetrik terhadap bidang tengahnya alur A dan B {elemen dasar}.
2.
Sumbu lubang harus terletak di dalam paralelepipedum dengan lebar 0,1 mm dalam arah horisontal dan o,O5 mm dalam arah vertikal dengaR sumbu yang merupakan garis potong antara bidang tengah A dan B dan bidang tengah C dan D.
3.
Bidang lengah alur harus terletak di antara dua bidang seiaiar beriarak O,OB mm dan simet.ik terhadap bidang te ngah elemen dasar A.
'*-+4 v1
,1. Bidang miring harus tetletak di antara dua bidang seiaja. berisrak O,oB mm dan membuat sudut sebesaa 40o de_ ngao bidang dasar A,
J. Tole.rnsi Poaisl lPositional Tolerdncel
l.
2.
3.
M. Toler6nsi Kesalahan Pttat lRun-Out Tolerancel Toleransi kesalahan puta, adalah harga maksimum yaog diizinkan bagi variasi/perubahan letak el€men yang dimaksud terhadap suatu titik letap selama satu kali putaran bagi elemen tersebut pada sumbu acuan, Sewaktu pongukuran berlangsung perubahan aksial sensor alat ukur relatit terhadap benda ukur tidak diperbolehkan.
Sumbu lubang h8ru$ terlatak dalam silinde. dengan diamete. O,OB mm yang mempunyai sumbu dengon posisi yang benar-
Sumbu lubang harus tetletak dalam paralelepipedum dengan lebar O.O5 mm dalam arah horisontal dan O,2 mm dalam arah vertikal yang mempunyai sumbu dengan posisi yang benar.
Bidanq hiring h6,us teilelak di antara dua brdsng sejaja. beriarak O,O5 mm yang terlotak simet.ik tethadap bidang yang mempunyai posisi yang benar terhadap bidang acuan A dan sumbu
\.i
W'
Toleransi kesalahan putar memungkinkan terjadinya kombinasi kesalahan, asalkan iumlah kesalahan-kesalahan te.sebut tidak melampaui batas toleransi kesalahan putar. Akibatnya, toleransi kesalahan putar ini tidak menyatakan secara ielas kelurusan, kemiringan sualu garis terhadap sumbu putar {acuan), ataupun keralaan suatu permukaan. Meskipun d€mikian, toloransi kesalahan putar ini sering digunakan, misalnya untuk mengec6k k€bagusan suatu pasangan/rokitan {assembly). Pelaksanaan pengukurannya pun mudah dilakukan. Contoh pemskaian tol€ransi ini adalah sebagai borikui: 1
-
Kesalahan putar dalsm arah radial lidak boleh lebih bssar dari O,'l mm, iika diukur padr setiap bidang ukur vEng berupa bidang rata. s€l6ma satu k6li putaran pada sumbu elemen A dsn B.
.e
silinder acuan B.
14 I I
Pr*or*r*u
Terrurx
Tounnusr Beurur oeru Posrsr
15
2.
3.
Kesalahan put6r pada arah tanda panah tidak boleh l6bih besar dari 0,1 mm, jika diukur pada setiap bidang ukur yang borbentuk konis selama satu kali putaran pada sumbu elemen C. Kesalahao puta, pada arah aksial tidak boleh lebih besar dari O,1 mm, iika diukur pada setiap bidang ukur yang berbentuk silinder selama satu putaran pada suhbu elomon D.
2'
I.",, r: )r----J oE < _--.\r/f '., ///'/// oror",
Hsgr mktiron K.hrrnn Rda-ratr Artmth q- 32 Fm Prcc yeg (,oiulta dml untJ* nErEh6[ks r€krur (rupa) y.no lpcim(
- P8rllrig Ehpd $bo$ 0,8 m unlrrk molakukan po(lukuro -.--..-. Simb.tu*totcturpenxIql p.damtoh jo,ak/bel(8 id
Ra
prcrot hci. horc @dk - 1116 gads topi ( poimpsng )
ffi:rmAI td-.--/
17
(R'-10,
////////// Hdgtr R8 dinrydd.m (hnge (lSO lmhd) Angk! l(olffi
Jil6 blJtan paEmrllr Ra mrh
hru ditli*rn noiarldyE dm bMn imde gnis
diletrkk& d
1.4 CARA PENULISAN SPESIFIKASI PERMUKAAN PADA GAMBAR TEKNIK
,#-
K€longoue pcmdiM
(dinytupad! gMb., kd4!)
sobos 2 kan
Sampai saat ini tidak ada satupun parameter-paramyang eter telah diusulkan dapat digunakan untuk menerangkan ketidakteraturan konfigurasi suatu permukaan dengan sempurna sehingga ISO memandang perlu untuk menstandarkan cara penulisan persyaratan permukaan pada gambar teknik dengan melalui anjurannya R 1302, "Method of indicating surface texture on drawings". Simbol persyaratan permukaan u m um nya ditul iskan
seperti pada gambar 1.5, yang berupa segitiga sama-sisi dengan salah satu ujungnya menempel pada permukaan yang bersangkutan. Beberapa angka dan tanda spesifik serta keterangan singkat dituliskan di sekitar segitiga ini. Arti angka-angka serta tanda ini adalah sebagai berikut:
mm
x-#3.2
HlllRr (lSO nnt6..) mlGirum OipLf*ai Odq trar!! hrtr.i|tlm
Chrooe platrog
Hr!6
diprkri utuk
mwd.
Gambar 1.5 Simbol untuk menyatakan spesifikasi suatu permukoan
Kekasaran rata-rata aritmetik (CLA; Ra): Harga kekasaran rata-rata aritmetik R" maksimum yang diizinkan, misalnya 3,2 Nm, dituliskan di atas simbol segitiga. Satuan harus sesuai dengan sistem satuan panjang yang digunakan pada gambar teknik (metrik atau inci). Apabila harga kekasaran minimumnya juga disyaratkan, angka kekasaran minimum ini dapat dituliskan di bawah angka kekasaran maksimum.
MILTK D.rden Pcrpuerrkrel Ptopieri frwa Timur
L6 I I
P.*ou*r*ru Trrurr
Tor-rRrnsr Bertrur oeru Posrsr
I
,,
Tabel 1.5 Angka kekasaran (lSO roughness number) dan panjang sampelstandar
sesuai dengan tingkat harga kekasaran Ru sebagaimana yang ditunjukkan tabel 2.'15. Proses pemesinan, kecuali proses-proses gerinda, honing dan super finishing biasanya akan menghasilkan permukaan dengan kelas kekasaran dari N 5 sampai dengan N 10. Oleh sebab itu, apabila harga
N8 N7 N6 N5 N4 N3 N2
Mengenai harga
R"
ini lSOtelah mengklasifi kasikannya
menjadi 12 angka kelas kekasaran sebagaimana tabel 1.5. Angka kekasaran llSO number) ini dimaksudkan untuk menghindari kemungkinan terjadinya kesalahan interpretasi atas satuan harga kekasaran *. Jadi, spesifikasi mengenai kekasaran dapat dituliskan langsung dengan menyatakan harga Ru nya ataupun dengan menggunakan angka kelas kekasaran lSO.
Panjang sampel (F): Panjang sampel yang harus digunakan sewaktu mengukur kekasaran ditentukan misalnya 0,8 mm. Harga suatu parameter permukaan dapat berubah jika digunakan panjang sampelyang berlainan. Oleh karena itu, dianjurkan untuk menggunakan suatu panjang sampel yang tertentu
18
PeHcuxuRRu Tgrrutr
panjang sampel tidak dicantumkan pada simbol kekasaran permukaan, berarti digunakan panjang sampel sebesar 0,8 mm (bila diperkirakan proses pemesinannya adalah halus
sampai sedang) atau sebesar 2,5 mm (jika merupakan pemesinan kasa). Harga parameter permukaan yang lain (diletakkan dalam tandakurung). Apabila diinginkan, harga parameter permukaan yang lain (selain R.) dapat dituliskan di dalam tanda kurung (setelah harga panjang sampel; lihat contoh pada gambar 1.5).
Simbol arah bekas pengerjaan: Arah bekas pengerjaan pada permukaan dapat dituliskan dengan menggunakan simbol sepertiyang ditunjukkan pada tabel 1.6. Maksud pencantuman arah bekas pengerjaan pada permukaan adalah untuk memastikan segi fungsional permukaan yang bersangkutan (mengurangi gesekan, rupa yang menarik dan sebagainya).
Keteran gan mengenai jenis proses pengerJaan: Jika diinginkan, simbol permukaan ini dapat digunakan hanya untuk memberikan keterangan atas proses
TouRRlrs Benrur onru Possr
I
,,
akhir yang diperlukan bagi pengerjaan permukaan ybs. Keterangan seperti ini kadang-kadang dicantumkan pada persyaratan permukaan dengan maksud untuk memberikan tekstur (rupa) permukaan sebagaimana yang dikehendaki oleh perencana (karena alasan fungsional). Selain keterangan jenis proses pemesinan, dapat pula dituliskan keterangan lain yang merupakan syarat untuk memroses permukaan yang bersangkutan misalnya, proses pelapisan (chrome plating, metalsproying), proses pancar pasir, proses
Tabel 1.6 Simbol arah bekas pengerjaan
Kelonggaran pemesin an (machining allowance)'. Jika permukaan tersebut harus diberi kelonggaran (kelebihan material) sebelum dilakukan proses pemesinan, misalnya setebal 2 mm, harganya dicantumkan di sebelah kiri tanda segitiga. Tanda kelonggaran pemesinan biasanya digunakan dalam suatu gambar kerja, misalnya gambar
oh
Selajar dengan bidang pro-
yeksi potongan di mana tanda dipakai
1
Tegak lurus pada bidang proyeksi potonganl penampang di mana tanda dipakai
x
Bersilangan pada dua arah terhadap bidang yang diproyeksikan di mana landa dioakai
pengerasan (hardening) untuk mencapai kekerasan yang
tertentu, dan sebagainya.
Arti
Tanda
M
Banyak arah, tak teratut
c
Kurang lebih berupa lingkaran terhadap pusat bidang di mana tanda dipakai
R
pusat bidang di mana tanda
aan
-a:-)
tr=ffi 17=
/
//
#€
#ffi J"
[-
sBS
Kurang lebih radial terhadap
dipakai
sB$
kerja untuk benda tuangan.
20 I t
Pr*or*r*oruTgrurr
TounRrus Beurur oeru Posrsr
I
,,
KONSEP DASAR
engukuran dalam artiyang umum adalah memband-
ingkan suatu besaran dengan besaran acuan/pembanding/referensi. Proses pengukuran akan menghasilkan angka yang diikuti dengan nama besaran acuan ini. Bila tidak diikuti nama besaran acuan, hasil pengukuran menjaditidak berarti. Perhatikan dua kalimat berikut.
-
"Tinggi gedung Fakultas Teknik Unimal itu tiga'i
"Tinggi gedung Fakultas Teknik Unimal itu tiga pohon kelapa". Pada kalimat yang kedua digunakan nama besaran
acuan sehingga kalimat tersebut menjadi bermakna. Akan tetapi, besaran acuannya (pohon kelapa) tidak menggambarkan suatu halyang pasti sehingga masih menimbulkan keraguan. Oleh sebab itu diperlukan suatu besaran acuan yang bersifat tetap, diketahui, dan diterima oleh semua
Catatan:
orang. Besaran tersebut harus dibakukan (distandarkan)' proses Besaran standar yang dipakai sebagai acuan dalam pengukuran harus memenuhi syarat-syarat berikut: o Dapat didefinisikan secara fisik, o Jelas dan " tidak berubah dalam kurun waktu tertentu': dan o Dapat digunakan sebagai pembanding, di mana saja di dunia ini. Besaran standar yang digunakan dalam setiap proses pengukuran dapat merupakan salah satu atau gabungan besaran-besaran dasar. Dalam sistem satuan yang telah disepakati secara internasional (sl units, lnternotional system of units,le Systeme lnternasional d'unites) dikenal tujuh be-
*
Satu radial berarti sudut yang din-
yatakan pada.suatu bidang (dinamakan "sudltt bidang\ di antara
dua garis radius (jari-iari suatu lingkaran) yang memotong lingkaran sehingga panjang busur lingkaran yang terpotong sama dengan panjang radius lingkaran
yang dimaksud. Karena keliling lingkaran sama dengan 2n x radius maka 1 " sama dengan 2n /360
It'c
rad. Satu steradial adalah "sLtdut ruang"yang bermula dari
saran dasar.
titik pusat bola yang memotong permukaan bola
Tabel 2.1 Sotuon standar bagituiuh besoran dasar menurut sistem sotuan internasional (Sl units)
hingga luasnya sama dengan luas segi empat dengan sisisama dengan radius bola yang dimaksud.
Besaran dasar
Simbol
Nama satuan standat
Panjang
meter (meter)
m
Massa
kiloqram (kilogram)
k9
Waktu
Detik(second)
s
Arus listrik
amper (ampere)
A
kelvin (kelvin)
K
Jumlah zat
mol(mole)
mol
lntensitas cahaYa
lilin (candelo)
cd
Temperatur termo-
dinamika
Tabel 2.2 Besaran turunon dengan satuan standarnya Besaran turunan Luas bidanq
Sudut bidang
radial (radian)
Rad
Sudut ruang
steradial (sterodian)
sr
I
P.*ou*u*u
Trrrutx
Semua besaran standar bagi setiap pengukuran yang
bukan merupakan besaran dasar tersebut di atas adalah merupakan turunan (gabungan) beberapa besaran dasar. Contoh besaran turunan adalah seperti yang tercantum pada tabel 2.2.
Satuan tambahan
24 I
se-
*
Volume Kecepatan
Nama satuan turunan
Simbol
meterperseqi meterkubik meteroerdetik
m2 m3
m/s
**
Koxsep
Dmnn
|
,5
meter-per-detik kuadrat newton
mls2
I0-t
pascal
Enerqi(keria) Daya
Percepatan Gaya
Tekanan
d
N; ks.m/s2
10-2
Desi (deci) Senti (centi)
Pa; N/m2; kq/(m.S'?)
10-3
Mili(milli)
m
ioule
J; N.m; kg.m2ls2
10{
Mikro (micro)
W:)/s: kq.m21t'
u
watt
10-e
Nano (nono)
n
A)
10-r2
Piko (pico)
p
kg.m2l(s3.
10-ts
Femto ( femto)
t
A2)
1
Ato (atto)
a
Potensial listrik
volt
Tahanan listrik
ohm
V;WA; A;YlA;
kg.m2l(s3.
Untuk menyingkat penulisan angka hasil pengukuran biasanya digunakan nama depan yang khusus dibuat untuk mengawali nama satuan standar. Dalam sistem satuan internasional ini dikenal beberapa nama depan yang berfungsi sebagai pernyataan hasil kali dengan bilangan pokok sepuluh bagi nama-nama satuan standar, lihat tabel 2.3.
Tabet 2.3 Pemakaian namo depan sebagoi cara untuk menyingkat angka hasil pengukuran
1
kg =1grg
1
MW= 106W
1
cm
=10-2 m
1mm=10-3m 1
26 I I
Pr*or*u*ouTexnrr
pm =10-6m
0r8
1
nm =10-em
c
2.1 BESARAN STANDAR PANJANG Untuk pengukuran geometrik besaran dasar yang digunakan adalah besaran panjang dengan satuan standar panjang yang diberi nama meter (m) serta satuan tambahan yaitu sudut bidang dengan nama derajat (') atau radial (rad). Besaran panjang setara pentingnya dengan besaran dasar yang lain dan mungkin yang pertama dibutuhkan orang (bersama dengan besaran waktu). Di muka telah disinggung bahwa besaran standar harus merupakan besaran yang tetap (tidak berubah dengan berubahnya waktu). Dalam kenyataannya besaran standar panjang ini berubah sesuai dengan kemajuan teknologi. Proses pengukuran yang melibatkan benda ukur dan alat ukur mengalami kemajuan dalam hal kecermatan, ketepatan, dan ketelitian yang bisa dicapainya. Dengan demikian, besaran panjang yang kita kenal dengan nama meter ini pun sebenarnya telah mengalami perubahan dari sejak ia tercipta sampai saat ini baik dalam harganya maupun definisinya.
Koxsep Desan
27
Untuk memahami hal ini berikut disajikan ulasan singkat mengenai aspek sejarah yang berkaitan dengan besaran panjang dan kondisi ilmu serta teknologi yang mendukung penentuan standar panjang. 4000 5M Mesir kuno Standar Panjang yang mereka anut diberi nama "len-
goni" yaitu sesuai dengan panjang dari siku sampai ujung jari tengah raja yang berkuasa saat itu; 463,3 mm menurut ukuran sekarang. Berdasarkan panjang batang yang mereka tiru dari ukuran lengan raja mereka dibuat beberapa fraksi atau bagian satuan standar yaitu: -1 lengan = 1 1/2 (tapak) kaki =
2
jengkal
= 6 (lebar tapak) tangan =24 jari (lebar telunjuk)
Semua alat ukur panjang dibuat dengan meniru "tiruan asli" dari satuan di atas. Dari catatan sejarah ini diketahui bahwa kecermatan alat ukur panjang mereka adalah 1 jari (harga terkecil fraksi satuan panjangnya, jadi kecermatannya setara dengan 19.3 mm). Dengan modal standar panjang ini mereka mampu membangun piramid (2750 5M) dengan alas kubus berjarak nominal 230 m (500 lengan) dengan ketepatan t 14 mm (sedikit lebih kecil dari kecermatan alat ukur yang mereka pakai) dan ketepatan kesikuan
28 I I
t
1
500 SM Protagoros (Yunoni) mengatakan bahwa: "Ma-
nusia merupakan ukuran semua benda'i Perkataan filsuf ini membawa pengaruh sampai beratus tahun kemudian bagi masyarakat "dunia" saat itu. 825 Al-Khaworizmi (Baghdad) menulis sistem desimal (pengenalan angka 0 dan aturan logaritma) yang ia sempur-
nakan dari sistem hitungan bangsa lndia (dengan angka 1 s/d 9). Saat itu telah berkembang ilmu matematika dengan
menggunakan notasiangka sepertiyang kita gunakan sampai kini. Berangsur-an gsu r notasi ang ka arab menggantikan notasi angka romawi yang dahulu banyakdigunakan dalam perhitungan. Perkembangan ilmu & teknologi dimulai oleh umat Muslim. Pada saat itu mulai dirintis ilmu fisika, kimia, dan matematika termasuk ilmu astronomidan kedokteran. Dasar-dasar optik yang nantinya digunakan sebagai alat untuk menetapkan satuan panjang mulai dikenal. Demikian pula dengan satuan waktu dimana Al-Battanimembuat fraksi satuan waktu (jam) menjadi menit dan detik dengan bilangan 60, jam hidrolik dan mekanik diciptakan. I l0l lnggris dikenalsatuan panjang yang diberi nama 1 Yard (Henry l) yaitu jarak dari ujung hidung ke ujung jempol saat tangan raja Henry dibentangkan. Sistem desimal belum mereka kenal dalam perhitungan. Abad l5 Al-Koshi (Samarkond) memperkenalkan pangkat negatif bagi sistem bilangan 10 dan juga sistem bilangan 60. l52B Jean Fernel (Perancis) mengajukan ide untuk menjadikan bumi sebagai acuan (jarak pada garis bujur bumi dari Paris sampai Amiens).
2s.
Pr*or*r*N
Trrrurx
KoHsepoesnn
|
29
l66l
Christopher Wren (lnggris) mengajukan ide un-
tuk menggunakan bandul waktu (setengah panjang tali bandul: pendulum dengan periode 0,5 detik) sebagaisatuan panjang. Jadi, standar panjang mulai dikaitkan dengan besaran waktu. 1664 Christiaan Huygens (Belanda) mendukung ide panjang tali bandul sebagai standar panjang (sepertiga panjang talibandul bergoyang dengan periode 1 detik). 1670 Gabriel Mouton (Perancis) mendukung ide Fernel.
End-Stondard 1
7 90
Aca d e my of S ci enti st (Parsl mend
u
ku n g ide bu m i
sebagai acuan karena satuan panjang berdasarkan pendulum tidak tepat atau tak mampu menunjukkan pengulan-
gan yang baik. Mulai saat itu lahirlah nama standar meter (Yunani: "metron" berarti dimensi) yaitu: "Satu meterodaloh seperempatpuluh juto keliling bumi yang diukur podo garis bujuryang melalui Paris dariDunkirk (pantai utaro Peroncis) sampai Barcelona (Spanyol)'! Berdasarkan defi nisi meter ini dilakukan pengu kuran yang sebenarnya dari th'1792 s.d. th 1798 yang kemudian diwujudkan dengan batang platinum berpenampang segi empat 25 x 4,05 mm. Karena 1 meter adalah jarak antara ke dua permukaan ujung batang maka dinamakan sebagai End-Stondard. Tahun 1799 standar meter ("metre des archives"; definitive reference standard; standar resmi acuan panjang) diresmikan (oleh Perancis) bersama-sama dengan standar massa (kilogram).
30
PrrucuxunRN Trxrurx
lB40 Meter sebagai satu-satunya satuan panjang yang resmi dipakai secara internasional dideklarasikan pada tanggal 1 Januari 1840 (meskipun masih ada bebera-
pa negara yang menggunakan satuan lain; lnggris dengan negara-negara jajahannya). Selama kurun waktu 30 tahun
pemerintah Perancis membuat 25 tiruan standar meter yang diberikan kepada negara-negara lain. Agustus 1870 Pertemuan lnternational Meter Commission membentuk komisi peneliti standar meter. April 1872 Komisi peneliti memutuskan untuk membuat standar meter dari paduan 90olo platinum 107o iridium. Untuk membuat materialyang tahan aus seperti ini secara teliti komposisinya amatlah sulit. Beberapa usaha telah dilakukan namun hasilnya tidak memuaskan.
Line-Standard 1875 Berdasarkan kontrak tgl. 20 Mei 1875 suatu pe-
rusahaan di London (Johnsons & Matthey) berhasil membuat 30 batang platinum-irridium yang teliti komposisinya. Sebagian (17 batang) dipilih untuk dibuatkan garis tanda pada bidang netral pada daerah di dekat ke dua ujungnya. Batang berpenampang X (ukuran 20x20 mm, berat sekitar
3,3 kg, lihat gambar 2.1) ditumpu secara simetrik (0.559 L) tersebut jika di ukur pada temperatur 0"C, jarak antara dua garis tanda di ke dua ujungnya adalah 1 meter. Karena menggambarkan jarak antara dua garis maka acuan panjang inijuga dinamakan sebagai Line-Standard.Yang disimpan di Paris dinamakan sebagai standar primer dan 16
Korsrp Dnsen
31
batang lainnya (disimpan di berbagai negara)disebut standar sekunder. jarak di antara dua tanda yang dibuat pada bidang netral merupakan standar meter
--7 auu tumpuan diatur simetrik fatif terhadap standar panjang 0,559 m
sv"m
( Imaginer ) yeng dirancang persis pada permukaan tengah sebelah atas balok berpenampang X bidang netral
Gambar 2.1 Standar ponjang yang diberlokukan pada tahun 1889 oleh Badan lnternasional atas Timbangon dan Ukuran (CIPM; Comite lnternationol des Poids etMesures).
Oktober 1BB9 lnternational Committee on Weights & Measures, suatu badan internasional (CIPM; Comite /nter-
o
Garis tanda jelas mempunyai tebal (tebal-garis) mulai dari sisi yang mana dengan garis tanda ini 1 meter ditetapkan? (kiri, kanan, atau tengah dan di mana
pertengahan garis tanda ini sebenarnya lokasinya?) o Sulit untuk mereproduksi 1 meter tersebut dengan teliti (tak salah) dan tepat (keterulangan yang baik; pada saat itu teknologi pengukuran baru mencapai ketepatan + 1 gm untuk ukuran sepanjang I m ) karena bentuk standar ini secara fisik telah dibuat seperti itu. . Apakah batang standar ini tidak akan berubah dimensinya sampai berpuluh tahun kemudian, sementara struktur metalografinya mungkin berubah sehingga menimbulkan perubahan dimensinya? . Apa yang harus dilakukan jika standar meter ini rusak atau hilang? Membuat yang baru sehingga persis seperti aslinya boleh dikatakan tidak akan sempurna! Akibatnya, semua alat ukur dimensi harus ditera ulang dengan standar yang baru jika standar lama diganti. 1892 Albert Michelson (Jermon) berhasil mengukur panjang gelombang cahaya (spektrum merah yang dipancarkan lampu Cadmium) dengan menggunakan lnterferometer ciptaannya.
naiionoldes Poids ei Mesures), menetapkan standar meter di atas sebagai satu-satunya standar panjang yang sah. Meskipun telah ditetapkan dengan hukum seperti di atas masih muncul berbagai keberatan untuk menerimanya dengan alasan antara lain:
o
Jika dilihat dengan mikroskop, terlihat ketidaksempur-
naan kelurusan garis tanda.
32
Prrucurunmr TExrurx
Kousrp Desen
133
untuk sudut 6 yang sengat kecil maka perbedaan sebesar V2 akan menyebabkan terulangnya inteferensi yang sama yaitu: manguatkan (terang) atau melemahkan
(
gelap
Meil935 Di lndonesia diberlakukan sistem satuan metrik (karena Belanda menerapkan sistem metrik di negerinya dan negara-negara jajahannya)
l4 Oktober 1960Pada sidang ke 1l General Conference on Weights
& Measures (CGPM) memutuskan
untuk memberlakukan standar meter yang baru yaitu:
)
"Sotu meter adolah panjang (dimensi) yong sama dengan interferensi antaro dua berkas cahaya yang menjodi dosor penentuan satuan panjang dengan mengaitkannya pada panjang gelombong sinar akromotik dengan memilih salah satu spektrumnya.
Gambar 2.2
Proses
1906 Benoit, Fabry & Perrot (Perancis) berhasil meny-
empurnakan prosedur pengukuran panjang gelombang cahaya.
1927 Dalam sidang ke 7 General Conference on
Weights & Measures (CGPM; Conference Generale des Poids et Measures) menetapkan definisi meter yaitu: "Satu meter adalah dimensi (ukuran) yang sama dengan I
552 164,1i kali panjang gelombang spektrum meroh dari sumber cahaya lampu (berisi gas inert Cadmium) yang diukur di atmosfir!
Karena metode pengukuran dengan cara interferompada eter saat itu masih sulit untuk diterapkan oleh berb-
agai pihak maka batang standar meter yang disimpan di Paris (primer) dan beberapa standar (sekunder) yang disimpan di beberapa negara tetap diberlakukan sebagai acuan yang sah.
34
PeNcuxunnN
Trxnrr
1 650 763.7i kali panjang gelombang pado ruang hampa suatu radiosi yang setara dengan perubahan tingkot 2p,o don 5d, dari otom Krypton-86 (spektrum oranye)'!
Penentuan atom Kripton-86 sebagai medium acuan dalam penetapan standar panjang inididasarkan atas hasil berbagai penelitian. Garis spektrum pada panjang gelom-
bang sinar kuningkemerahan dianggap sebagai yang paling tipis dibandingkan dengan garis spektrum pada panjang gelombang yang lain (dari sumber cahaya gas inert Krypton-86 atau gas inert yang lain). Berdasarkan definisi meter di atas, dengan menggunakan interferometer, memungkinkan penentuan standar panjang meter dengan ketepatan sampai + 4 nm (setara dengan penentuan jarak 1000 km dengan ketepatan + 4 mm; jika pengukuran diulang hasilnya dapat/mungkin berbeda dengan beda maksimum kurang dariS mm). Dari saat itu ketergantungan atas standar panjang yang diwujudkan secara fisik (standar yang disimpan di Paris) tidak dibutuhkan lagi. Di mana saja, kapan saja, dengan peralatan yang memadai (interferometer) seseorang dapat "memunculkan" standar meterjika diperlukan dalam
KoNseponsan
|
35
rangka peneraan (kalibrasi) suatu alat ukur dimensi. Dalam
ser Merah yang berasol dari gas Argon yang diionkon yang
hal ini perlu dicatat bahwa prosedur peneraan harus dilakukan dengan sesaksama mungkin guna menjamin ketelitian hasil kalibrasi (kesamaan dengan harga yang dianggap paling benar). Semakin baik peralatan yang digunakan, berkat kemajuan teknologi, penentuan ketepatan standar panjang akan semakin baik (jika prosedur diulang akan menunjukkan harga yang hampir sama). Februari l962lndonesio masuk menjadi anggota Konvensi Meter lnternasional. Memperoleh standard panjang (batang berpenampang X dari Platinum-lrridium) bernomor 27 dan standar massa (silinder Platinum-lrridium) bernomor 46. Ke dua standar Nasional ini disimpan di Kantor Direktorat Metrologi Depa rtemen Perda ga nga n (seka ra n g: Dep. Perindustrian & Perdagangan) diBandung. Sejak ditemukonnya |'/'SER (Light Amplification by
distabil-kan panjang gelombangnya) pada ruang hampa selama 1 / 299 792 458 detik'!
Sti m u I ated E m i ssio n of Ra d i ation) oleh T.H Mai ma n (Ameri ka)
pada tahun 1960, riset dibidang ini terus meningkat. Sum-
ber cahaya jenis ini (hanya terdiri atas satu pnjang gelombang; monocromatik) semakin tepat panjang gelombangnya berkat teknik pengontrolan frekwensi yang baik. Pada tahun 1982 tercatat suatu usaha, dengan menggunakan laser, pengukuran satu meter sampai ketepatan + 1,3nm.
Light-Standard
Pada definisi 1 meter di atas tercatat bahwa standar
panjang dikaitkan dengan standar waktu. Hal ini sebetulnya bukan suatu hal yang baru karena pada tahun 1661 Christopher Wren (lnggris) mengajukan ide untuk menggunakan tali bandul waktu (setengah panjang tali bandul; pendulum dengan periode 0,5 sekon) sebagai standar panjang. Baru pada akhir abad ke 20 ini ide pengaitan standar panjang dengan standar waktu tersebut dapat diterima berkat kemajuan teknologi pengukuran besaran panjang dan besaran waktu. Besaran waktu ditetapkan (pada sidang ke 1 3 CGPM ,1967) sebagai berikut: "Satu detik adaloh selang woktu yang dibutuhkan oleh 9 t 92 631 770 periode dari radiasi yang setara dengan perubohan
dua tingkat hiperfine pada kondisi ground bagi atom Coesium-|33'!
Uraian di atas menggambarkan bagaimana usaha manusia untuk menyempurnakan proses pengukuran. Mengapa hal ini perlu dilakukan? Penguasaan ilmu & teknologi sebenarnya terletak pada kemampuan orang dalam menyatakan besarnya sesuatu dalam bentuk angka yang diyakini kebenarannya.
20 Oktober 1983 Pada sidang ke 17 General Conference on Weights & Measures (CGPM) menetapkan: "Satu meter odalah jarak (dimensi) yong ditempuh sinor (Lo-
36 I I
Pr*or*u*ru
Trrrurx
Kousep Desen
t,,
2.2 KALIBRASI & STANDAR PANJANG PRAKTIS
1. 2.
Dengan hanya memandang definisi pengukuran
kekeliruan pelaksanaan proses pengukuran.
kekurangsaksamaan pengontrolan jalannya proses pengukuran (adanya pengaruh perubahan besaran lain).
(perbandingan dengan besaran acuan) dan definisi meter (jarak yang ditempuh cahaya selama suatu saat) kelihatannya mustahil untuk melakukan pengukuran atas dimensi suatu produk. Memang, dalam prakteknya pengukuran ti-
3.
dak dilakukan dengan secara langsung membandingkan dengan standar meter melainkan digunakan alat pembanding yaitu alat ukur.
Kalibrasi
Skala dan Kecermatan Pada bermacam-macam jenis alat ukur akan ditemukan skala ukuran. Skala tersebut menunjukkan satuan panjang yang berupa bagian dari meter, dapat merupakan
milimeter ataupun mikrometer yang menunjukkan kecermatan alat ukur yang bersangkutan. Berdasarkan skala ini dapat dibaca berapa panjang atau dimensi suatu objek ukur.
Tentu saja alat ukur, yang direncanakan dengan prinsip kerja tertentu dan dibuat sebaik mungkin, harus dipakai dengan betul supaya harga yang ditunjukkan pada skala
ukuran adalah sesuai dengan harga besaran yang diukur. Bila hal ini tak dipenuhi akan terjadi kesalahan (error). Kesalahan dapat diakibatkan oleh salah satu atau gabungan berbagai faktor antara lain:
38 I I
Pr*or*r*ruTerHrr
kesalahan pada alat ukurnya (ketidakbenaran skalanya).
Faktor pertama dan kedua diatas perlu dihindaridenjalan gan mempelajari teknologi pengukuran (yang merupakan ulasan utama buku ini) Faktor ketiga dapat dihindari dengan melakukan kalibrasi (calibration). Kalibrasi ' harus dilakukan dengan prosedur tertentu karena pada hakekatnya mengalibrasiserupa dengan mengukur yaitu membandingkan alat ukur (skalanya atau harga
nominalnya) dengan acuan yang dianggap lebih benar. Acuan yang dianggap benar absolut boleh dikatakan tak ada (lihat ulasan pada sub bab 1.1 yang mana standar meter "beruboh" sesuai dengan kemajuan teknologiyang dicapai manusia). Sementara itu, yang dimaksud dengan istilah /ebih benor disinimengandung makna praktis.
Kalibrasi dan Kecermatan
I
Tidaklah praktis jika penggaris dengan kecermatan mm harus dikalibrasidengan memakai Laser lnterferom-
Korusrp Dnsan
39
eter yang mampu membaca kesalahan sampai orde 1 nm (buat apa Anda ingin mengetahui kesalahannya sampai sekecil itu jika penggaris yang Anda pakai hanya mampu menunjukkan harga terkecil sampai 't mm ?). Jadi, kalibrasi
Kalibrasi memerlukan Standar pada mana toleransi dinyatakan
umumnya dilakukan sesuai dengan kecermatan alat ukur ybs. Yaitu, dengan membandingkan dengan alat ukur lain yang satu atau beberapa tingkat lebih tinggi kecermatan dan kebenaran skalanya.
harus dilakukan dengan prosedur yang benar, data hasil kalibrasi harus dianalisis dengan metoda yang diyakini ke-
Rantai-Kalibrasi dan Keterlacakan
ukur ybs. Kesalahan yang ada/tercatat perlu dibandingkan dengan toleransi yang diizinkan sesuai dengan tingkat ketelitian kalibrasi. Hal ini diatur sesuai dengan standar na-
Untuk mempermudah kalibrasi diperlukan alat ukur acuan yang cocok, disesuaikan dengan konstruksi alat ukur ybs. Selanjutnya alat ukur acuan ini pun harus pula telah dikalibrasi dengan menggunakan alat ukur acuan lain yang lebih tinggitingkat kebenarannya (lebih teliti). Hal ini diterapkan secara bertahap sehingga sampai pada pemakaian standar meter seperti yang didefinisikan secara internasional. Dengan demikian, terbentuk rantai-kalibrasi (calibration chain) mulai dari alotukurkerja, alat ukur standar kerja, alat ukur standor, alat ukur standar utoma, alot ukur standar nasionol, dan standar meter internasionol'. Jika suatu alat ukur kerja misalnya pernah dikalibrasi dengan alat ukur standar kerja yang juga pernah dikalibrasi dengan alat ukur lain yang lebih tinggi (dan seterusnya -...), dikatakan alat ukur ybs. mempunyai aspek keterlacakan (keter-usutan, ketel usuran ; traceobility) sa mpai ke suatu ti n g kat tertentu.
40 I I
Pguou*r*ruTexrurr
Pada suatu tingkat rantai-kalibrasi, selain kalibrasi
baikannya (metoda statistik). Dengan cara ini dapat ditarik kesimpulan yang sebaik-baiknya mengenai ketelitian alat
sional misalnya 5Nl (Standar Nasional lndonesia), J15 (Japan lndustrial Standard), DIN (Deutsches lnstitut fur Normung), dsb.
Konsekuensi pemakaian alat-ukur yang
tak-teliti Bagialat ukur panjang yang digunakan dalam perdagangan peneraannya (proses kalibrasidan pemberian tanda/tera) diatur secara khusus oleh Departemen Perdagangan dan Koperasi (sebelum disatukan dengan Departemen Perindustrian; Dirjen Perdagangan Dalam Negri, Direktorat Metrologi yang dituangkan dalam UUML; Undang-Undang Metrologi Legal). Datam hal yang terakhir ini mencakup segi hukum guna melindungi konsumen dariakibat penyalahgunaan alat ukur.
Kolsep Desen
|
41
Meskipun tidak sampai mencakup aspek legal, pengg u naa n aiat ukur yang tidak teliti ( tak ben ar) bagi keperl ua n
mula dengan tanda nol; ujung kiri) berimpit pada salah satu tepi objek ukur. Panjang objek ukur "dibaca"dengan meli-
industri jelas harus dihindari. Sebab, pengguna alat ukur (dalam hal ini produsen) akan menanggung akibatnya secara langsung yaitu dengan merosotnya mutu geometrik produk. Komponen mesin/ peralatan mungkin tak bisa dirakit dengan baik ataupun fungsi mesin/peralatan akan terganggu, bukankah mutu geometrik menentukan mutu fungsional mesin/peralatan?
hat tepi lain (kanan) objek ukur berimpit dengan garis skala
Kecermatan penggaris Skala adalah susunan garis-garis sejajar yang jarak antara garis-garis tersebut dibuat sama. Jarak ini memiliki
arti tertentu jika dikaitkan dengan alat ukur pada mana skala tersebut digunakan. Pada penggaris yang biasa Anda
tan (re sol uti on) sebesa r 1 mm, karena jarak antara garis-garisnya dibuat sebesar 1
pa ka i s ka la nya mem pu nyai kecerma
mm.
"Pembacaan" skala & Melakukan lnterpolasi
yang keberapa (biasanya "jatuh" pada garis skala yang diberiangka ditambah dengan beberapa garis lagidisebelah kanannya). Jika tepi objek ukur tidak pas ("benar-benar") berimpit dengan garis skala, orang akan membulatkan ke atas (misalnya 39 mm) atau memenggalnya ke bawah (misalnya 38 mm) bila ia tidak ingin menyatakan harga kelebihannya dengan cara mengira-ngira (melakukan "interpolasi"; misalnya dengan menyatakan 38.(8) mm ). Suatu jenis alat ukur panjang bisa dibuat dengan skala serupa pada penggaris dari bahan gelas/kaca dengan kecermatan skala garis (garis hitam) sampai misalnya 0.008 mm (sebagaimana yang dipakai pada alat ukur optik dengan prinsip kerja digital-elektronik jenis inoementa! encoder,lihat gambar 2.3). Dengan kecermatan skala sekecil ini "mata telanjang" tidak mampu lagi melihat garisgaris skalanya melainkan hanya sebagai gelas transparan dengan sebagian permukaannya (pada bagian skalanya) terlihat berwarna kelabu. Untuk meng kalibrasi skala seperti ini dapat digunakan atat ukur standar jenis Michelson lnterferometer.
Penggaris digunakan dengan cara menempelkan pada objek ukur yang akan diukur panjangnya. Pengguna akan mengusahakan salah satu garis skala (biasanya garis
42 I I
Pr"or*r*xTexnrx
Korusep Dnsan
143
porlrl searruL
,?
A
rr4 Oarb
+lf2 p.lrilb.(!mk
I I 3
oads
#-ffilffiffia{4*'r'
Gambar 2.3 Skala pada pelattronsparan yang dimonfastkan sebogai alot ukur posisi, misalnya bagi mesin perkakos. Foto-selyang terletak di belokang mampu mendeteksi gerakan pelat skala akibat perubahan intensitas cohaya yong diterimanya.
Untuk mengkalibrasi alat ukur biasanya digunakan blok ukur (gauge block/slip gauge) yaitu balok (berpenampang) segi empat, umumnya dibuat dari baja karbon (atau karbida), di mana jarak antara dua sisinya telah diketahui. Dengan menyusun bermacam-macam blok ukur dari bermacam-macam ukuran, praktis dapat dibuat ukuran panjang sebagaimana yang dikehendaki. Salah satu pemakaian blok ukur adalah sebagai acuan dalam pengukuran tak langsung seperti yang diperlihatkan gambar 2.4. Selanjutnya, blok ukur-blok ukur tersebut dapat dikalibrasi dengan memakai prinsip interferometer (Koster lnterfer-
Gambar 2.4 Sotu blok ukur otau susunan beberapo btok ukur dopat dijadikan acuan dalam pengukuran tinggi objek ukur secaro tak langsung.
ometer) yang menggunakan sinar secara langsung sebagai
Dengan kemajuan teknologi pengukuran besaran panjang saat ini secara meluas telah digunakan Laser lnterferometer yang memiliki kecermatan yang tinggi. Jenis yang dipasarkan misalnya HP Laser lnterferometer (Hp 55286/8A) yang digunakan di ruang yang tak terlalu terkondisikan akan memiliki kecermatan sampai 1 prm. Jika Laser lnterferometer ini dipakai di ruang yang sangat terkondisikan (temperatur, tekanan, dan kelembabannya), indeks bias udara bisa dianggap tak berubah dan kecermatan pengukuran bisa naik (lebih kecil daripada 0.1 pm; karena ketelitian/ketidaksalahannya dapat diketahui lebih
standar panjang. Panjang gelombang dari beberapa sinar yang dipakai dapat ditentukan secara fisik (dengan menggunakan spektrometer) sehingga diketahui hubungannya dengan standar meter seperti yang didefinisikan di atas.
pengkalibrasijuga dapat digunakan sebagai alat ukur jarak dengan kapasitas ukur yang cukup besar (sekitar 30 m). Gambar 2.5 adalah contoh pemakaian Laser lnterferometer
44 I I
Prror*r*ouTrxrurx
kecil daripada 0.01 pm). Selain digunakan sebagai alat ukur
MILiK MILIN
Brdeo ?trPustaka*t Propiusl tawr
{imuJ
I
i I
I
Korvsep Dnsnn
45
untuk mengkalibrasi ketelitian dan ketepatan pemosisian mesin perkakas NC.
p* d
s-<]H-.={fo. h' ulov-r leffi
) bbzL
Gambar 2.5 Ketelitian don ketepatan gerokan sumbu mesin NC (sumbu tronstosi X,YZ) atas aspek pemosisian,keseioioran, dan ketegaklurusan nya dapat diperikso dengo n mem akai Lase r I nterfe ro m eter.
Berbagaijenis interferometer yang disebut di atas secara garis besar diuraikan pada tiga sub-bab berikut. Pembahasan ditekankan pada aspek prinsip kerja dengan harapan pembaca dapat menghayati arti kecermotan, ketelition dan ketepatan.
laian dan pengakhiran pembacaan skala yang dikalibrasi, lihat gambar 2.6. Berkas sinar monokromatis (dipilih dari salah satu panjang gelombang, misalnya spektrum merah, dari berkas sinar lampu tabung gas mulia misalnya Cadmium) dipisahkan oleh pelat gelas (dengan orientasi 45') yang setengah memantulkan dan setengah meneruskan cahaya yang mengenainya. Sebagian berkas diteruskan (ke bawah) dipantulkan kembalioleh cermin (di bawah) menuju pelat gelas. Sebagian berkas yang lain dipantulkan oleh pelat gelas ini (ke kanan) menuju cermin yang dapat digeserkan dengan sangat cermat. Oleh cermin (di kanan) berkas cahaya tersebut dipantulkan kembali ke pelat gelas. Oleh pelat gelas, sebagian berkas yang berasal dari
cermin di bawah akan dipantulkan ke kiri dan sebagian berkas yang berasal dari cermin di kanan akan diteruskan ke kiri. Penyatuan ke dua berkas ini menimbulkan interferensi. Tergantung pada posisi cermin di kanan, perbedaan fase panjang gelombang ke dua berkas yang bersatu akan menyebabkan interferensi yang menghasilkan berkas cahaya yang intensitasnya lemah (gelap)atau kuat (terang). Setiap gerakan cermin di sebelah kanan (mendekat atau menjauh) sepanjang setengah panjang gelombang sinar (spektrum merah lampu cadmium) akan mengulangi proses interferensi (lemah atau kuat). Fotoselyang menang-
Michelson lnterferometer Bagian utama Michelson interferometer terdiri atas sumber cahaya, pelat gelas dan cermin interferator, peng-
hitung pengulangan interferensi, dan penentu saat pemu-
46 I I
Pr*or*u*onTrxxtx
kap berkas sinar yang terinterferensikan akan memberikan sinyal yang dihitung (secara elektronik) berapa jumlah pen-
gulangan gejala interferensinya (misalkan pengulangan intensitas cahaya yang kuat) akibat gerakan cermin peman-
tul di sebelah kanan. Konsep Dnsm
47
Kiister lnterferometer Blok ukur yang akan dikalibrasi terlebih dahulu diukur tebal/tinggi nominalnya dengan memakai komparator dengan kecermatan misalnya 1 pm. Dengan demikian, bila ada perbedaan ukuran nominal (yang tercantum pada blok ukur) terhadap ukuran sebenarnya paling tidak akan diketahui harganya yaitu sama dengan kecermatan komparator. Untuk memastikan perbedaan tersebut blok ukur inidapat
diukur dengan Koster lnterferometer. Serupa dengan model Michelson, Koster lnterferometer menEgunakan pelat gelas dengan orientasi45" sebagai komponen pemisah dan pemersatu berkas sinar monokromatik. Gambar 2.7 memperlihatkan skema bagian-bagian Koster nterfero meter denga n penjelasan sebagai beri kut. . sumber cahaya; beberapa lampu tabung dengan isi gas mulia Ne, He, Ar, atau Kr dapat dipasang secara bergantian. Biasanya digunakan kombinasi 2s.d.4 macam lampu tabung dengan isi gas yang berbeda-beda untuk mengkalibrasi blok ukur dengan ukuran nominal 0.5 s.d. 120 mm. Suatu lampu dengan berkas cahaya putih (Halogen) dapat digunakan untuk mengkalibrasi blok ukur dengan panjang nominal > 120 mm (lihat penjelasan berikut mengenai pemakaiannya). . susunan prisma Fabry-Perrot; berkas cahaya yang telah disejajarkan oleh susunan lensa kalimator diarahkan ke susunan prisma yang akan memecah berkas cahaya ini menjadi fraksi berkas-berkas cahaya monokromatik dengan sudut bias yang beragam. Salah satu berkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang I
Gambar 2.6 lnterferometer model Michelson yang dapat digunakan untuk mengkalibrasi pelaVbatang berskala.
"Mikroskop Elektrik" diperlukan untuk mam pu "melihat" saat pemulaian dan pengakhiran penghitungan jumlah interferensi akibat gerakan cermin pada mana skala yang dikalibrasi diletakkan. Dengan cara ini akan dijamin ketepatan pengulangan kalibrasiyang dilakukan untuk setiap gerakan sepanjang satu skala. Misalnya, pada kondisi lingkungan standar (1 atm, 20" C,65olo RH) satu skala dengan jarak 0.008 mm (0.000 008 m) akan memberikan jumlah interferensi bagi sinar merah lampu cadmium sebesar: 1
skala = 0.000 008 x 1 552 I tr.l 3 I 2 = 6208 = 6 interferensi
48 I I
Pr*or*r*HTernrr
KorusrpDnsnn
1
n
(warna) tertentu dibiaskan dengan sudut 90" ke bawah. Jenis berkas yang diteruskan ke bawah ini dapat dipilih
tikan posisi baris-baris gelap di atas blok ukur relatif terhadap baris-baris gelap diatas meja.
(merah, kuning, hijau, atau biru) dengan memutar susunan prisma Fabry-Perrot.
pelat gelas dan cermin interferator; berkas cahaya monokromatik dipisahkan dan digabungkan kembali (tidak tergabung kembali 100o/o, sebab ada yang terpantul dan terbias ke arah lain) oleh pelat gelas berorientasi 45'. Bila pada Michelson lnterferometer penggabungan ini akan menyebabkan proses interferensi yang sama untuk selebar penampang berkas, pada Koster lnterferometer proses interferensi akan terjadi dengan bentuk baris-baris berkas gelap terang akibat posisi 'termin-bawah" dibuat sedikit miring (tidak tegak-lurus sempurna) terhadap "sumbu" berkas sinar. meja & blok ukur; blok ukur dengan ukuran nominal tertentu diletakkan di atas meja. Karena permukaan blok ukur dan permukaan meja dibuat rata dan halus (mirror finishing) berkas cahaya akan terpantulkan (berfungsi serupa dengan 'termin-bawah" pada Michelson lnterferometer). Karena posisi meja sedikit dimiringkan maka berkas cahaya yang dipantulkan akan tergabung dengan berkas cahaya pantulan "cermin-kanan" yang menghasilkan proses interferensi baris-baris gelapterang serupa dengan yang terjadi pada pelat gelas yang sedikit dimiringkan terhadap cermin di bawahnya. teleskop; fokus teleskop ditetapkan sehingga permukaan meja dan permukaan atas blok ukur terlihat dengan jelas. Melalui okuler pengamat dapat memperha-
50 I I
Pr*or^r*HTexrrx
Gambar 2.7 Koster lnterferometeryang dimonfaatkan untuk Meiadi mengkalibrasi blok-ukur (g a u gel g o g e b I o c k atas mona blok ukur diletakkan diatur sedikit miring. Akibotnya, terjadi interferensi yang terl ihat sebagai garis-garis di permukaan meja dan di permukaan blok ukur. Berdasarkan posisi garis-garis ini, yang bisa menyatu otau sedikit menggeser, dilokukon inter polosi posisi garis di otas permukaan blok ukur terhodop garis di permukaan meja. Melalui perbandingan hosilyang diperoleh dori misalnya 3 berkas dengan spektrum yang berbeda dapot diketohui pe rbed a a n tebal (ketin ggi an) blok- u ku r terh ad a p harga nominalnya.
).
Korusrp
Dmm
51
ris gelap ke garis gelap berikutnya) dan dinyatakan dengan suatu angka desimal (f = fraksi).
Jika pengukuran diulang dengan memakaitiga atau empat spektrum (warna cahaya; 1 = illeroh, 2 = kuning, 3 = hUau,4 = biru; dengan memutar prisma Fabry-Perrot) diperoleh persamaan:
t=(a+b,+f,)72 )\, t-(a+bo+fo)Vzho Berdasarkan pengamatan
Analisis pengamatan; bila ketinggian permukaan blok ukur relatif terhadap permukaan meja (t) benar-benar merupakan kelipatan setengah panjang gelombang berkas sinar;
t=
(a+b,) 1/2\
di mana (a + b,) = bilangan genap atau ganjil; a bilangan mulaidari puluhan ke atas, b, bilangan satuan, maka, interferensidi permukaan blok ukurakan segaris dengan interferensi di permukaan meja. Bila kondisi di atas tak dipenuhi, garis interferensi (baris gelap) di permukaan blok ukur tidak akan segaris dengan garis di permukaan meja. Jarak geseran garis (ditentukan berdasarkan kemiringan meja; dimulai dari posisi yang tinggi ke arah posisi yang rendah) dapat diperkirakan (diinterpolasikan; misalnya dengan kecermatan 0.2 jarak ga-
52 I I
Pr*or*r*nTexnrx
I dengan mengetahui tr;,
setelah dikoreksi akibat perbedaan dengan kondisi udara standar (temperatur, tekanan, dan kelembaban) dapat dik-
etahui harga b,. Sementara itu, harga a tak perlu dihitung sebab dalam hal iniyang kita inginkan adalah menentukan perbedaannya secara cermat (bisa sampai kecermatan 0.01 pm) setelah kita mengetahui ketinggian blok ukur sebagai hasil pengukuran dengan memakai komparator dengan kecermatan 1 pm. Dari 3 atau 4 harga b,dan f, inilah ditetapkan harga koreksi yang terbaik bagi ketinggian nominal blok ukur.
Bila perlu, untuk menaikkan kepercayaan kita atas kebenaran kalibrasi blok ukur, proses pengukuran diulang dengan memakai lampu tabung gas yang lainnya (He, Ne, Ar, Kr, atau Cd). Hasil pengukuran mungkin dapat berbedabeda (pada angka desimaltingkat tertentu). Hal seperti ini merupakan suatu kewajaran dalam proses pengukuran. Ketepatan proses pengukuran, yaitu sampai sejauh mana hasilnya bisa berbeda bila dilakukan pengulangan, dapat
Kousrp DmRR
I
ss
didefinisikan serupa dengan usaha orang untuk mendefinisikan harga rata-rata. Bagi blok ukur dengan ukuran nominal > 120 mm pengaturan fokus teleskop akan menjadi sulit. Jika fokus diatur sehingga permukaan blok ukur terlihat jelas, pada saat itu permukaan meja akan terlihat kabur, dan demikian pula hal sebaliknya. Pada kondisi ini penentuan jarak gel, seran garis-garis interferensi, akan menjadi sulit. Oleh sebab itu, kalibrasi dilakukan dengan membandingkan blok ukur dengan satu blok ukur (atau susunan blok ukur yang telah dikalibrasi) sebagaiacuan yang memiliki kualitas yang sama (atau yang lebih tinggi). Ke dua blok ukur ini diletakkan berdampingan di atas meja. pada cara perbandingan ini digunakan berkas cahaya putih (prisma fabry-perrot digantidengan cermin). Kualitas pembuatan blok ukur ditentukan oleh standar. Dalam hal ini kualitas tersebut dikaitkan dengan ketelitian ukuran nominalnya. Berdasarkan hasil kalibrasi dapat diketahui harga kesalahan ketinggian nominal blok ukur. Toleransi kesalahan ini dibuat sesuai dengan ketinggian/ ketebalan nominalnya, L, yaitu:
6=+oL;Lrm Harga o ditetapkan sesuai dengan angka kualitas menurut standar kalibrasi yang dianut ( DlN, JlS, lSe atau SNI ). Jadi, sebagai hasil kalibrasi dengan Koster lnterferometer ini blok ukur tersebut dapat dianggap mempunyai angka kualitas tertentu misalnya 00, atau 0.
54
Pexcurunnn TexNrx
Sementara itu, blok ukur kualitas '1,2,3, atau 4 biasanya dikalibrasi dengan teknik perbandingan dengan blok ukur kualitas 0 (atau 00) dengan memakai kompara-
tor dengan kecermatan 1 Um.Tentu saja, dalam hal yang terakhir ini blok ukur acuan tersebut harus telah lolos dari kalibrasi pada tingkat yang lebih tinggi (misalnya dengan Koster lnterferometer) demi untuk menjaga sifat keterlacakan (t raceab i I ity).
Laser Interferometer Skema prinsip kerja Laser lnterferomefer adalah sepertiyang ditunjukkan pada gambar 2.8. Dari tabung gelas, yang berisi gas Helium dan Neon yang dieksitasikan di antara dua reflektor yang dijaga tetap jaraknya dan dilalukan pada medan magnet, dipancarkanlah sinar Laser (Light Amplified by Stimulated Energy Radiation) dengan polarisasi sirkuler (karena efek Zeeman). Oleh Converter (2 pelat optik dengan indeks bias berbeda) polarisasi sinar Laser diubah menjadiorthogonal (saling tegak-lurus; misalnya dengan frekuensif, pada bidang polarisasi datar dan frekuensi f, pada bidang polarisasi tegak). Berkas Laser ini kemudian disejajarkan oleh Collimator di mana sebelum dikeluarkan dari bagian Laser Head berkas tersebut dipecah oleh nonpolarizing beam splitter.
Korusrp Dnsen
ls5
oI
tt T
Sinyal listrik ke dua photocell digabung untuk kemu-
dian dipakaisebagai masukan bagi LoserTuning Regulotar yang akan menjaga jarak ke dua excitation reflector pada Gambar 2.8 Peralatan dasar Laser lnterferomoter adalah Laser Head, Display & Counter, interferator, dan Reflector (Target). Laser Head dipasang di luar sistem pengkalibrasian yaitu pada
dudukan yang tahan goyang. interferator dan Reflector dipasang pada bagian yang diam (relatif) dan yang bisa bergerak (relatif) dalam sistem kalibrasi. Jarak pergeseran dapat dimonitor oleh Laser Interferometer dan digunakan sebagai acuan ketelitian(jarak) gerakan.
Sebagian berkas (20o/o) dibelokkan untuk digunakan sebagai acuan penghitungan ataupun untuk mengontrol
(menjaga) frekuensi atau panjang gelombang Laser dan sebagian yang lain (80o/o) dikeluarkan dari Laser Head. Di dalam Loser Heod bagian berkas 20olo dipisahkan oleh prisma (polarizing beam splitier) menjadi berkas dengan polarisasi datar f, dan polarisasi tegak f, yang selanjutnya ditangkap oleh photocell.
tabung He-Ne. Laser Tuning Requlator juga diberi masukan mengenai kondisi udara sekitar (temperatur, tekanan, dan atau kelembaban). Dengan teknik inijarak ke dua excrtation reflector akan berubah secara dinamik (berkat batang piezoelectric yang dieksitasikan oleh Tuning Regulator), mengikuti perubahan kondisi udara sekitar pada sistem yang dikalibrasi, sehingga berkas laser akan terjaga panjang gelombangnya (misalnya 632.8 nm). Jadi, berkas laser ini benar-benar merupakan berkas cahaya monokromatik" Suatu sistem optik (misalnya peny-
ejajar berka
s;
collimator) yang dirancang untuk berkas sinar
pada panjang gelombang ini akan memiliki kesejajaran yang jauh lebih tinggi daripada yang ada pada sistem optik dengan berkas cahaya akromatik. Akibatnya, Laser lnterferometer ini memiliki kapasitas ukur yang sangat besar (20 s.d.30 m). Di depan Laser Heodterletak lnterferator yang dipasangkan pada salah satu bagian/komponen mesin NC (pada
spindel atau meja, lihat gambar 2.5) atau bagian sistem
56 I I
Pr*or*r*u
Terrurr
Korusep Dnsnn
57
kalibrasi yang tak bergerak. Oleh interferator, yang terdiri atas susunan prisma optik, sebagian berkas (f, dengan polarisasi tegak) dibelokkan kembali menuju Laser Head (den-
gan perubahan bidang polarisasi) dan sebagian (f,dengan polarisasi datar) diteruskan ke Reflector. Jika lnterferatortak
bergerak (diam) Reflector harus merupakan bagian yang bergerak yang bisa dipasang pada bagian mesin perkakas NC yang akan dikalibrasi (pada meja atau spindel) atau dipasang pada penggeser seperti halnya pada Michelson lnterferometer, lihat gambar 2.6. Refl ecto r membelokka n berkas Laser kembal i men uju lnterferator sehingga berkas tersebut bersatu dengan bagian berkas yang berasal dari satu sumber. Pada saat bersatu akan terjadi gejala interferensisebab polarisasi ke dua berkas l-aser mempunyai orientasiyang sama. Jika target digerakkan mendekat (menjauh) dengan kecepatan v frekuensi berkas laser yang dibelokkan kembali menuju interferatar akan naik (turun) sebesar Af (karena efek Doppler). Berdasarkan hal ini interferensi akan terjadi setiap perbedaan jarak yang ditempuh oleh ke dua berkas yang bersatu tersebut memiliki beda fasa. Setiap perubahan jarak antara lnterferotor dan Reflector sebesar 7u panjang gelombang (tr)akan menyebabkan penaikan atau penurunan intensitas berkas Laser yang kembali menuju
lnterferator dengan Target. Sinyal ini kemudian diperkuat dan dikirimkan ke Counter untuk dihitung jumlah pulsanya yang menggambarkan jarak pergeseran antara lnterferotor dengan Reflector (Target).
Setelah dikoreksi terhadap pengaruh perbedaan temperatur dan tekanan udara standar (20'C, 1 atm,650/0 RH) jarak yang ditunjukkan pada Laser Display ini dipakai sebagai acuan pada waktu dibandingkan dengan jarak yang ditunjukkan oleh komputer penEontrolgerakan sum-
I
ir
bu mesin NC yang diperiksa (atau gerakan sejauh satu skala yang dikalibrasi seperti pada Michelson lnterferomerer). 5e-
tiap perbedaan penunjukan jarak merupakan
kesalahan
pemosisian bagi sumbu mesin yang bersangkutan (Positio-
i
ning Error).
i i
I
Laser Head.
Melalui Depolarisator di muka Laser Head berkas l-aser yang kembali ini kemudian diterima Photodetector (Photocelt) sehingga diubah menjadi sinyal listrik dengan frekuensi tertentu sesuai dengan pergerakan relatif antara
58
Prncuxunan Trrnrx
Kousrp Desen
59
lli
;l
.IENIS ALAT UKUR DAN
CARA PENGUKURAN
Iat ukur geometrik bisa diklasifikasikan menurut prinsip kerja, kegunaan, atau sifatnya. Dari cara klasifikasi ini yang lebih sederhana adalah klasifikasi menurut sifatnya, di mana alat ukur geometrik dibagi menjadi 5 jenis dasar dan 2 jenis turunan yaitu: 1. Jenis Dasar: Alat ukur langsung; yang mempunyai skala ukur yang telah dikalibrasi. Kecermatannya rendah s/d menengah (1 s/d 0,002 mm). Hasil pengukuran dapat langsung dibaca pada skala tersebut. 2. Alat ukur pembanding/komparator; yang mempunyai skala ukur yang telah dikalibrasi. LJmumnya merniliki kecermatan menengah ( > 0,01 mm; cenderung clisebut pembanding) s/d tinggi ( > 0.001 mm; lebih sering dinamakan komparator) tetapi kapasitas atau daerah skala ukurnya terbatas. Alat ukur ini hanya digunakan sebagai pembacaan besarnya selisih suatu dimensiterhadap ukuran standar.
3.
4.
Alat ukur acuan/standar; yang mampu memberikan atau menunjukkan suatu harga ukuran tertentu. Digunakan sebagai acuan bersama-sama dengan alat ukur pembanding untuk menentukan dimensi suatu objek ukur. Dapat mempunyai skala sepertiyang dimiliki alat ukur standar yang dapat diatur harganya atau tak memilikiskala karena hanya mempunyai satu harga nominal. Alat ukur batas (kaliber); yang mampu menunjukkan apakah suatu dimensi, bentuk, dan/atau posisi terletak di dalam atau di luar daerah toleransinya. Dapat memi-
5.
2.
yang khas, alat ukur jenis ini dapat memiliki skala dan dapat dilengkapi alat pencatat atau penganalisis data. Alat ukur koordinat; yang memiliki sensor yang dapat digerakkan dalam ruang. Koordinat sensor dibaca melaluitiga skala yang disusun seperti koordinat kartesius (X,Y,Z). Dapat dilengkapi dengan sumbu putar (koordinat polar). Memerlukan penganalisis data titik-titik koordinat untuk diproses menjadi informasi yang lebih jelas (diameter lubang, jarak sumbu).
Untuk menetapkan metoda atau cara pengukuran yang terbaik dan jenis alat ukur. Selain seperti cara diatas, proses pengukuran pun bisa diklasifikasikan sebagai
liki skala, tetapi lebih sering tak mempunyai skala karena memang dirancang untuk pemeriksaan toleransi suatu objek ukur yang tertentu (khas, spesifik) AIat ukur bantu; yang tidak termasuk sebagai alat ukur dalam arti yang sesungguhnya akan tetapi memiliki peranan penting dalam pelaksanaan suatu proses pengukuran geometrik.
berikut:
1. 2. 3.
Proses pengukuran langsung. Proses pengukuran tak langsung.
Proses pemeriksaan toleransi (dengan kaliber batas).
4. Jenis Turunan:
Proses perbandingan dengan bentuk acuan (standar).
5. 6.
Dua jenis turunan berikut dapat merupakan salah satu dari tiga jenis pertama di atas atau gabungannya, yakni: Alat ukur khas (khusus, spesifik); yang dibuat khusus
Proses pengukuran geometri khusus, dan Proses pengukuran dengan mesin ukur koordinat.
Ke enam jenis proses pengukuran
ini diilustrasikan dengan contoh pada gambar 3.1. Sementara itu, gambar 3.2 adalah contoh pengukuran geometri khusus misalnya kebulatan dan profil suatu gigi roda-gigi, dan gambar 3.3 memperlihatkan mesin ukur koordinat.
1.
untuk mengukur geometri yang khas misalnya kekasaran permukaan, kebulatan, profil gigi suatu roda-gigi. Termasuk dalam kategori ini adalah yang dirancang untuk kegunaan tertentu, misalnya Koster lnterferom\r untuk mengkalibrasi blok ukur. Selain mekanismeny\ I l
62 I
Pr*or*r*oxTrxrurx
Jrrurs
I
./
/
Aur
UruR oeN CRnR Prncuruneru
63
Pengukuran langsung Adalah proses pengukuran dengan memakai alat ukur langsung. Hasil pengukuran dapat langsung terbaca. Merupakan cara yang lebih dipilih jika seandainya hal ini dimungkinkan. Proses pengukuran dapat cepat diselesaikan. Alat-ukur-langsung umumnya memiliki kecermatan yang rendah dan pemakaiannya dibatasi yaitu:
)s. Karena daerah toleransi < kecernratan alat ukur, )s. Karena kondisi fisik objek ukur yang tak memun-
b.
I F..!l&m frarut (-tr nft!.*,
XtD.
m/N
ffilC
gkinkan digunakannya alat ukur langsung, Karena sesuai dengan jenis toleransi yang diberikan pada objek ukur misalnya toleransi bentukdan posisi sehingga memerlukan proses pengukuran
AFmEtE f.t ttgn arte.i t aaerE(s) (dnss Fqfr' rEal)
khusus. L P.rElaur lrf ]r!rt.
Contoh pengukuran langsung adalah pengukuran tebal objek ukur dengan memakai mikrometer:
c. Pemeriksaan dmgan Kaliber GO & NOTGO
Gambar 3.1 Proses pengukuran geometrik dapat dilaksanakan: (a) secara langsung, (b) tak langsung, (c) pemeriksaan dengan kaliber batas, atau (d) perbandingan dengan bentuk acuan. Berdasarkan ilustrasi ini dapat disimpulkan bahwa teknologi pengukuran geometrik harus dirancang/dipilih sesuai dengan masalah yang dihadapi, supaya efektif dan efisien. Efektif bermakna menghasilkan data pengukuran/pemeriksaan yang dapat diyakini kebenaran dan keterulangannya. Efisien berarti dapat dilakukan dengan usaha yang benar dan dapat dipertanggungjawabkan cara pelaksanaannya.
64 I
Pr*or*r*N
TexNrr
Jerurs
Aur
Urun oRn CRnR PrrucuxunRru
65
I
,t-
liki harga yang terletak di dalam atau di luar daerah toleransi ukuran, bentuk, atau posisi. Objek ukur akan dianggap baik bila terletak di dalam daerah toleransi dan dikatakan jelek bila batas materialnya berada di luar daerah toleransi
Pengukuran tak Iangsung Merupakan proses pengukuran yang dilaksanakan dengan memakai beberapa jenis alat ukur berjenis pembanding/komparator, standar dan bantu. Perbedaan harga yang ditunjukkan oleh skala alat ukur pembanding sewak-
yang dimaksud. Proses pemeriksaan berlangsung cepat dan
cocok untuk menangani pemeriksaan kualitas geometrik produk hasil proses produksi massal. Gambar 3.1.c merupakan contoh proses pemeriksaan toleransi lubang dengan memakai kaliber poros (go & not go gauges).
tu objek ukur dibandingkan dengan ukuran standar (pada alat ukur standar) dapat digunakan untuk menentukan dimensiobjek ukur. Karena alat ukur pembanding umumnya rnemiliki kecermatan yang tinggi, sementara itu alat ukur standar memiliki kualitas (ketelitian) yang bisa diandalkan,
Perbandingan dengan bentuk acuan
maka proses pengukuran tak langsung dapat dilaksanakan
Bentuk suatu produk (misalnya profil ulir atau roda gigi) dapat dibandingkan dengan suatu bentukacuan yang ditetapkan atau dibakukan (standar) pada layar alat ukur
sebaik mungkin untuk menghasilkan harga yang cermat serta teliti dan tepat. Proses pengukuran tak langsung umumnya berlangsung dalam waktu yang relatif lama. Contoh pengukuran semacam ini ditunjukkan pada gambar 3.1.b, dengan alat ukur pembanding jenis pupitas (dioltest indicotor) yang dipasangkan pada dudukan-pemindah (transfer stand; sebagai alat ukur bantu), alat ukur standar berjenis kaliber-induk-tinggi (height moster; yang memi I iki ska la pen gatu r keti n gg ia n muka-ukur) dan meja-rata (surfaceplate) sebagai alat ukur bantu.
proyeksi. Kebenaran bentuk konis dapat diperiksa dengan menggunakan kaliber Konis. Pada prinsipnya pemeriksaan seperti ini tidaklah menentukan dimensi ataupun toleransi suatu benda ukur secara langsung, akan tetapi lebih kepa-
da menentukan tingkat kebenarannya bila dibandingkan dengan bentuk standar, lihat contoh pada garnbar 3.1.d.
Pengukuran geometri khusus
Pemeriksaan dengan kaliber batas Dinamakan sebagai proses pemeriksaan karena tidak menghasilkan data angka (numerik) seperti halnya yang dihasi I kan proses peng u ku ran. Pemeri ksaan d i la ku kan
i-r*u\
memastikan apakah objek ukur (objek pemeriksaan) memi-
66 I I
Pr*or*r*H
Texux
\
Berbeda dengan pemeriksaan secara perbandingan, pengukuran geometri khusus benar-benar mengukur geometri produk. Dengan memperhatikan daerah toleransinya, alat ukur dan prosedur pengukuran dirancang dan dilaksanakan secara khusus. Berbagai masalah pengukuran geometri umumnya ditangani dengan cara ini, misal-
Jerurs
Amr Uxun oRN
CRRn PrucuruRRru
67
nya kekasaran permukaan, kebulatan poros atau lubang' geometri ulir, dan geometri roda gigi' Gambar 3'2 memperlihatkan contoh pengukuran kebulatan dan roda-gigi' Gambar dengan keterangan yang diberikan dimaksudkan untuk menunjukkan contoh kerumitan dan kedalaman
permasalahan pengukuran geometri' Dengan mengerti pengukuran, perancangan dan pembuatan berbagai komponen mesin dan peralatan pabrik akan lebih mu-
,iarcirr*,
lingkaran daerah minimum (MRZ) dan g bisa .men g hasi i n g ka ra n kuad rat terf<ecittmasi n g-ma s i n kan harga parameter kebulatan AR yang berbeda). Menurut ISO cara analisis MRZ(Minimum RadialZone) adalah sesuai dengan makna toleransi kebulatan; perhatikan pernyataan toleransi kebulatan seperti yang diperlihat-
dalam
I
I
1i
kan pada gambar 3.2.b.
dah untuk dikuasai.
i
rl
$hdrl Ills F*r, ---r'
taioan
rE+ ,!r
tdn i.,ntadq, (.trr{dil)ytE CfqtEl.rtrra
I uUrr firrr r*r
c fr-rffiLaC
F-{U utA tnq-, b..rn alr(t naih ,d rhtEI
Gambar 3.2. a. Pengukuran Geometri Khusus;
Gambar 3.2. b Pengukuran Geometri Khusus;
Contoh profil kebulatan sebagai hasil pengukuran denganalatukurkebulatandapatdianalisisberdasarkan empat cara yaitu cara lingkaran luar minimum' lingkaran
Kebulatan hanya bisa diukur dengan benar dengan alat ukur kebulatan jenis sensor putar atau meja putar. Ber-
68 I I
Pr*or*r*nTrxHlx
Jeurs Aunr
Urua olrq CeRe PENcuruRen
69
dasarkan profil kebulatan yang terekam pada grafik polar bisa ditentukan harga parameter kebulatannya (lihat gambar 3.2.a). Jenis sensor putar bisa digunakan untuk mengu-
Contoh alat ukur kebulatan jenis rneja putar.
kur benda yang panjang dan berat. Titik berat benda tidak perlu harus berimpit dengan sumbu putar sensor. pemakaian jenis meja putar dibatasi oleh berat benda serta titik beratnya tidak bisa terlalu jauh terhadap sumbu putar. Meskipun demikian, jenis meja putar (lihat gambar 3.2.c) lebih
mudah dalam pemakaiannya (penyetelan kemiringan dan kesenteran benda ukur). Penggabungan gerakan translasi sensor dapat dilakukan sehingga bisa digunakan untuk pengukuran kelurusan serta kesalahan bentuk yang lain, lihat gambar 3.2. d.
S.ir bdir{.I Oed. UM Frloqklm bbu pD hb du ldllrl& rah ffi. urJt
XorlFr *
il.lr?tt!, ddtos EEOr Flg bac &frr(ffid & td.lir8},
_\
Gambar 3.2.d Pe ng u ku ro n Geom etri Kh usu s; Dengan alat ukur kebulatan ienis meia putar dimungkinkan pengukuran berbagoi kesalahan bentuk. Misalnya, kebulaton, keseiajaran, ketegakluruson, kesamaan sumbu dan keluruson.
Gambar 3.2.c Pengukuran Geometri Khusus;
70l
PrrucuxunRn Trxrurr
JeNrs
Aur
UruR oeu Cnnn Prrucurunnm
71.
Alat UkurVariasiPits (pada lingkaran dasar)
Roda gigi disatukan dengan sektor lingkaran yang merupakan lingkaran dasar pembentuk involut bagi roda
eJ
db
A. Dengan tumpuan
Silinder/bola.
B.
Dengan tumpuan rahang.
Prinsip kerja alat ukur profil involut dan contoh grafik hasil
pengukuran
W W W
du- db tror"d,
du" db t*r"rk
Gambar 3.2.e. Pengukuran Geometri Khusus;
72
FencuxunRru Trxrurr
gigi ybs. Jika sektor lingkaran tsb diputar sebesar 0 rnaka komponen yang menempel diatasnya akan bergerak translasi seJauh ro(D. Sementara itu sensor yang ditempatkan persis pada tepinya juga akan ikut bergerak translasi sambil menggeser pada sisi roda-gigi. Karena gerakan sensor relatif terhadap sisi roda-gigi tsb merupakan gerakan involut murni maka kesalahan profil roda-gigiybs akan terbaca oleh sensor. Contoh metrologi Roda-Gigi. Kesalahan Pits (jarak antar gigi) dapat diperiksa dengan lebih praktis dengan mengukurnya pada lingkaran dasar. Kesalahan pits, ini perlu dibatasi terutama bagi roda-gigi penerus daya dan penerus putaran yang teliti. Sementara itu, profil gigiyang berupa involut dapat diukur dengan alat ukur profil. Kesalahan bentuk profil involut ini akan mengurangi keandalan roda gigi dan kebisingan akan timbuljika roda gigi tersebut dioperasikan.
Pengukuran dengan Mesin Ukur Koordlnat Alat ukur dinamakan mesin ukur karena dimensinya yang relatif besar dan dioperasikan dengan prosedur tertentu, memiliki tiga sumbu gerak yang membentuk sumbu koordinat kartesius (X,Y,Z). Sensor alat ukur dapat digerakkan pada sumbu ini secara manual dan mungkin juga secara otomatik mengikuti program gerakan pengukuran yang tersimpan dalam komputer pengontrolnya. Setiap sumbu memiliki alat ukur jarak berjenisinductosyn, pho-
Jenrs
Aur
Urun onn Cme Perucuxuneru
|
?3
to co sy
n, atau o pt i co l - g rati n g (seperti yang diperl ihatkan
pada gambar 3.3).
han, demikian pula dengan jenis sensor yang bisa merupakan sensor kontak atau sensor scanning. Proses pengukuran yang rumit bisa dilaksanakan dengan relatif mudah
dan cepat. Meskipun demikian, tetap dibutuhkan operator yang mempunyai keahlian dan keterampilan di bidang metrologi geometrik.
&
FII [I
\f,
,s.8
cffir Eor
v Gambar 3.3.a.
Pengu kuran
dengan
Gambar 3.3. b Pengukuran dengan Coordinote Measuring
Samho
Srs
2D
Co o rd i n
ate
M
Mochine (CMM)
ea su rin
g
Machine (CMM) CMM; Coordinate Measuring Machine merupakan
alat ukur geometrik modern dengan memanfaatkan komputer untuk mengontrol gerakan sensor relatif terhadap benda ukur serta untuk menganalisis data pengukuran. Berbagai rancangan mesin dibuat sesuai dengan kebutu-
74
lPrrou*u*nTexrurx I
#.&
Berbagai jenis CMM dapat dipilih/disesuaikan dengan jenis pekerjaan yang banyak ditangani di mana ukuran
dan ketelitian memegang peranan. Sementara itu, jenis sensor dapat dibeli terpisah. Selain itu, perlu juga dipertimbangkan kemampuan software yang dimiliki CMM untuk mempermudah analisis pengukuran serta berbagai program statistik yang dimanfaatkan dalam pengontrolan kualitas geometrik.
Jrrurs
Aur
Urun onu ClRn Pencuxunaru
75
3. 4. 5. 6.
Optik Hidrolik Fluida
Pneumatik atau Aerodinarnik
Beberapa jenis alat ukur menggunakan prinsip kerja gabun-
gan, seperti:
1. 2. 3. 4. Ga m ba
r 3.3.c.P
ku ra n d e n g a n Coord i nate Measu Machine(CMM)
eng u
ri n g
Terga ntu ng pada kecang gi ha n softwa re ya ng d i m i I iki
CMM, proses pengukuran geometri benda ukur akan lebih
dipermudah. Pada contoh di atas suatu sistem koordinat benda ukur dapat diaktifkan melalui proses penggeseran dan pemutaran sumbu koordinat ( A s/d D ). Selain berdasarkan sifatnya yang menghasilkan klasifikasi dasar dan klasifikasi turunan dengan 7 jenis alat ukur sepertiyang telah diulas di muka, cara klasifikasi lain mengenai alat ukur geometrik adalah menurut prinsip kerja-utarna yaitu: 1. Mekanik 2. Elektrik
76 I I
Pr*or*u*NTrxrurr
Elektromekanik (elektrik + mekanik) Optomekanik (optik + mekanik)
Optoelektrik (optik + elektrik) Pneumatikmekanik.
Prinsip kerja gabungan, yang diterapkan untuk alat ukur geometrik dan besaran teknik lainnya, sebaEai sistem pengukuran mandiri maLtpun yang tergabung menjadi
suatu sistem kontrol, ditambah denEan pengolahan data dengan pemanfaatan komputer, saat ini telah berkembang semakin jauh menjadi bidang teknologi mandiri yang sering dinamakan dengan Mekatronika.
Jexrs
Aur
UruR oeru CnnR PrrucurunRru
77
KONSTRUKS! ALAT UKUR DAN PR![{SIP KERJA
lat ukur geometrik yang paling sederhana adalah mistar/penggaris yang mempunyai garis-garis skala
ukuran. Penggaris ditempelkan pada benda ukur dan diatur posisinya sehingga skalanya berimpit dengan objek ukur. Penggaris digeserkan ke kiri-kanan sampaiangka nol skala menjadi segaris dengan salah satu tepi/ujung benda ukur dan tepi/ujung yang Iain dimanfaatkan sebagai penunjuk pada skala sehingga panjang benda ukur akan terbaca. Proses pengukuran panjang yang sederhana seperti ini hampir pasti akan dilakukan setiap orang dengan saksama, tidak tergesa-gesa. Jika memang hanya dibutuhkan kecermatan pengukuran sampai dengan 1 mm, alat ukur penggaris ini memang memadai. Tukang kayu umumnya cukup memakai penggaris dengan kecermatan 1 mm untuk mengerjakan pintu-rumah. Bila dalam membuat ketebalan papan pintu tersebut ia diharuskan memakaialat ukur, misalnya mistar-
ingsutdengan kecermatan 0.05 mm, pengerjaan papan pintu akan menjadi lebih lama. Tukang kayu akan lebih sibuk mengukur dan mengasah papan kayu sampai komponen pintu yang dibuat irri memiliki ketebalan yang sama atau mendekati ukuran yang diinginkan dengan kecermatan
atau
@=65 96
-0,010
O= 65ao2e mm
sebaiknya diukur dengan kornparator dengan kecermatan < 0.002 mm.
ukuran 0.05 nnm. Berclasarkan uraian diatas dapat disimpulkan bahwa dalam proses pengukuran diperlukan:
1.
2.
alat ukur yang berfungsi dengan baik dengan kecermatan yang memadai disesuaikan dengan permintaan. Dalam pembuatan komponen mesin/peralatan permintaan ini tertera pada gambar tekniklmesin yaitu spesifikasi geometrik dengan beragam jenis toleransi geometrik, pelaksanaan pengukuran yang saksama dengan pnosedur tertentu untuk menghindarkan terjadinya kesalahan pengukuran,
3.
pengukuran yang.tak hanya dilakukan setelah produk selesai dibuat tetapi juga dilaksanakan sewaktu produk sedang dibuat. Bila perlu mesim perka kas d iatur/di-stel untuk memastika n apakah elernen geometrik telah mencapai ukuran dalam batas-batas toleransinya.
Sebagai petuniuk urnurn, kecerrnatan alat ukur se'lli0 claerah toleransi objek ukur. Sebagai cor1toh, suatu poros dengan ukuran: halknrya sekitar
80
Perueuxunnru Trxrurx
Bentuk objek ukur dan daerah toleransi yang diberlakukan pada objek ukur serta tingginya kecermatan yang
diinginkan memerlukan suatu alat ukur geometrik yang mungkin harus dirancang secara khusus. Hal ini membuat ragam alat ukur menjadi banyak, masing-masing dengan cara kerja yang dapat berlainan. Alat ukur akan lebih rnudah digunakan bila sipengukur (operator) rnemahami cara kerja alat ukur. Oleh karena itu, dalam sub bab ini beberapa prinsip kerja alat ukur geometrik akan diuraikan baik secara agak terperinci maupun garis besar cara kerjanya.
Kontruksi alat ukur dapat lebih mudah diterangkan melalui komponen utamanya yaitu sensor, pengubah, dan penunjuk/pencatat serta pengolah data.
4.1 SENSOR Sensor adalah "peraba" alat ukur, yaitu yang menghubungkan alat ukur dengan objek/benda ukur. Ujungujung kontak mikrometer, kedua lengan mistar ingsut (uernier caliper),jarum alat ukur kekasaran permukaan adalah merupakan contoh sensor mekanik. Sistem )ensa (objektif) dapat dimanfaatkan sebagai sensor optik. Suatu poros dengan lubang-lubang kecil, melalui mana udara tekan mengalir keluar, adalah contoh sensor pneumatik. Sensor
KoNsrnuxsr
Aur
Uxun onn
Prurusrp
Xrrun
|
81
mekanik umumnya merupakan jenis sensor kontak, sementara sensor optik dan pneumatik adalah contoh jenis sensor
akan diulas pada sub bab ini den an menonjolk"an ulasan mengenai ketelitian atau kebenaran penerusan isyarat qer-
non-kontak. Sensor kontak akan memberikan gayaltekanan pengukuran sementara sensor non kontak hampir atau sama sekali tak memberikan gaya pengukuran.
akan sensor.
4.2 PENGUBAH Pengubah ( transducer ) adalah
bar 4.1.
bagian terpenting alat ukur, rnelalui mana isyarat sensor diteruskan, diubah (bisa menjadi besaran lain) atau diolah terlebih dahulu sebelum diteruskan ke bagian lain alat ukur. Pada bagian inilah diterapkan bermacam-macam prinsip kerja yaitu mekanik (kinematik), optik, elektrik, pneumatik atau prinsip kerja gabungan. Fungsi utama pengubah adalah untuk memperbesar dan memperjelas isyarat sensor yaitu suatu perubahan kecil bagi geometri objek ukur menJadi suatu perubahan yang cukup jelas terbaca pada bagian penunjuk/pencatat alat ukur. Berbagai macam teknik bagi penyempurnaan penerusan atau pengolahan isyarat dirancang dan diwujudkan pada bagian pengubah ini.
4.2.1 PENGU BAH MEKANIK (KINEMAT!K) Prinsip kerja pengubah mekanik berdasarkan prinsip
kinematik yang meneruskan serta mengubah isyarat sensor berupa gerakkan translasi menjadi gerakan rotasi yang relatif lebih mudah untuk diproses/diubah. Secara teoretik prinsip kinematik rnudah dirancang akan tetapi secara praktis sulit diterapkan akibat kendala dalam proses pembuatan dan perakitan. Berbagai jenis pengubah mekanik
82
lPr*"u*r*NTerrurr I
Contoh pengubah mekanik yang paiilrg sederhana adalah pasangan ulir luar (baut) dan ulir dalam (n'lur] sepertiyang diterapkan pada alat ukur mikrometer, !ihat gam-
hdp Bd
?k\ \";"**f .----1-.
\Gh:}.
i oi0i - lpsrEit l
p.!e
I
*"li':ats #" )"D'
\'
s3:I*g
dp@yq prddllM (eturu*r,
Srl&p g{Lddruleru wn6yd(ep) enern
mgft
d4m
Gambar
4.l
ub
Mikrometer
Merupakan alat ukur dengan pengubah berprinsip mekanik/kinematik. Satu putaran poros ukur secara teoretik akan menggeserkan poros ini sebesar satu pits ulir utama (0.5 mm)" Skala yang dibuat pada silinder putar dapat dibagi menjadi 50 bagian yang berarti 1 bagian skala setara dengan gerakan translasi sebesar 0.01 mm. Kebenaran kecermatan pengukuran ini dapat dicapai berkat ulir utama yang dibuat dengan geornetri yang teliti serta pemakaian
KoNsrnursr
Aur
Urun
oRru Pruusrp Kgnln
83
racet untuk menjaga keterulangan pengukuran. Meskipun namanya mikrometer, karena alasan kendala pembuatan dan kepraktisan pemakaian, alat ukur ini umumnya dibuat dengan kecermatan tidak mencapai 1 mikrometer. Beberapa halyang perlu diperhatikan pada mikrometer ini
adalah:
1.
Meskipun ulir utama baut dan mur dibuat dengan ketelitian geometrik yang tinggi, tetap saja akan terjadi kesalahan kisar. Hampir tidak mungkin membuat ulir dengan kesamaan harga pits sepanjang baut dan mur sampai dengan orde misalnya 0.1 pm. Akibat ketidaksamaan harga pits sepanjang baut dan mur, satu kali putaran baut tidak mungkin menggeserkannya benar-benar sebesar 1 pits teoretik (misalnya 0.5 mm), melainkan akan menggeserkan sebesar 1 kisar yang harganya bisa lebih atau kurang dan 0.5 mm. Akibatnya, n kali putaran baut akan menyebabkan kesalahan kisar kumulatif (kesalahan terjumlahkan) yang bisa cukup besar yang mungkin melebihi harga kecermatan pembacaan skala putar. Satu kali putaran poros ukur (silinder putar) dapat dibagi 50 dengan cara menuliskan skala putar pada silinder putar. Karena ulir utama dirancang dengan harga pits sebesar 0.5 mm berarti satu satuan skala
putar berharga teoretik sebesar 0.01 mm.
84
Prncuruneru TExrurr
Kecermatan sebesar 0.01 mm ini harus dijannin tak akan salah sampai dengan orde misalnya + 0.001 mm untuk setiap satuan skala putar dan kesalahan kumulatif misalnya +.0.004 rnm untuk 50 kali pu-
taran yaitu sepanjang geseran maksimunn poros ukur (untuk kapasitas ukur rnikronretel misalnya 25 mm). Berdasarkan kenyataan ini, sangatlah sulit membuat mikrometer dengan kecermatan 0.001 mm dan menjamin ketelitian pembacaan proses pengukuran dengan hasil suatu dimensi objek ukur dengan
kecermatan setinggi itu, misalnya 4,167 mm. Suatu kekuatan pemutaran (momen puntir) yang
relatif ringan (kecil) akan memberikan Eerakan translasi dengan gaya dorong yang cukup tinggi. Bagi benda ukur yang tipis tekanan pengukuran yang besar akan melenturkan benda ukur yang menga kibatkan terjadinya kesalaha n peng uku ran.
Tangan manusia tidak sensitif terhadap pemutaran (kadang kuat, kadang ringan) hal ini akan membuat kita tidak mampu mengulang pemutaran dengan cara sama benar. Akibatnya, bila pengukuran diulang dan hal ini dilakukan dengan cara memutar secara langsung silinder putar, hasil pengukuran bisa jadi tidak sama. Oleh sebab itu, pengukuran harus dilakukan dengan memutar silinder putar lewat racet (gigigelincir). Racet ini akan menjamin ketepatan
KoxsrnuxsrAur Uxun oRru PRrrrrsrp KErua
I
35
hasil pengukuran yang diulang-ulang
putaran (zo= jumlah gigi pinion, misalnya 10). Putaran pinion diteruskan menjajdi putaran jarum penunjuk melalui pasangan roda-gigi. Bila perbandingan putaran pasangan roda gigi inisebesarzr/ z, (misalnya 50/10), dan satu putaran penuh jarum penunjuk dinyatakan dengan n skala (misalnya 100), maka kecermatan jarum ukur ini dapat diran-
se-
bab kekuatan putaran silinder putar dijaga seringan mungkin dan tetap sama sesuai dengan kekuatan pegas racet.
4.
Jika mulut-ukur ditutup yaitu dengan memutar (melalui racet) poros ukur sehingga berimpit dengan landasan, pada saat itu garis indeks (garis memanjang pada silindetetap) harus persis menunjuk skala putar pada harga nol. Untuk memungkinkan hal ini, silinder-tetap, diatas mana garis indeks dituliskan, harus bisa diatur posisinya. Hal ini dilaksanakan dengan merancang silindertetap yang terpisahkan dari rangka dengan membuat suaian pas ( transition fits) terhadap silinder mur utama. Dengan cara ini penyetelan.nol (zero setting) dimungkinkan dan keterakitan alat ukur terwujudkan.
Contoh lain bagi pengubah dengan prinsip mekanil
1.
batang-gigi (rack; misalnya 0.25 mm) akan memutar roda-gigi pasangannya (pinion) sebesar 1 /2,
86
PrucurunRN Terrurr
cang dengan rumus:
Kecermatan: I skala:
o'25xlo :o.ooimm 22/Zlxn 50/10x100 PxZp
6.d(-lah Colrpan
et
c*@ -z
*
/*
l0J
C6{0
{l
Gambar 4.2 Prinsip pengubah kinematik yang diterapkon pado jam ukur (dial indicator). Perhatikon roncongan pencegah keterlombatan gerak bolik (back-lash compensotor) bagi gerakan sensor yang diteruskan sebagai putaran jarum penunjuk
Konsrnurg
Aur
Urun oau Pnrusrp KErua
87
Gigisuatu roda gigi (atau batang gigi)tak mungkin dibuat dengan profil involute ideal. Oleh sebab itu, tebal gigi umumnya dirancang dengan toleransi minus yang berarti tebal gigi dibuat sedikit lebih kecil danpada ketebalan gigi nominal. Bila pasangan roda gigi ini dirakit dengan jarak senter nominal, pasangan gigi akan meneruskan putaran dengan hanya salah satu sisigiginya yang saling berimpit (sisi gigi lainnya tak saling bersinggungan, jadi ada celah di antaranya untuk menjaga jangan sampai pasangan roda gigi macet garagara ada kesalahan profilyang berharga positif). Bila putaran diubah arahnya, sementara roda gigi pemutar dan yang diputar tetap fungsinya, roda gigi pemutar akan berbalik lebih dahulu untuk sepanjang celah gigi sebelum berfungsi penuh. memutar roda gigiyang diputar. Kejadian inidinamakan sebagai keterlambatan gerak balik (backlash). Back-lash yang terjadi pada pasangan roda gigi pemutar jarum penunjuk akan mengganggu pembacaan skala karena posisi jarum penunjuk yang berubah-ubah jika sensor sedikit berubah (bergetar).
Untuk mengurangi efek back-lash digunakan back-lash compensotor yaitu roda gigi pemutar untuk arah putaran. kebalikan dengan arah putaran roda gigi pemutar utama. Roda gigi pemutar utama berfungsi saat sensor bergerak naik dengan daya dorong yang berasal dari sensor. Roda gigi pemutar arah kebalikan berfungsi saat sensor ber-
88
PrncuruRRru Trxnrx I
gerak turun dengan daya dorong pegas spiral (energidisimpan oleh pegas spiral saat sensor bergerak naik).
3.
Tekanan ringan yang diberikan sensor pada permukaan benda ukur (tekanan pengukuran) berasal dari pegas penekan pada batanggigi.
Beberapa alat ukur pembanding/ komparator (diat comparator) menggunakan prinsip pengubah gerakan secara mekanik yang istimewa. Cara kerjanya sederhana tetapi menghasilkan perubahan gerakan yang cukup besar. Kecermatan komparator jenis ini umumnya sebesar 0"001 mm tetapi memiliki kapasitas ukur yang terbatas (jarak gerak sensor sebesar 0.1 mm). Contoh cara kerja mekanik
t
yang istimewa ini adalah pengubah gerakan pada EdenRolt "Millionth" Comparotor, Johansson Mikrokotor dan SigmaComparator. Pengubah mekanik Eden Rolt Comparator menggunakan dua buah blok yang diikat dengan pelat tipis (baja; bersifat pegas) ditunjukkan pada gambar 4.3. Sensor diatur ketinggiannya relatif terhadap blok ukur acuan. Perbedaan ketebalan/ ketinggian blok ukur yang dikalibrasi terhadap blok ukur acuan akan menyebabkan sensor menggeserkan blok M relatif terhadap blok diam F misalnya sebesar d. Penggeseran ini akan menyebabkan pelat tipis di ujung ke dua blok melengkung. Karena disatukan dengan batang penunjuk, maka penunjuk akan terputar sebesar 6. Sistem mekanik seperti ini dapat dikategorikan sebagai sistem bebas gesekan, bebas dari sifat negatif yang sering menyerKonsrRuxsr
Aur
Urun onru PnrNsp Krrue
89
tai sistem mekanik yaitu histerisis (akan diulas lebih lanjut pada babl 5 Sifat Umum Alat Ukur). Perubahan posisi penunjuk ini dapat diamati secara tak langsung dengan memakai sistem optik (sehingga menjadi sistem gabungan optomekanik) atau langsung melalui garis tipis relatif terhadap bidang skala. Jarak antar garis skala dan kecermatan alat ukur ini dapat dirancang seperti yang diperlihatkan pada gam.bar 4.3.
,rrlrrA*_
1 ,nm
s
-o.r-
$n
^OG 6.9.o-rq" xd b CD
8
f
75
I t
metal fib perqlkat
Gambar 4.3. Penguboh mekanik pada Eden Rolt "Mi I I i o nth" Co m p a rato
r
Bila perubahan posisi jarum diamati melalui garis indeks relatif pada bidang skala, dapat dibuat jarak antar garis skala sebesar 1 mm. Oleh sebab itu, jarum penunjuk
90
PencuxuRRu
Trrux
dirancang memiliki panjang sebesar 200 mm bila kecermatan dirancang sebesar 1 gm.
,s=
o'oolr2oo:l:mm 0,2
Bagian pengubah alat ukur pembanding Johansson Mikrokator mempunyai pelat tipis dengan jarum penunjuk (yang sangat ringan) ditempelkan di tengah-tengahnya. Mulai dari bagian tengah ini pelat tipis tersebut secara permanen dipuntir/dipilin dalam arah yang berlawanan sehingga membentuk spiral kiri dan spiral kanan, lihat gambar 4.4. Salah satu ujung pelat yang terpilin dipasang tetap pada batang pengatur, sedang ujung yang lain dipasangkan pada salah satu lengan penyiku. Lengan yang lain bagi penyiku ini, yang terbuat dari pegas baja, dihubungkan dengan poros pengukur. Apabila poros pengukur bergerak naik ataupun turun, sesuai dengan perubahan dimensi objek ukur, penyiku akan berubah bentuknya dan menyebabkan pelat yang terpilin (spiral) mengalami perubahan panjang, menjadi lebih terpilin atau kurang terpilin. Dengan demikian, jarum yang terpasang di tengah-tengahnya akan bergerak sesuai dengan isyarat sensor. Aspek lain yang menarik dari alat ini adalah cara pemasangan poros pada badan alat ukur. Dalam hal ini digunakan pelat pegas berupa cincin dengan maksud untuk menghindari gesekan. Pembesaran alat ini dapat dirancang mencapai 5000x.
KorusrRuxsr
Aur
Urun oeN
PRrr.tsp
Krue
91
Karena kepegasan pita pengikat, engsel akan cenderung kembali ke posisi mula jika beban dihilangkan.
iE um (darl gelaryane aanoaftpb)
rptal kid
leno8n
['-'*
\ \ Fk-<
Lengan yang berbentukY yang terpasang pada blok gerak akan memperbesar gerakan serta memutar silinder
sd.al kman
lu
pengstr+ f
+
pegar slls^t
ban
p€ngdur nol Pombesrtsn
-
9.1. r
w2-
n
t -penjary rplral ( pada g6ds w - bbrr.trral (O.OO mm) n
sensoi
I
F
"r
-
rur.-$t
noud
:
iumlarr punt.an
(tempat batang penunjuk terpasang) melalui pita baja. Penekan yang berujung runcing dapat diatur jaraknya terhadap sumbu engsel dengan cara mengencangkan salah satu baut dan mengendorkan baut yang lain yang keduanya terpasang pada poros pengukur. Jarak gerakan poros pengukur ini relatif kecil dan dipasang pada badan alat ukur dengan memakai diafragma. Dengan demikian, gesekan yang merugikan dapat dihindari.
pondok
o**31
Gambar 4.4 Konstruksi pengubah alat ukur pembanding Johansson Mikrokator
penakan
Alat ini merupakan jenis pengubah mekanik bebas gesekan. Penyetelan nol (zero setting) dilakukan dengan mengencang/ mengendorkan baut pengbtur sehingga pita kurang/lebih terpilin dan jarum bergerak menuju angka nol (atau angka lain sebagaiacuan pengukuran). Pengubah pada Sigma Comparator menggunakan "engsel" yang bebas gesekan. Dua blok yang disatukan dengan tiga pelat tipis yang saling menyilang, lihat gambar 4.5, berfungsi sebagai engsel. Apabila blok yang bebas bergerak ditekan, blok ini akan terputar relatif terhadap blok yang diam, persis seperti gerakan yang terjadi pada engsel.
gZ I I
Pr*or*r*NTrxurr
pita
Ua]a-z.".---.
LR x'7
owrqna
r +
tonto
Gambar 4.5 Skema prinsip kerja pengubah mekonik SigmaComparator
KorusrRurs Ar-nr Uxun oRru PsNsrp KeruR
I I
gg
4.2.2.PENGU BAH OPTOMEKANIK Beberapa alat ukur pembanding menggunakan prinsip kerja gabungan yaitu pengubah mekanik dan optik sep-
erti contoh yang diperlihatkan pada gambar 4.6. Pengubah mekanik berupa sistem kinematik yang berfungsi untuk memperbesar perubahan silinder pengukur (sensor) menurut perbandingan jarak antara ke dua ujung batang terhadap engselnya. Sistem mekanik digabung dengan sistem optik melalui cermin yang kemiringannya dapat diubah. Sementara itu, cermin berfungsi Sebagai pemantul berkas cahaya pada sistem pengubah optik. Pengubah optik dapat merupakan sistem pembentuk bayangan yang berupa garis yang diproyeksikan pada
antar garis 2 mm, hal ini setara dengan merancang kecermatan sebesar 0.00'l mm. Faktor pembesaran sebesar 2 pada sistem optiktersebut merupakan pengaruh perubahan kemiringan cermin pemantul, seperti yang dijelaskan pada gambar 4.6.
iayar kaca buram tempat skala tercantum (atau dibalik; bay-
angan skala diproyeksikan pada kaca buram yang memiliki garis indeks). Jika perbandingan jarak antara ke dua ujung batang kinematik terhadap engselnya adalah 20 ; 'l , sedang perbandingan radius skala dengan jarak antara engsel dengan
ujung cermin pemantul adalah 50 : 1 , maka pembesaran total alat ukur adalah: pembesaran mekanik : 1 x20x
1
:50x2 pembesaran total : 20 x 100
pembesaranoptik
=20satuan. =100satuan. = 2000 satuan.
Halini berarti: Bila jarak perubahan sensor sebesar 1 prm dirancang menimbulkan pergeseran garis indeks pada skala dengan jarak
94 I I
P.*ou*u*u Trxurx
poi$ltu rnh Dql66luya -2 (0+0)-2 -2 E
0
Gambar 4.6 Prinsip kerja alat ukur optomekanik
4.2.3 PENGUBAH ELEKTRIK Pengubah dengan prinsip kerja elektrik berfungsi untuk mengubah isyarat non elektrik baik yang berasal langsung darisensorataupun yang telah melalui pengubah primer (pengubah mekanik, optik, pneumatik, atau kombinasinya), menjadi isyarat dengan besaran elektrik.
KoNsrRuxsr
Aur
Urun oex
PRrNsrp KrR.lR
95
Perubahan besaran elektrik (arus atau tegangan listrik) dapat diolah dan diperbesar dengan memakai prinsip
elektronik. lsyarat akhir, yang berupa besaran listrik, diukur dengan alat ukur besaran listrik. Hubungan atau korelasi antara isyarat mula dengan isyarat akhir dapat diketahui melalui penyetelan dan kalibrasi sehingga diperoleh harga kepekaan atau kecermatan seperti yang dirancang. Dua contoh pengubah elektrik yang dibahas berikut adalah jenis kapasitif dan jenis transformator.
4.2.3.1 Pengu bah
Ka
I
Pr*or*r*ru
Ga
m ba r
4'7'i!,ii,i;2[:r,::,'{
pasitif
Kapasitor dapat terbentuk apabila dua buah pelat metal didekatkan sampai sejarak [,. Besarnya kapasitas untuk mengumpulkan muatan listrik bagi kapasitor ini dipengaruhi oleh jarak pelat, luas permukaan pelat, dan dielektrikum yang mengisi celah antara pelat. Jika jarak pelat di u bah, sementara beberapa faktor lainnya tak diubah harganya, besarnya kapasitas ini berbanding terbalik dengan jarak 0. Artinya, semakin jauh jarak pergeseran, kapasitasnya akan menurun atau sebaliknya. Jadi, dapat dikatakan bahwa pelat kapasitor ini sensitif terhadap perubahan jarak. Suatu sirkuit elektronik dapat direncanakan untuk mengetahui besarnya perubahan kapasitas kapasitor akibat perubahan jarak yang diteruskan oleh sensor. Salah satu cara yang umum diterapkan adalah dengan penguat operasional (Op-Amp) dengan skema seperti gambar 4.7. Tegangan keluarVo (out puq mV) dalam halinisetara dengan jarak (t) dikalikan dengan faktor penguat (K,).
96 I
'v.'C* Vo----x--l-Kre
p.ldloFslio.
!;'s
a n s ke m
a
4.2.3.2 Pen gubah Jen is Tra nsformator ( LVDT) Pengubah jenis Transformator Beda Linier (Linear Variable Differentiol Transformer, LVDT) bekerja dengan prinsip transformator yaitu timbulnya tegangan imbas pada kumparan sekunder akibat adanya tegangan listrik pada kumparan primer. Tegangan imbas pada ke dua kumparan sekunder akan sama besarnya apabila kedudukan inti (kern core; terbuat dari besi) berada ditengah-tengah, lihat gambar 4.8. Apabila letak inti bergeser dari posisi semula (posisi nol), tegangan imbas pada salah satu kumparan sekunder akan naik dan yang lain akan turun dengan harga yang sama sebanding dengan perubahan jarak pergeseran inti, sepertirumus berikut (hanya berlaku pada daerah linear):
VL:
Ymula +
9lrmuh.Lt 2
TexNrr
KoNsrnurs
Aur
Urun oeru Pnrxsrp Kmtn
97
3. Y2 =Vmula -9Vmuta.L{,
2 Apabila ke dua kumparan sekunder ini dihubungkan secara seri dengan orientasi terbalik, tegangan keluar akan sama dengan:
Vo=V,-Vr= CV.,,".A8
di mana C adalah konstanta yang dipengaruhi oleh konstruksi alat ini.
Suatu sistem optik (atau gabungan optomekanik), yang dirancang untuk mendeteksi (peka terhadap)
perubahan gerakan, diusahakan untuk mengubah
intensitas cahaya yang mengenai fotosel yaitu pada saat terjadi perubahan gerakan. 4. Pengolahan sinyal foto sel (besaran listrik) sedemikian rupa sehingga korelasi (hubungan) antara perubahan intensitas cahaya dengan perubahan gerakan dapat dibaca dengan kecermatan tertentu. Berbagai macam teknik penerapan prinsip dasar di atas dapat diterapkan. Salah satu teknik penerapan yang sederhana adalah sepertiyang diperlihatkan pada gambar 4.9 yang merupakan bagian sensor dan bagian pengubah alat ukur kekasaran permukaan.
Ga m ba r
4.2.4
4.8
Li n ea
r
Va ri a b I e D i ffe re
nt i o I Tra n sfo r m e r, LV DT
PENGU BAH OPTOELEKTRIK
Prinsip kerja pengubah jenis optoelektrik umumnya dirancang dengan penggabungan beberapa prinsip dasar
berikut: 1.
Fotosel (photocell/photodiode) merupakan komponen elektronik yang peka terhadap sinar yang jatuh pada permukaan aktifnya.
2.
Berkas cahaya dari suatu sumber cahaya (lampu atau LED; Light Emitting Diode) diarahkan oleh sis-
tem optik supaya mengenai fotosel.
s8
Pencurunnru TrxNrr I
Gambar 4.9 Serlsor alat ukur kekasaran permukaan yang meng-
gunakan pengubah (mekono) optoelektrik
KorusrRurs
Aur
Urun oau
PmNsrp
Krrur
I I
gg
Sensor yang berupa ujung jarum diatur sehingga menempel permukaan yang akan diukur kekasarannya (sampai penunjuk skala berhenti pada posisi nol). Disini bekerja sistem mekanik, optik dan elektrik.
Sistem mekanik: Akibat tekanan pegas pada batang ayun sensor akan selalu menempel pada permukaan. Poros alat ukur digeserkan (digerakkan oleh motor yang dikontrol kecepatannya) sepanjang sampel kekasaron dan sensor menggeser sambil bergerak turun naik mengikuti profil kekasaran. Gerakan sensor menggoyangkan batang ayun pada engselnya dan pelat bercelah mengikutinya sesuai dengan perbandingan jarak sensor engsel dan pelat engsel.
Sistem optik: Berkas cahaya diarahkan pada sepasang fotosel me-
4.2.5 PENGUBAH PNEUMATIK Alat ukur geometrik dengan pengubah pneumatik bekerja atas dasar suatu gejala bahwa kondisi suatu aliran udara yang tertentu (tetap) akan berubah apabila ada perubahan pada celah antara permukaan benda ukur dengan permukaan sensor alat ukur (di mana udara ini mengalir melaluinya). Perubahan kondisi aliran udara ini dapat diketahui dengan cara mengukur perubahan tekanan atau kecepatan aliran.
Alat ukur pneumatik ini secara keseluruhannya dianggap sebagai suatu sistem aliran udara yang terdiri atas bagian-bagian sebagai berikut:
1. 2. 3.
Sumber udara tekan, Sensoryang berfungsi juga sebagai pengubah, Alat ukur perubahan kondisialiran udara.
Berdasarkan
ca
ra peng ukuran perubaha n kondisi ali-
lalui celah. Akibat goyangan celah, ke dua fotosel akan menerima cahaya dengan bergantian intensitasnya. Saat celah bergerak ke atas fotosel yang di atas akan menerima cahaya
ran udara dapat diklasifikasikan dua jenis alat ukur pneumatik yaitu, 1. SistemTekanan Balik(Back Pressure System) 2. Sistem Kecepatan Aliran (Flow-Velocity System)
dengan intensitas yang lebih besar daripada yang diterima foto sel yang di bawah. Hal sebaliknya akan berlaku saat celah bergerak ke bawah.
4.2.5.1 Sistem Tekanan Balik
Sistem elektrik: Perubahan sinya! listrik karena perubahan intensitas cahaya pada sepasang fotosel secara sistematik mengikuti irama goyangan celah (naikturunnya sensor mengikuti pro-
Prinsip kerja alat ukur pneumatik dengan sistem tekanan balik dapat diterangkan dengan menggunakan skema seperti gambar 4.10 Udara dengan tekanan tertentu p, mengalir melalui
lubang pengontrol (yang dapat diatur diameter efektifnya) menuju ke ruang antara. Sementara diameter lubang pen-
fil permukaan) dapat diproses secara elektronik. 100
PpttcuxunnN TrxNrr
KoNsrnursrAur Uxun
oRru Pmrusrp
Krrun
I I
fOf
gontrol dibuat tetap, d,, "diameter efektif"d, (melalui mana udara tekan ini mengalir keluar) dapat berubah sesuai denEan perbedaan antara diameter benda ukur dan diameter sensor.
Tekanan udara pada ruang antara, po, akan berubah rnengikuti parubahan dr. Dengan mengatur diameter efek-
tif d, dan d, (mengatur luas lubang efektif A, dan Ar) serta tekanan p, (biasanya 1 s.d. 29.6 N/cm2) dapat diperoleh suatu daerah linear yang cukup panjang dari kurva yang menggambarkan hubungan antara koefisien p, /po dengan A1// o2. Untuk harga p,/po antara 0.6 dan 0.8, yaitu pada daerah linier, berlaku rumus berikut: Po
p, -
a - bA' A1 at€ru Po'Pt a
A'
- bfi
o'
dengan demikian dapat dicari dengan mendiferensiasi po (besaran yang ditunjukkan alat ukur)terhadap A, (besaran yang diukur perubahannya).
-f,
o,;N/cmz/cm2
Rumus di atas menyatakan bahwa kepekaan alat ukur pneumatik sistem tekanan balik adalah berbanding lurus dengan tekanan p, dan berbanding terbalik dengan luas penampang lubang pengontrol A, (atau kuadrat diameter efektit dr).
1OZ
I I
Pr,,,or*r*ruTexxrr
la.tda
&r
Gambar 4.1O Alot ukur pneumatik dengan sistem tekanan bolik.
Kepekaan atau sensitivitas alat ukur pneumatik ini
#"
A2l A1
4.2.5,2 Sistem Kecepatan Aliran Berbeda dengan sistem tekanan balik yang mengukur perubahan tekanan, alat ukur pneumatikdengan sistem kecepatan aliran bekerja atas dasar perubahan kecepatan aliran udara. Dalam sistem ini lubang pengontrol dengan diameter efektif d, tidak diperlukan. Jadi, kecepatan aliran udara hanya dipengaruhi oleh perubahan penampang efektif Ar, yaitu celah antara permukaan sensor dan permukaan benda ukur. Biasanya kecepatan aliran udara diukur dengan menggunakan tabung konis (dari gelas) dan suatu pengapung, Iihat gambar 4.11. Karena adanya aliran udara maka pengapung akan terdesak ke atas sampai suatu kedudukan tertentu dia akan mengapung, yang berarti pada saat itu gaya beratnya seimbang dengan gaya tekan ke atas aliran
Korusrnuxsr
Aur
Urun onru pnrrusrp
Keu I I
f
Og
udara yang mengalir melalui celah antara pengapung dan dinding tabung konis. Apabila celah antara permukaan sensor dengan permukaan benda ukur menyempit (bila objek ukur, misalnya
F
Kecopalrnrlrrll
belpuur&n m€ngtPurc
diameter lubang mengecil), kecepatan aliran udara akan turun. Akibatnya, pengapung akan turun sampai suatu kedudukan tertentu setelah terjadi lagi suatu keseimbangan (karena celah antara pengapung dengan dinding tabung konis semakin ke bawah akan semakin sempit). Hal yang sebaliknya akan berlaku yaitu bila celah antara permukaan sensor dan permukaan benda ukur membesar. Dengan demikian, ketinggian pengapung relatif terhadap tabung konis yang diberi suatu skala tegak (vertikal) menggambarkan ukuran celah antara sensor dengan
benda ukur. Bila ukuran nominal telah ditetapkan dengan memakai kaliber penyetel (harga nol ditetapkan), skala yang ditunjuk pengapung merupakan selisihnya terhadap harga nominal. Pada daerah linier bagi kurva yang menggambarkan hubungan antara kecepatan aliran udara F (atau kedudukan pengapung) dengan penampang efektif A, yaitu celah antara sensor dan benda ukur, berlaku rumus sebagaiberikut:
Gambar 4.1 1 Alat ukur pneumatik dengan si stem kecepata
F
=_a+bA2
n ol iran
dankepekaarurya
ffi=t
di mana b adalah faktor kepekaan yang dipengaruhi oleh konstruksialiran udara yang tekanan dan kecepatan aliran udara ditentukan dan diatur/di stel. Bagi ke dua sistem pengukuran diatas (tekanan balik
maupun kecepatan aliran) penyetelan kepekaannya (berartijuga kecermatan atau arti jarak antar garis-garis skala; misalnya untuk pits 2 mm setara dengan 0.005 mm perubahan dimensi benda ukur) serta kedudukan nol (letak angka acuan) dilakukan dengan bantuan kaliber penyetel (alat ukur acuan dengan harga nominal tertentu).
lM I I
P."or*u*uTerntx
KomsrRuxsl
Aler Urun oRru Pnrrusrp Krrun
105
Di industri komponen mesin & peralatan pabrik, alat ukur pneumatik jenis kecepatan aliran lebih banyak dipakai daripada jenis tekanan balik. Meskipun harga satuan alat ukur inicukup mahal, ongkos pengukuran umumnya akan relatif murah. Hal ini dimungkinkan karena sensor dapat direncanakan sesuai dengan kondisi benda ukur serta jenis pengukuran sehingga pemakaiannya sangat cepat dan mudah, lihat gambar 4.'12. Kontak antara permukaan sensor dengan permukaan objek ukur dapat dihindari karena adanya suatu "bantalan udara". Jadi, keausan sensor dapat dikurangi atau bahkan tak terjadi sama sekali. Sensor dengan lubang kecil yang menyemprotkan udara langsung ke permukaan objek ukur hanya sesuai untuk permukaan objek ukur yang halus. Semakin kasar permukaan objek ukur aliran udara akan semakin tidak beraturan. Untuk permukaan yang relatif kasar (Ra > 1,25 pm perlu digunakan sensor kontak yang mempunyai bagian mekanik antara lubang aliran udara dengan benda ukur. Sensor mekanik ini dapat berupa bola, batang, silinder atau pelat yang bersinggungan langsung dengan permukaan objek ukur. Suatu gerakan pada sensor mekanik (sensor kontak) akan menyebabkan perubahan diameter efektif lubang aliran udara pada bagian alat ukur (bukan antara permukaan benda ukur dan sensor).
106
PrHcuxuReru TexNrx
ffi @ ffi@@ 4RNi
M ffiffi
Jenis kontak dengan Sislsm
A. B, C.
fotakurtmgen Bola Polat
Jonas
Dua
lubrm
A&B:toloransi diamtd C : kesilindrisan
(c)
n
lb I ln J (A)
-,,iffi
W--'---M (B) --,ED% (c)
'r"i"l"-"'"'
(o)
d?
fu
ffi- "-5k- @TJ (E)
Ji?f,."'"*
;[::,:J:1 Zk***J A cao
(F)
(g)
Gambar 4.12. Berbogoi macom
,
E.Fdanc
,.,:"#,:lily-
(H)
sensor
alot ukur pneumotik
4.2.6 PENGUBAH OPTIK Pada dasarnya sistem optik yang digunakan sebagai pengubah alat ukur berfungsi sebagai pembelok, pembias, atau pemantul berkas cahaya yang berasal dari suatu ob_ jek sehingga terbentuk suatu bayangan (maya atau nyata) dengan ukuran/penyimpangan yang lebih besar daripada ukuran/penyimpangan objeknya. Objek dalam hal inidapat berupa benda ukur atau komponen alat ukur misalnya skala
KonsrRuxsrAur Uxun onru pnrrusrp Krrun
I nZ I
atau garis indeks. Sistem optik biasanya terdiriatas gabungan komponen yang berupa cermin, lensa, dan prisma. Beberapa jenis sistem optik yang digunakan dalam bidang
pengukuran antara lain pembesar, mikroskop, proyektor, teleskop, autokolimator dan teleskop posisi.
4.2.6.1Lensa Pembesar Sistem optik yang paling sederhana yang memungkinkan seseorang untuk melihat suatu objek dengan lebih jelas adalah lensa pembesar. Suatu objek yang diletakkan pada jarak fokus (titik api) lensa pembesar akan terlihat oleh mata sebagai suatu bayangan objek dengan ukuran yang lebih besar, lihat gambar 4.13. Lensa pembesar umumnya dipakai pada sistem pembacaan skala atau sebagai alat ukur pembanding yaitu dengan menyisipkan gambar transparan bentuk geometri acuan/standar yang akan terlihat sebagai latar depan objek ukur. Pembesarannya (magnification) lensa pembesar ditentukan dengan rumus sederhana berikut:
OPD
Gambar 4.14 . Prinsip lensa pembesar
4.2.6.2 Mikroskop Apabila dua lensa pembesar (susunan lensa) diatur menjadi satu sistem optik dapat dibuat menjadi mikroskop. Lensa pembesar (susunan lensa)yang berada didekat mata disebut okuler, sedang yang berada di dekat objek bernama objektif. Skema mikroskop ini diperlihatkan pada gambar 4.15. Suatu objek MN yang diletakkan di depan objektif akan membentuk bayangan nyata dan terbalik pe. Melalui okuler bayangan PQ ini akan terlihat oleh mata sebagai bayangan RS, yang jika dibandingkan dengan ukuran objek aslinya, pembesaran totaladalah :
R^S R,S PO MN PQ MN
MN=7 di mana, D = jarak terdekat benda ukur yang masih dapat terlihat oleh mata dengan jelas (tanpa lensa). Untuk mata normaladalah 250 mm. f = jarak fokus lensa pembesar, mm.
108
I l
P.*or*u*NTernrx
di mana, RS
MN
= pembesaran total
KousrnuxsrAr-er Uxun oRN PRrusrp KrR:a
I I
f Og
RS
MN .RS
4.2.6.3 Proyektor
= pembesaran okuler
Dua sistem lensa, yaitu kondensor dan proyektor merupakan komponen proyektor, lihat gambar 4.16. Berkas cahaya dari suatu sumber cahaya diarahkan oleh kondensor menuju objek yang diletakkan di antara kondensor dan proyektor. Karena benda ukur biasanya tidak tembus cahaya jadi hanya sebagian berkas cahaya yang diteruskan dan diproyeksikan ke suatu layar, sehingga terlihat bayangan benda ukur yang gelap dengan latar belakang yang
= pembesaran objektif
MN
terang. Pemeriksaan bayangan benda ukur (pengukuran
_.1\=-.
. -\\\
Js
Gambar 4.15 . Prinsip mikroskop
Seperti halnya dengan kegunaan mikroskop pada umumnya alat ukur ini memang digunakan untuk memperbesar objek ukur yang relatif kecil. Dengan sistem optik objek ukur tak teraba oleh sensor (non kontak)dan pengukuran dimensi dilaksanakan dengan meletakkan benda ukur pada meja translasi yang digerakkan dengan kepala-mikrometer (micrometerhead). Pengamat melakukan penyetelan nol, kemudian menggerakkan meja sehingga garis silang (bayangan gambar yang disisipkan di sistem lensa okuler) terlihat menempel pada ujung objek ukur. Panjang objek ukur dilihat dengan membaca skala mikrometer penggerak meja.
110
PrxcuxuReru Trrrurr
atau pembandingan dengan contoh bentuk standar) dilakukan dari balik layar yang terbuat dari kaca buram. Seperti halnya pada mikroskop, benda ukur dicekam pada meja geser (koordinat X-Y) sehingga bayangan benda ukur dapat digerakkan relatif terhadap garis silang yang terdapat pada layar. Jarak yang ditempuh oleh gerakan bayangan dapat dibaca pada skala kepala mikrometer dengan mana meja posisi digerakkan; arah X dan/atau
Y.
Alat ukur proyektor profiljenis CNC dilengkapi dengan sistem kontrol gerakan meja. Bayangan digerakkan secara otomatik sesuai dengan program pengukuran yang
dibuat khusus untuk suatu benda ukur. Serupa dengan mesin ukur CNC (CMM; Coordinate Measuring Machine) atau mesin perkakas CNC, sistem kontrolgerakan meja memanfaatkan motor servo dan alat ukur jarak (inductosyn atau encoder). Dalam hal ini sensor jenis fotosel ditempelkan pada kaca buram untuk mendeteksi saat pemulaian dan/ atau pengakhiran penghitungan jarak gerakan bayangan.
KorusrRuxsr
Amr Urun oeu
Pntrusrp KrruR
11L
menggunakan prisma, cermin ataupun sistem lensa pembalik. Pembesaran yang dapat dicapaiteleskop merupakan perbandingan antara jarak fokus dari objektif dengan okuler. Dua macam alat ukur geometrik yang menggunakan prinsip teleskop adalah autokolimator dan teleskop posisi. otlr*ttr
Gambar 4.16. Prinsip proyektor profrl. Jenis CNC dilengkapidengon sistem kontrol gerakan meja yang menggerokkan bayangan relatif terhadap fotoselyong ditempelkon di layar
Gambar 4.17. Prinsip teleskop astronomi
4.2.6.4Teleskop Teleskop adalah nama suatu sistem optik yang digunakan untuk melihat objek yang jauh supaya terlihat dekat
dengan bayangan yang jelas. Dua sistem lensa yaitu objektif dan okuler diatur jaraknya sedemikian rupa sehingga berkas cahaya yang sejajar (yang berasal dari objek yang jauh) akan difokuskan oleh objektif pada titik yang sama dengan jarak fokus okuler. Oleh okuler berkas cahaya inidibiaskan menjadiberkas cahaya yang sejajar lagi sehingga bayangan objekdapat terlihat oleh mata dengan lebih jelas tanpa atau dengan sedikit penyesuaian (akomodasi), lihat gambar 4.17. Bayangan yang terlihat oleh mata posisinya terbalik. Bila dikehendaki, bayangan tersebut dapat dibuat menjadi tegak dengan
112
PencuruRnl TrrNtx
o
ll
o-oo
t,
-4i ---n-dc#b -
Gambar 4.1 8. menunjukkan prinsip autokolimator (autocollimator), dengan suotu kondensor yang mengarahkan berkas cahoya dari sumber cohaya di otas sumbu optik menuju torget yang berupo garis. Suatu cermin semi reflektor (sebagion berkas cahoya dipontulkon, sebagian lain diteruskan) dengan posisimiring 45" terhodap sumbu optikteleskop akan membuat seoloh-olah target terletak pada sumbu optik persis poda jarok fokus objektif
Korusrnuxsr
Aur
Uxun
oln
PRrr.rsrp
KrruR
I
ff3
Dengan rancangan seperti ini berkas cahaya yang keluar dari objektif akan merupakan berkas cahaya yang sejajar, dan melalui okuler pengamat tidak akan langsung melihat sumber cahaya. Berkas cahaya, yang mengandung bayangan garis target ini, dipantulkan kembali oleh suatu cermin, disebut reflektor, yang diletakkan pada jarak tertentu di depan autokolimator. Melalui okuler, pengamat akan melihat bayangan garis target yang telah dipantulkan oleh reflektor yakni garis horisontal dengan latar belakang terang. Pada fokus okuler dipasang pelat gelas tipis yang ditengahnya dibuat dua garis sejajar horisontal. Pelat gelas tersebut dapat digerakkan naik-turun dengan bantuan mikrometer. Melalui mikrometer ini pengamat berusaha untuk melingkupi garis bayangan target dengan dua garis sejajar ini sesimetrik mungkin. Kemudian, posisi dua garis sejajar (berarti: posisi garis target) dibaca pada skala mikrometer.
Tergantung pada rancangannya, skala mikrometer autokolimator bisa memiliki kecermatan 0.1 sekon dengan kapasitas ukur hanya 10 menit. Autokolimator sebenarnya memang merupakan alat ukur sudut, yaitu sudut kemiringan cermin reflektor relatif terhadap sumbu optiknya. Jika posisi reflektor diubah karena dipindahkan posisinya (atau karena terubah akibat perbedaan yang terjadi pada sistem pengukuran), posisi garis target yang dipantulkan kembali menuju objektif akan terletak pada bidang fokus okuler yang tak selalu pada sumbu optik melainkan dapat di mana saja di atas atau di bawahnya.
1L4
PeNcuxuRRu TrrNtx
=T= :
df, lslr -F{r dg--'larmruX,
ort lrr9.l b.lui drilnl(
rfnt|(
Teleskop Posisi Berbeda dengan autokolimator yang mendeteksi kemiringan suatu target yang berupa cermin, teleskop posisi digunakan untuk mengamati perpindahan posisitarget relatif terhadap sumbu optiknya dalam arah horisontaldan vertikal (linear). Dalam hal ini target berupa gambar skala karan-lingkaran konsentri k. Umumnya skala konsentrik tersebut dibuat pada gelas transparan, sehingga bila diinginkan dapat diterangi dengan lampu yang
ya
ng terdi ri atas
li n g
dipasang di belakangnya secara langsung atau dengan memakai sistem lensa pembuat sejajar berkas sinar. Seperti halnya pada teleskop, pengamat dapat melihat target yang berada di depannya. Supaya target yang diletakkan di dekatnya (> fokus objektif ) atau jauh di depan (beberapa puluh meter) dapat terlihat dengan jelas dan tak
terbalik, teleskop posisi dilengkapi dengan sistem lensa pemfokus dan sistem lensa pembalik, lihat gambar 4.19. Pada fokus okuler dipasang pelat gelas tipis dengan gambar garis silang dengan titik perpotongan persis pada sumbu optik. Gambar garis silang ini tak dapat digerakkan dan dimanfaatkan pengamat untuk melakukan pembacaan
Konsrnursr
Aur
Urun oen
PRrr.rsrp
Krrue
115
posisi target yaitu dengan melihatnya relatif terhadap skala konsentrik pada target (arah horisontal dan/atau arah verti-
kalrelatif terhadap sumbu optik).
S"
S* F
"c-
ry (E!. h
)
Gambar 4.19 Prinsip teleskop posisi dengan mikrometer optik
Untuk mempermudah dan menaikkan kecermatan pembacaan posisitarget, teleskop posisi umumnya dilengkapi dengan mikrometer optik. Komponen utama mikrometer optik berupa keping gelas dengan dua sisi rata yang sejajar (keping parallel). Suatu berkas cahaya dengan sudut datang nol (berimpit dengan garis normal) akan diteruskan melalui keping parallel secara lurus. Apabila sudut datang tidak sama dengan nol, berkas cahaya akan dibiaskan mendekati normal untuk kemudian pada sisi yang lain akan dibiaskan kembali menjauhi normal, sehingga arah berkos cahaya ietap seperti semula tetapi telah menggeser sejauh d, lihat gambar 4.19. Untuk suatu sudut datang yang kecil, perubahan kemiringan keping parallel akan setara dengan perubahan jarak d. Pengaturan kemiringan keping parallel dilaksanakan dengan suatu mekanisme yang berhubungan langsung dengan dua kepala mikrometer (micrometerhead) untuk pembacaan pergeseran target dalam arah horisontal dan vertikal; biasanya dengan kecermatan 0.02 mm.
L16
PrrucuxuRRH
Trrrrx
4.2 PENUNJUK & PENCATAT (PEREKAM DATA PENGUKURAN) lsyarat yang telah diperbesar oleh bagian pengubah diteruskan ke bagian penunjuk yang akan menunjukkan hasil pengukuran lewat garis indeks atau jarum penunjuk yang bergerak relatif terhadap bidang skala atau dengan penunjuk berangka (digital). Skala, yang berupa jajaran garis, dengan orientasi lurus atau lengkung, dibuat dengan
jarak tertentu untuk mempermudah pembacaan. Jarak antar garis skala mempunyai artitertentu yang menunjukkan kecermatan alat ukur atas besaran yang diukur. pada penunjuk digital, kecermatan alat ukur diwakili oleh angka (desimal) terakhir. Sebagai tambahan, atau sebagai ganti penunjuk, suatu pencatat dapat merupakan bagian alat ukur. pencatat diperlukan jika data pengukuran harus direkam secara berkesinambungan. Pada beberapa pengukuran geometrik,
KoNsrnursrAler Urun
oRru Pnrrusrp
KrruR
I
nZ
misal nya kekasaran atau kebulatan, hasil akhir peng u ku ran didapat dari analisis rekaman data (secara manual atau oto-
matik) yaitu analisis grafik yang dihasilkan pencatat. Hampir semua alat ukur, kecuali beberapa jenis alat ukur standar dan alat ukur batas, mempunyai bagian penunjuk yang dapat dikategorikan menjadi 2 macam, yaitu :
atau jarum penunjuk pada skala menyatakan harga sebagai
hasil suatu pengukuran.
Hdarlg baca
4.3.1 PENUNJUK BERSKALA Skala adalah jajaran garis yang beraturan dengan jarak antara garis (pits) yang tertentu dan mempunyai arti
tertentu. Kerapatan atau jarak antar garis dibuat supaya mata dapat melihat garis-garis tersebut secara mudah dan jelas terpisah, baik yang dirancang dengan atau tanpa bantuan sistem optik (lensa pembesar). Jajaran garis ini terletak pada suatu bidang yaitu bidang skala. Biasanya bidang skala berupa bidang rata namun ada pula yang merupakan bidang lengkung sebagai permukaan silinder. Garis-garis ini bisa berjajar lurus (skala lurus) atau melengkung (skala
eri.hdCts bldangsl(ala.da
Udile
&!-dor d(drhr!l,
kqmlEt *{t"t.''['"')
Gambar42OSkola
busur) lihat gambar 4.20. Jarak antara dua garis skala alat ukur geometrik dapat
berarti bagian dari meter atau bagian dari derajat dan merupakan kecermatan alat ukur. Secara visual pembacaan dilakukan dengan mengusahakan mata (sumbu optiknya) terletak pada bidang baca. Bidang baca ini mengandung garis indeks atau jarum penunjuk dan merupakan bidang yang diusahakan tegak lurus atau normal terhadap bidang skala. Bidang baca, pada mana garis indeks atau
jarum penunjuk terletak, bergerak relatif terhadap bidang skala. Pada saat dimulainya pembacaan, posisi garis indeks
118
I I
Pr*or*r*N Trrxrr
Skala merupakan jajaran garis yang tersusun pada bidang skala rata atau bidang skala silinder. pembacaan
dilakukan pada bidang baca yang tegak lurus atau normal terhadap bidang skala. Pada bidang skala jajaran garis tersebut bisa lurus ataupun membentuk busur lingkaran. Jarak fisik (mm) antar garis skala (pits) dirancang dengan memperhatikan aspek keterbacaan, kepekaan, dan kecermatan alat ukur. Selanjutnya, aspek ketepatan dan ketelitian juga perlu diperhatikan dalam proses pengukuran.
KonsrnusrAur Uxun oan Pmnsp
Kru I f fq I
4.3.1.1 . Skala Nonius (Nonius/ Vernler Scale) Pada saat pembacaan skala dilakukan, tidak selalu garis indeks persis segaris dengan garis skala melainkan terletak di antaranya. Dalam situasi seperti ini dapat ditempuh salah satu cara berikut, dengan memisalkan skala me-
miliki nilaiyang membesar ke kanan: '1. Memenggal (truncating); menuliskan harga skala disebelah kirigaris indeks, bila garis indeks belum sampai pada garis skala di sebelah kanan. 2. Membulatkan (rounding),' menuliskan harga skala di sebelah kiri garis indeks (membulatkan ke bawah; rounding-down) bila garis indeks diperkirakan belum sampai pertengahan jarak antara dua garis skala atau menuliskan harga skala di sebelah kanan garis indeks (membulatkan ke atas; rounding-up) jika garis indeks terletak di pertengahan atau melewatinya. 3. Menginterpolasikan (interpolating),' menuliskan harga skala di sebelah kiri garis indeks dan menambahkan fraksi (bagian) yang merupakan perkiraan posisigaris indeks diantara ke dua garis skala. Biasanya jarak garis indeks tersebut diperkirakan dahulu relatif terhadap garis skala di kiri, garis skala di kanan, atau di pertengahan. Cara 1 atau 2, digunakan bila keterulangan (ketepatan) proses pengukuran relatif rendah. Cara 3 dapat dipakai, secara konsisten, bila ketepatan proses pengukuran relatif tinggi, dengan menuliskan harga interpolasi sebagai ang-
120
PeucurunRru Texntx
ka terakhir yang ditaruh dalam tanda kurung misalnya 1e.(B).
Menginterpolasi posisi garis indeks secara kira-kira, sebagaimana cara 3, dapat diperbaiki dengan cara interpolasi yang pasti. Untuk itu, garis indeks dibantu dengan jajaran beberapa garis yang dibuat menyerupai skala dan disebut dengan skala nonius. Garis indeks menjadi salah satu garis pada skala nonius dan diberi tanda dengan angka nol (pada gambar 4.2'l garis indeks menjadi garis nonius permulaan; garis nol nonius). Prinsip pemakaian skala nonius dapat dijelaskan dengan memakai gambar 4.21. Skala alat ukur (skala utama) misalnya memiliki pits (jarak antar garis) sebesar u dan skala nonius yang digambarkan di bawahnya dibuat dengan pits sebesar n (n < u). Selisih antara u dengan n sebesar k (k = u - n) menentukan rancangan pembacaan (penginterpolasian) posisi garis indeks. A
.uuu
r-.----*r..-----_r--------_l
A
A+z
ot Gambar 4.21 Prinsip Skalo Nonius (satu dimensi)
KoNsrRuxsr Ar-er Uxun
oex Pntnsrp KrruR
121
Garis nol nonius (garis indeks) segaris dengan garis A skala
utama.
nu
jarak satu bagian skala utama jarak satu bagian skala nonius
k= u-n Garis nol nonius tergeser sejauh k dari garis A; garis
pertama nonius segaris dengan salah satu garis skala utama. Garis nol nonius tergeser sejauh 2k dari garis A; garis kedua nonius segaris dengan salah satu garis skala utama' Jika garis indeks (garis nol nonius) berada pada posisiyang segaris dengan salah satu garis pada skala utama' pada saat itu hasil pengukuran dibaca sama dengan nilai garis skala utama, misalnya A. Bila garis nol nonius tergeser ke kanan sebesar k, garis pertama nonius akan menjadi segaris dengan garis skala utama berikutnya (A+ 1)' Seandainya garis nol nonius tergeser lebih ke kanan sejauh 2k (dari posisi garis A), garis kedua nonius yang (A+2)' menjadi segaris dengan salah satu garis skala utama Proses pergeseran ini dapat dilakukan terus sampai akhgaris irnya garis nol nonius menjadisegaris kembali dengan skala utama (A+1).
Dengan demikian, pembacaan hasil pengukuran adalah dengan mencari garis nonius yang keberapa yang benar-benar berimpit dengan salah satu garis skala utama.
Jarak k menggambarkan kecermatan pem bacaa n
posisi garis indeks dengan memakai skala nonius. Jadi dengan kata lain, pengaruh pemakaian skala nonius adalah menaikkan kecermatan alat ukur. Semakin kecil k kecermatannya semakin tinggi, artinya penentuan posisi garis nol nonius relatif terhadap suatu garis skala utama menjadi semakin pasti. Akan tetapi, semakin kecil k memerlukan lebih banyak garis pada skala nonius. Sebab jumlah garis nonius (kecuali garis nol nonius) atau jumlah bagian skala nonius adalah sama dengan l/k buah. Dengan demikian k tidak boleh terlalu kecil, untuk: ffd .kt rl:ltr l_-___{
Prn rng 0
L--__!
Prntsp#rno*r
1. 2.
mempermudah pembacaan, yaitu dalam menentukan garis nonius mana yang menjadi segaris dengan skala utama, membatasi panjang skala nonius, supaya kapasitas pengukuran tak menjadi jauh berkurang gara-gara keefektifan panjang skala utama terkurangi oleh panjangnya skala nonius.
Dan ini dapat dilakukan dengan cepat bila terlebih dahulu
Beberapa contoh cara pembacaan dengan memakai
posisi cara ke 3 di atas diterapkan yaitu dengan interpolasi garis indeks (garis nol nonius) secara kira-kira'
skala nonius ditunjukkan pada gambar 4.22. Untuk garis nol nonius yang tidak segaris dengan garis skala utama,
122
I I
P.*ou*u*oxTrxltx
KoxsrRuxsrAur Uxun oar
Pnrusrp
KErun
1 pl I
penunjukan berharga sama dengan harga skala utama sesudah garis nol nonius ditambah dengan harga garis skala nonius yang segaris dengan salah satu garis skala utama. Perhatikan teknik penandaan/penomoran garis-garis skala nonius. Sk
f.mp'{.ri,:
.*
r(6)
O
;;, 2
3
l(6)
O
2
3
Posisi garis indeks (garis nol nonius) pada berbagai jenis skala nonius (satu dimensi). Untuk mempercepat pencarian garis nonius yang berimpit dengan garis skala utama
serta untuk menghindarkan kekeliruan pembacaan, terlebih dahulu perlu dilakukan interpolasigaris indeks secara kira-kira. Kemudian, barulah pandangan diarahkan pada daerah di mana garis nonius yang menjadi segaris dengan garis skala utama bakalditemukan. Tabel 4.1 berikut memperlihatkan beberopa contoh kecermaton skala noniusyong digunakan pada beberapa alot ukur seperti mistor ingsut don busur bilah
o123,t5
Kecermatan
Cdtblr pcmbam
podJ nol :
:
ddrkfu
o
(bdlmph).bogmdoa.llm.. Psh.tke p6ld grt rcl rcilrt ( 0[l. lndclc ) .p.bh riLad( prda d(& ulrE yu|g tBnbaqs k kio.far k HrL uruL ltuot an+d.drd.ahmdalffil d& kH y.nO ara! dh.ld.
Skala nonius Besar n
utama
pada skala nonrus
Jumlah bagian
Paniang/besar
keseluruhan
to.rol
.-
lmm
0,9 mm
10
9mm
.jo to.ost
--
2mmtt
lmm
O,95 mm
1,95 mm
20 20
19 mm 39 mm
fi
--
1mm
lmm
O,98 mm O.98 mm
50 25
49 mm 24,5 mm
lo
t
lo
12
!1o
2o
230 -Tr
l2
1o
b90 -Etr
30
..r.!n
h..poh.f
Besar u pada skala
to.ozt
{ *'r
#,t
'
+
230
29.50
'+
*)
\'\$1r{1u{fltlff//i io ol o\'
t\
l.t Ll(l|l,.a7.2OlJ
Skala nonius yang menunjukkan setengah harga jarak skala utama. +) Digunakan pada alat ukur sudut dengan skala yang dibuat pada busurdengan radius yang besar, misalnya pada proyektorprofil. *+) u sama dengan dua bagian skala utama.
Gambar 4.22 Contoh pembacaan
124
I I
Pr^or*u*N
TEKNTK
Korusrnuxsr
Aur
Uxun oeru Prunsp KeruR
I pS I
Angka yang dicantumkan pada skala nonius menyatakan sepersepuluh harga skala utama (dalam menit kalau skala utama dalam derajat). Bagi skala nonius dengan setengah panjang aslinya, jika garis nol nonius telah melewati setengah bagian skala utama, dilakukan penambahan angka lima pada setiap angka skala nonius latau menambah tiga puluh menit untuk skala utama dalam derajat.
4.3.1.2. Skala Nonius Dua Dimensi Suatu kotak segi empat dengan satu diagonal (miring ke kiri atau kanan) dengan sisi horisontal sepanjang 1
u (atau "l/"lO u; u = pits; kecermatan skala utama) dan sisi tegak dibagi dalam n bagian yang sama, dapat berfungsi sebagai skala nonius dua dimensi (untuk membedakan dengan nonius / vernier scale yang dinamakan sebagai skala nonius satu dimensi), lihat gambar 4.23 skala nonius adalah garisgaris horisontal yang berjajar vertikal. Garis indeks diwakili oleh salah satu sisi tegak. Sisi tegak sebelah kanan menjadi garis indeks bila skala utama harganya membesar ke kanan dan garis diagonal miring ke kanan, dan hal sebaliknya berlaku bila skala utama membesar ke kiri. Pada saat sisi tegak kanan berimpit (segaris) dengan garis skala utama, sisitegak kiri akan berimpit dengan skala utama bila u dibuat sama dengan jarak satu bagian skala utama.
126
I I
Pr"ou*r*nTrxnrx
A.T
fii
A
A.t
t A
F_+/r
I vt;* \t l; #)" ri---l f ,*1-l I
/ t,
AA..IA,
-
IH-:H
v--tl"
poald
bqirplt nor{ur
po.hl
taroEr
pocblb.imDit pocute.g6.r
ltqfsEl
Gambar 4.23 Prinsip skala nonius dua dimensi
Untuk skala nonius kanan, apabila garis indeks (sisi tegak sebelah kanan) tergeser ke kanan, posisinya relatif terhadap garis A dapat diketahui dengan melihat perp$tongan antara garis A dengan diagonal serta membaca angka pada garis nonius horisontal pada titik perpotonEan tersebut. Demikian pula halnya dengan skala nonius kiridi mana skala utama harganya membesar ke kiri (terbalik). Beberapa alat ukuryang peka dilengkapidengan pen-
gubah optik yang berfungsi sebagai pembesar bayangan skala utama. Melaluiokuler pengamat dapat melihat jarak antara dua garis skala utama menjadi lebih jauh terpisah, dengan demikian beberapa skala nonius (biasanya l0 buah) dapat disusun untuk pembacaan jarak setiap sepersepuluh bagian dari skala utama. Gambar4.24 memperlihatkan dua contoh pembacaan dengan susunan l0 skala nonius dua dimensiyang mana n sama dengan 10 dan 100. Untuk n = 100 garis-garis nonius horisontal akan menjadi terlalu rapat bila harus digambarkan pada kotak dengan ketinggian yang sama bagi susunan nonius
KousrRuxsrAur Urun oRn Pnrnsrp
Krrul
I nz I
dengan n = 10. Supaya jarak antara garis-garis nonius horisontal tetap terlihat jelas, jajaran kotak nonius dua dimensi (yang menjadi terlalu tinggi gara-gara harus dibagi dalam 100 bagian) diubah bentuknya menjadi bentuk melingkar sedemikian rupa sehingga menjadi lingkaran-lingkaran konsentrik dan garis-garis diagonalnya saling bersambungan menjadi bentuk spiral. Garis-garis diagonal yang telah diubah bentuknya menjadi bentuk tersambung spiral ini digantikan dengan sepasang spiral yang berdekatan. Dengan demikian, saat pengamat harus mencari titik perpotongan antara garis diagonal dengan garis (bayangan) skala utama digantikan dengan mencari posisidua garis spiralyang mana yang melingkupigaris (bayangan) skala utama yang paling simetrik. Skala nonius dua dimensi spiral seperti ini dibuat dengan teknik fotografi pada keping gelas yang tipis yang dipasang pada sumbu optik okuler sehingga terlihat jelas dengan latar belakang bayangan garis-garis skala utama. Pengamat hanya akan melihat sebagian dari garis-garis spiral tersebut, lihat gambar 4.24 b, dan dengan memutar keping gelas ini pengamat akan mampu mencari posisi pelingkupan yang paling simetrik seperti yang diulas di atas.
SQm A
hb*md *r,r@ (ffi0rlm)
Gambar 4.24 Skola Nonius Dua Dimensi Kiri
4.3.1 .3 Skala
Mikrometer
Skala pada semua jenis mikrometer dibuat pada dua bagian mikrometer, pertama pada silinder tetap (disebut skala tetap) dan kedua pada silinder putar (dinamakan skala putar). Tepi silinder putar berfu ngsi sebaga i garis indeks untuk pembacaan skala tetap (pembacaan kasar). Garis aksial sepanjang skala tetap berfungsi sebagai garis indeks untuk pembacaan skala putar (pembacaan halus). grbhdofs
p{teil 'hib'
skala putar
ffiffi .**
E."ffil
ls.seffi]
\
lerffil
Gambar 4.25. Pembacaan skala mikrometer dengan kecermoton 0.01 mm
128
I !
Pr*or*r*ru
Terrurx
KonsrRursr
Aur
Urun
oRru Pmxsrp
Krrul
129
Biasanya untuk satu kali putaran, tepi silinder putar
akan menggeser sejauh setengah skala tetap (0.5). Oleh karena itu, angka pada skala putar bermula dan berakhir pada angka 0 yang juga berarti angka 50 apabila pembagian skala putar adalah 50 buah. Dengan demikian, satu bagian skala putar setara dengan jarak 0.01 mm. Apabila tepi silinder putar telah melewati setengah bagian skala tetap, angka pada skala putar yang ditunjuk garis indeks (misalnya 48) harus ditambah dengan 50 (menjadi9S). Beberapa mikrometer mempunyai silinder putar dengan diameteryang relatif besar, dengan demikian pembagian skala putar dapat diperhalus. Kecermatan sampai 0.002 mm dapat dicapaidengan membuat pembagian skala putar menjadi250 buah.
Jika silinder putar berdiameter kecil, misalnya untuk jenis mikrometer tiga sensor pengukur lubang berdiameter kecil, pembagian skala putar tidak bisa terlalu cermat (misalnya hanya 10 bagian). Dalam hal ini dapat digunakan bantuan skala nonius (satu dimensi). Garis indeks pembacaan halus (garis aksial pada skala tetap) menjadi garis nol nonius
dan garis-garis lainnya berjajar aksial mengelilingi silinder tetap di dekat tepi silinder putar. Gambar 3.46 memperlihatkan skala nonius untuk menaikkan kecermatan pembacaan skala putar. Dengan contoh seperti ini kecermatan mikrometer dinaikkan dari 0.0'l mm menjadi 0.001 mm.
130
I I
Pr*or*r*u
Trxutx
Jdrrqthr3
l'r'r'r'r'l'l G.{87ilnl
Gambar 4.26. Pembocaan skalo mikrometer dengan skala nonius
4.3.1.4. Skala Dengan Jarum Penunjuk
Alat ukur pembanding (komparator)
umumnya
mem punyai jaru m pen u njuk yang bergerak relatif terhada p skala yang diam. Gerakan jarum penunjuk dapat berdasar-
kan prinsip kerja mekanik ataupun elektrik. prinsip kerja mekanik dipakai pada alat ukur dengan pengubah mekanik, sedang prinsip kerja elektrik digunakan pada alat ukur dengan pengubah elektrik. Suatu kesalahan pembacaan yang dikenal dengan nama parallaks dapat terjadi pada waktu membaca posisi jarum penunjuk relatif terhadap skala. Parallaks akan terjadi bila pengamat tidak mengusahakan (salah satu) matanya kira-kira terletak pada bidang baca. Bidang baca adalah bidang yang mengandung garis jarum penunjuk dan tegak lurus bidang skala, lihat gambar 4.27. Cermin yang dilekatkan pada bidang skala dapat digunakan untuk membantu pengamat supaya dapat memoKoHsrnus
Aur
Uxun oeru PRrNsrp Krrue
I
faf
sisikan matanya (sebelah kanan atau sebelah kiri) sehingga berada pada bidang baca. Bila mata pengamattidak berada pada bidang baca, ia akan melihat bayangan jarum penunjuk pada cermin. Mata digerakkan sedikit ke kanan/kiridan pembacaan posisijarum penunjuk pada skala boleh dilakukan setelah jarum penunjuk menutupi bayangannya.
Kesalahan akibat parallaks dapat dikurangi dengan membuat letak jarum penunjuk sangat dekat dengan bi-
dang skala. Dan kesalahan ini bisa ditiadakan jika jarum penunjuk menempel pada bidang skala.Tentu saja hal yang terakhir ini tak bisa dilakukan kecuali bila jarum penunjuk bukan merupakan jarum yang nyata melainkan hanya sebagai bayangan jarum yang diproyeksikan oleh sistem optik ke bidang skala.
-J
-Y'te4dlpa'allsl'
*(*E .-
-A'-
- isf'H b,tsdPr*xs
4.3.2 PENUNJUK BERANGKA (D|G!TAL) Pada alat ukur dengan penunjuk berangka hasil pen-
gukuran dapat langsung diketahui melalui deretan angka yang ada padanya. Penunjuk berangka ini dapat digolongkan menjadi 2 macam yaitu jenis mekanik dan jenis elektronik. Penunjuk digital mekanik terdiri atas beberapa silinder yang disusun pada satu sumbu putar. Setiap silinder diberi angka pada permukaannya mulai dari 0 sampai dengan 9, lihat gambar 4.28. Mulai dari yang paling kanan diteruskan ke kiri silinder-silinder tersebut disebut silinder pertama, kedua dan seterusnya.
i/ffi+ i 1..'l
podrl mataylng b6nar
- harlamolhallrrum pdd maiay3noaolah
t.
1
2
a
- rnClhdlarumdan
b!y!ngannya
Gambar 4.2 Gambar 4.27 Parollak dan cara menghindarinya
I
Pen unjuk d igital dengan sistem penggerok mekonik
Sinyal gerakan dari bagian Pengubah diteruskan sebertingkat ke silinder 1,2,dst. Satu putaran suatu sil-
L32
I I
Pr*or*r*ouTrxnrr
KorusrRuxsr
Aur
Uxun oeu PRrHsrp KrR:e
I I
fga
inder akan memutar 1/10 putaran silinder di sebelah kirinya. Contoh ini merupakan penunjuk digital dengan sistem angka desimal yang disajikan dengan deretan angka yang terlihat melalui jendela. Melalui sistem roda gigi, pengubah mekanik memberikan isyarat gerakan berupa putaran yang secara bertahap diteruskan memutar silinder pertama, kedua, ketiga, dst. Untuk satu kali putaran penuh silinder pertama akan memutar silinder kedua sebanyak 1/10 putaran. Apabila silinder kedua telah genap berputar satu kali, silinder ketiga akan terputar sebanyak 'll10 putaran. Proses pemutaran silinder dengan cara bertingkat ini dapat berlangsung terus sampai ke silinder terakhir. Dengan demikian, deretan angka yang terlihat melaluijendela merupakan susunan angka dengan sistem desimal. Penunjuk digital elektronik dapat menggunakan LED (Light Emitting Diode) atau LCD (Liquid Crystal Display). Suatu kode angka dapat dibuat dari 7 buah LED atau LCD yang disusun membentuk konfigurasi angka 8, lihat gambar 4.29. Bila suatu saat 7 buah LED ini diaktifkan bersamaan, akan terlihat kode angka 8 yang terang dengan latar belakang gelap ( LCD yang aktif akan menyerap cahaya sehingga bila diterangi akan terlihat kode angka 8 yang gelap dengan latar belakang terang). Jika hanya beberapa LED/LCD yang aktif pada tempat - tempat tertentu, akan terlihat sebagai kode angka lain. Suatu sirkuit elektronik mengaktifkan susunan LED/ LCD ini untuk menunjukkan suatu kode angka. Hal yang sama dilaksanakan untuk susunan LED/LCD lain yang ber-
134
I I
P.*or*u*ruTrxrurr
deret menjadi satu barisan angka. lsyarat pengubah etektrik yang berupa pulsa (digital) dihitung secara biner dengan menggunakan suatu sirkuit elektronik. Setelah diubah oleh pembuat kode desimal isyarat diteruskan ke bagian pengatur pengaktifan LED/LCD untuk menunjukkan hasil pengukuran dengan sistem angka desimal (atau sistem angka lain). LED
(lodcri.lm
Gambar 4.29
/
LCD
blhneon)
Penu
njuk
d ig
ital elektronik
Penunjuk digital elektronik saat ini semakin banyak dimanfaatkan pada berbagai jenis alat ukur karena LED/ LCD dengan rangkaian elektroniknya semakin murah dan mudah diperoleh oleh pabrik pembuat alat ukur. penunjuk digital elektronik lebih menguntungkan karena berbagai halantara lain: 1. Keterbacaan yang tinggi,.tak sesulit membaca skala melalui jarum penunjuk atau garis indeks dengan skala nonius. 2. Pengenolan / Reset; pada setiap saat zero reset dapat dilakukan guna memulai penghitungan si-
Kousrnuxsr
Aur
Uxun oRN Pnlusrp Krn:e
13s
nyal gerakan. Dengan teknik pengenalan seperti ini (bisa juga dilakukan pada penunjuk digital mekanik) dalam beberapa kasus pengukuran sangat membantu/mempercepat prosedur pengukuran maupun penulisan dan analisis data (hal ini tak dimungkinkan bagi penunjuk dengan skala)' Sistem angka/bilangan yang fleksibel; ter-
3.
gantung pada kemampuan rangkaian elektronik' angka yang ditunjukkan tidak selalu harus sistem angka desimaltetapi bisa sistem biner, heksadesimal, derajat dengan format H'MS (Hour'-MinuteSecond) atau format desimal (hal ini merupakan keterbatasan penunjuk digital mekanik)' Perlu dicatat bahwa tak semua penunjuk dapat digantikan dengan penunjuk digital elektronik tanpa harus
mengubah teknik pengolahan sinyal yang berasal dari senterutama sor. Hal ini ditentukan oleh rancangan alat ukur yang bagian pengubahnya. Selain itu, tak semua alat ukur yang dilengkapi dengan penunjuk digital elektronik adalah terbaik sebab selain keterbacaan, berbagai sifat / karakteristik alat ukur dan proses pengukuran seperti kecermatan' kepekaan, ketelitian, dan ketepatan sangat dipengaruhi prosoleh rancangan pengubah alat ukur dan pelaksanaan es pengukuran.
4.4
PENCATAT
atau pencatatan harga-harga yang berpasangan, yaitu pasangan harga berupa posisi sensor relatif terhadap objek ukur dan besar-kecilnya isyarat sensor pada posisi tersebut. Data terse-
but umumnya merupakan sinyal listrik analog yang dapat direkam secara langsung pada kertas grafik,(kertas berskala) dengan memakai alat pencatat. Salah satu dari dua cara kerja yang umum digunakan dapat diterapkan pada alat pencatat elektrik yaitu prinsip galvanometer atau prinsip servo-motor. Suatu rotor dengan kumparan, pada mana input arus listrik DC diberikan, akan berputar pada suatu medan magnit-
tetap adalah merupakan prinsip galvanometer (lihat gambar 4.30.a). Jika pada motor listrik rotor ini akan bebas berputar, pada galvanometer besar kecilnya arus listrik pada kumparan rotor hanya akan mengubah posisisudut rotor karena adanya pegas spiral pengikat rotor. Jika rotor yang diikat oleh salah satu ujung pegas spiral dipuntiri pegas spiral akan melawan puntiran inisesuai dengan posisi sudut rotor. Rotor akan berhenti pada posisi sudut tertentu sesuai dengan besar kecilnya arus listrik pada kumparan rotor karena terjadi keseimbangan momen puntir yang disebabkan oleh medan elektro-magnetik dengan momen puntir akibat pegas spiral. Ujung pegas spiral dikaitkan dengan rumah galvanometer pada pengait yang dapat diatur posisinya. Jika kedudukan pengait ini diubah (digeserkan), rotor akan terubah posisinya. Berarti, posisi nol bagijarum pencatat yang menyatu dengan rotor dapat diatur letaknya secara langsung (pengaturan secara tak langsung dapat dilakukan lewat pengaturan pada bagian pengubah darialat pencatat).
keBeberapa masalah pengukuran geometrik seperti
bulaun dan kekasaran permukaan memerlukan perekaman
136
I I
P.nor*r*N TrxNtr
KoNsrRuxsrAur Urun orru PRrr.rslp KeR.la
I rcf I
Rotor dengan kumparan, pegas spiral serta jarum pencatat ini berukuran kecil guna menaikkan reaki alat (kepasifan diminimumkan). Arus yang lemah sekalipun cukup untuk menggerakkan jarum. Dengan kondisi seperti ini, jika di ujung jarum diberi pena pencatat, gesekan pena pencatat pada kertas grafiktidakakan mampu dilawan oleh galvanometer (alat tak bereaksi). Oleh sebab itu perlu digunakan teknik pencatat yang bebas gesekan misalnya dengan teknik menghanguskan lapisan kertas dengan bunga
apilistrik.
i; ffi. ()
@
v-,
iF-.l
/
-' td
^^^^^^^J
/
I
,,
F-id
\_+"ld B PrL.bSffir
Gambar 4.3O Alat pencatat dengon prinsip Galvonometer don prinsip Servomotor
Kertas grafik perlu dibuat khusus untuk keperluan ini. Bahan dasar berupa kertas hitam yang permukaan aktifnya dilapis dengan serat (biasanya diberi warna kelabu pada mana garis-garis skala dicetak; grafik linear atau polar) yang tak mudah terbakar secara spontan merambat ke mana-mana melainkan secara lokalyaitu hanya pada lokasi
138
I I
P.*or*r*r
Trrnrr
di mana terjadi pembakaran oleh bunga api listrik. Pada lokasi ini serat pelapis akan hilang sehingga warna dasar kertas akan terlihat sebagai titik hitam. Bunga api listrik meloncat berkesinambungan dari ujung jarum galvanometer menuju pelat logam di bawah kertas yang diberi muatan listrik bertegangan tinggi. Melalui lubang-lubang di ke dua pinggirnya kertas digerakkan roda penggerak sehingga di permukaannya akan tergambarkan grafik linear (atau polar bila kertas diputar pada sumbu grafik polar) sebagai hasil proses pengukuran. Alat pencatat dengan prinsip servo-motor bekerja atas dasar penyeimbangan beda voltase listrik. Suatu jembatan whetstone, yang berfu ngsi sebagai alat pembandin g, diberi voltase acuan/referensi pada ke dua ujung yang berseberangan, lihat gambar 4.30.b. Ke dua ujung berseberangan yang lain, yang berupa kontak geser, dihubungkan dengan bagian pengubah alat ukur yang mengeluarkan isyarat voltase yang hendak diukur. Selama ke dua voltase yang diperbandingkan ini belum seimbang, akan ada arus listrik DC yang melalui kontak geser menuju ke penguat arus. Penguat akan menaikkan beda voltase tersebut sehingga timbul arus yang cukup besar untuk menggerakkan motor servo. Karena putaran motor, kontak geser akan tergeser ke salah satu arah (tergantung pada beda tegangan negatif atau positif) sampai terjadi suatu keseimbangan voltase. Dengan demikian, pena yang dipasang pada ujung kontak geser ini akan membuat suatu garis pada kertas berskala yang digerakkan oleh motor khusus. Kontak geser pada sisi yang lain darijembatan
KorusrnursrAur Urun oex
PRrHsrp
Krrue
I I
fgq
whetstone berfungsi sebagai penyetel posisi noldari pena pencatat relatif pada kertas grafik. Kertas grafik untuk pencatat jenis servo motor merupakan kertas grafik biasa (bukan sepertiyang dipakai pada pencatat jenis galvanometer) karena motor servo cukup kuat untuk melawan gesekan akibat goresan pena pada kertas.Jadi, harga kertas grafikakan lebih murah. Meskipun demikian, pencatat jenis galvanometer kadang harus dipilih karena alasan kecepatan reaksinya yang tinggi. Alat pencatat elektrik seperti yang diuraikan di atas memiliki beberapa karakteristik yang menguntungkan antara lain: '1. Polaritas dapat dibalik dengan mudah; memungkinkan pembalikan arah positif pada grafik yang dibuat, 2. Pembesaran (magnification) dapat di atur dengan attenuator; berarti kecermatannya pun dapat di atur dengan mudah, Kecepatan kertas dapat diatur; bentuk grafik dapat disesuaikan dengan memperhatikan kecepatan gerakan sensor relatif terhadap benda ukur, 4. Beberapa servo motor dapat dirancang menggerakkan beberapa pena pencatat sesuai dengan jumlah input yang akan dibuat grafik pengukurannya pada saat bersamaan.
140
PencuxuRRn Trxrurr
SIFAT UMUM ALAT UKUR
lat ukur merupakan alat yang dibuat oleh manusia, oleh karena itu ketidaksempurnaan merupakan ciri utamanya. Meskipun alat ukur direncanakan dan dibuat dengan cara yang paling saksama, ketidak sempurnaan sama sekali tidak bisa dihilangkan. Justru datam kendala ketidaksempurnaan ini atat ukur sering dianggap sebagai cukup baik untuk digunakan dalam suatu proses pengukuran asalkan pengguna memahami keterbatasan_ nya. Untuk menyatakan sifat-sifat atau karakteristik alat ukur digunakan beberapa istilah teknik yang sewajarnya diketahui supaya jangan menimbulkan keraguan dan kes_ ala htafsira n da la m meng komu nikasikan hasil penguku ran. Dengan memahami istilah yang dikaitkan dengan ketidaksempurnaan alat ukur geometrik ini diharapkan akan menyadarkan kita untuk lebih memperhatikan isti_ lah-istilah lain yang digunakan untuk menyatakan ketidaksempurnaan sistem optik, sistem mekanik, sistem elek-
A
tronik sistem pengolahan data, proses pembuatan dan sebagainya.
5.1 Rantai kalibrasi & Keterlacakan Kalibrasi (Peneraan) pada dasarnya serupa dengan pengukuran yaitu membandingkan suatu besaran dengan besaran standar. Dalam kalibrasi yang diukur adalah objek ukur yang diketahui yang menjadi acuan kalibrasi. Harga sebenarnya adalah harga yang dianggap benar dalam kaitannya dengan yang diperlukan oleh alat ukur yang dikalibrasi.
Tingkat kebenaran mengandung makna praktis. Untuk menjamin hubungannya dengan satuan standar panjang internasional, alat ukur besaran panjang yang digunakan oleh operator mesin perkakas (alat ukur kerja) dapat diperiksa melalui suatu prosedur kalibrasi. Jika suatu prosedur kalibrasi ini dianggap sebagai suatu mata rantai, rantai kalibrasiakan mencakup rangkaian mata rantai sbb: Tingkat
'l
Kalibrasi alat ukur kerja dengan memakai acuan
alat ukur standar kerja. Tingkat
2
Tingkat
3
Kalibrasi alat ukur standar kerja dengan memakaiacuan alat ukur standar. Kalibrasi alat ukur standar dengan acuan alat ukur standar dengan tingkatan yang lebih tinggi (standar nasional atau yang telah ditera secara nasional).
Tingkat
4.
Kalibrasi standar nasional dengan acuan standar
meter (internasional).
142
I I
P*ou**rTrxxrx
Mata rantai tingkat 1 dan mungkin juga tingkat 2 dapat dilakukan sendiri oleh industri mesin yang bersangkutan, sedangkan tingkat 3 dan mungkin juga tingkat 4 dapat dilaksanakan oleh beberapa Laboratorium Metrologi Industri yang diberi wewenang. Kewenangan ini diwujudkan pemerintah melalui sistem akreditasi kalibrasi yang nnenjadl salah satu kegiatan jaringan kalibrasi nasional. Dengan menjalankan sistem kalibrasi berantai, setiap alat ukur akan memiliki keterlacakan (keterusutan, ketelusuran; traceability) yaitu sampai sejauh mana mata rantai kalibrasi dirangkai. Jika secara meyakinkan seseorang (badan) dapat menyatakan bahwa keterlacakan suatu alat ukur (misalnya alat ukur kerja)adalah sampai pada rantai ke 2 berarti alat ukur tersebut pernah dikalibrasi dengan memakai acuan standar kerja yang mana acuan standar kerja ini pernah dikalibrasi dengan alat ukur standar. Selanjutnya, akan menjadi tugas dan kewajiban badan yang melaksanakan kalibrasi tingkat 2 untuk menjamin bahwa alat ukur standar yang dipakainya memiliki keterlacakan sampai tingkat nasional atau internasional. Tingkatan atau mata rantai kalibrasi I s.d.4 ini mengga mbarka n sistemati ka penyam bun gan ra ntai. Tergantu ng pada kondisi fisik alat ukur yang akan dikalibrasiyang harus disesuaikan dengan kondisi fi sik alat ukur acuan, mata rantai ini dapat menjadi lebih banyak atau sebaliknya lebih sedikit. Mungkin pula menimbulkan untaian yang paralel, yang mencabang mulai dari salah satu mata rantai, kesemuanya menggambarkan rangkaian kalibrasi mulai dari alat ukur kerja sampai dengan alat ukur standar internasional.
Srrer Umum
Aur Urun
I
fae
Secara teoretik rantai kalibrasi kelihatannya mudah
dilaksanakan. Dalam kenyataannya hal initidak mudah untuk dipraktekkan. Banyak industri nasional yang masih be-
lum memahami bahwa mengukur adalah sama pentingnya dengan membuat Produk. Setiap alat ukur yang dibeli di pasaran, yang tak me(ketmiliki maupun yang memiliki sertifikat keterlacakan erlacakan nasional dari negara di mana pabrik pembuat berada), perlu dikalibrasi ulang setelah sekian lama dipakai. Jangka waktu pengkalibrasian ulang sangatlah beragam tergantung pada jenis alat ukur dan intensitas pemakaian'
Meskipuntidakadasangsimenuruthukum(kecualialat ukur yang dipakai dalam perdagangan yang diatur dalam undang-undang kalibrasi metrologi legal) kalibrasi ulang diperlukan karena kemungkinan adanya perubahan kondisialat ukur (misalnya keausan atau kemerosotan fungsi komponen yang merupakan bagian sensor, pengubah'
atau penunjuk). Secara terperinci prosedur kalibrasi untuk setiap jenis alat ukur geometrik dibahas pada buku pedoman kalibrasi yang dikeluarkan sebagai standar nasional' yang Dalam prosedur tersebut dicantumkan kesalahan masih diperbolehkan bila ada perbedaan antara harga yang ditunjukkan alat ukur dengan harga acuan'
5.2 Kecermatan
(Reso
I
Pr*ou*r*uTexrutr
prinsip kerja gabungan dengan isyarat akhir berupa besaran listrik) dengan bagian penunjuk/pencatat elektrik sering dilengkapi dengan attenuator pemilih harga pembesaran (mognification). Pembesaran yang dipilih akan mengubah artijarak antar garis-garis skala (skala pada kertas grafik) sehingga dapat mengubah kecermatan. Alat ukur dipilih sesuai dengan kecermatannya yang
dikaitkan dengan besar-kecilnya daerah toleransi objek ukur. Prosedur pengukuran perlu diikuti dengan saksama supaya kecermatan alat ukur bermanfaat dan mempunyai makna pada hasilakhiryang dalam hal inisering dinyatakan dengan istila h ketepata n (keterula ng an, p re c i s i o n, re p eo ta b i I i ty) da n ketel itian (keakuratan; a cc u r o cy).
lutionl
Kecermatan alat ukur ditentukan oleh kecermatan skala dengan cara pembacaannya' Bagi skala yang dibaca melalui garis indeks atau jarum penunjuk ke-
\M I
cermatan alat ukur sama dengan kecermatan skala yaitu artijarak antar garis skala. Bila dibaca dengan pertolongan skala nonius (satu atau dua dimensi), kecermatan alat ukur sama dengan kecermatan interpolasinonius. Jika digunakan penunjuk digital kecermatan alat ukur diwakili oleh angka paling kanan. Kecermatan dirancang sesuai dengan rancangan bagian pengubah dan penunjuk alat ukur dengan memperhatikan kepekaan, keterbacaan, dan kapasitas ukur. Kecermatan alat ukur biasanya bersifat tetap tetapi ada pula alat ukur (terutama jenis komparator) yang kecermatannya dapat diatur. Alat ukur dengan pengubah elektrik (atau
5.3 Kepekaan (Sen sitivityl Kepekaan alat ukur ditentukan terutama oleh bagian pengubah, sesuai dengan prinsip kerja yang
Srrnr Umuu
Aur Uxun
I I
US
diterapkan padanya. Dalam hal ini, kepekaan alat ukur adalah kemampuan alat ukur untuk menerima, mengubah dan meneruskan isyarat sensor (dari sensor menuju ke bagian penunjuk, pencatat, atau pengolah data pengukuran). Tidak semua alat ukur memiliki kepekaan, misalnya penggaris atau mistar, sebab alat tersebut tak memiliki bagian pengubah. Kepekaan bisa berkaitan dengan kecermatan dan keterbacaan skala alat ukur. Biasanya alat ukur dengan kecermatan rendah juga mempunyai kepekaan yang rendah, dan sebaliknya. Tetapi tak selalu demikian, karena skala dapat dibuat dengan pits yang berbeda-beda dapat saja dua alat ukur yang sejenis, A dan B, memiliki kecerma-
tan yang sama tetapi kepekaannya berbeda. Untuk suatu perubahan kecil bagi besaran yang diukur, jika alat ukur A lebih jelas menunjukkan suatu perbedaan jarak gerakan jarum penunjuk daripada yang ditunjukkan oleh alat ukur B, dikatakan alat ukur A lebih peka (sensitif) daripada alat ukur B, perhatikan gambar 5.1. satoldr ,ibrasi ;E
Fr"*,"
rl!l-
E",' E
dgth
kets
rlal rkrr A
,1n,1 ; aya /Ax
K€p€ra.n slsl
r*u (
dssh lqra ltrt uaqr B
Gambar 5.1 Contoh grafikkepekaan
PencurunRru TrrNtx I
t/d I
K€Dokm alal
dilMii dm
*"T"o,H,I?o
146
S
: ayg
/Ax
x
)q)
ksmtl8flrya
:
dY
/ dx ; I satuan y / satuan x ]
Kelinearan grafik merupakan syarat penting supaya pits skala dapat dibuat beraturan sehingEa kecermatan di mana saja dalam daerah tertentu akan sama harganya.
kapasitas ukur.
.] Eo,o -?-l:-i--., :
il :l ;-l il
Kepekaan
Daerah ini merupakan daerah kerja alat ukur sehingga dapat dinamakan sebagai daerah ukur yang menentukan
Dtult k
Dengan melakukan kalibrasi, berdasarkan grafik antara keluaran (jarak pergeseran jarum penunjuk; y mm) sebagaifungsi linear masukan (besaran panjang acuan yang diketahui besarnya; x, mm) dapat ditentukan kepekaan alat ukur. Garis linear dengan harga kemiringan (slope) yang besar mencirikan kepekaan yang tinggi. Kapasitas alat ukur ditentukan oleh besar kecilnya daerah linear. Tergantung pada pits skala (jarak fisik garis-garis skala) dan harga kepekaan, kecermatan alat ukur terdefinisikan. Secara matematik kepekaan didefinisikan sebagai kemiringan (slope) grafik antara keluaran (y output) sebagai fungsi linear masukan (x; inputl, yaitu:
hdgE Yang diukur )
Sesuai dengan isyarat akhir dengan besaran tertentu,
misalnya voltase listrik, bagian penunjuk alat ukur besaran panjang bisa merupakan suatu alat ukur lain yakniVoltmeter. Melalui kalibrasi dapat dibuat grafik yang menggambarkan besaran keluaran (misalnya mV) sebagaifungsi besaran
masukan (mm).Jadi, dalam hal ini kepekaannya akan memiliki satuan [mV / mm]. Bila skala voltmeter ini tak diganti, pengamat harus mengubah harga setiap penunjukan [mV]
Srrnr Unauu
Aur Urun
I
UZ
dengan memakai harga kepekaan tersebut menjadi besaran panjang Imm ].
5.4 Keterbacaan
(Red
dobilityl
Karena pengamat akan dapat lebih mudah dan cepat membaca hasil pengukuran maka, secara umum, keterbacaan
penunjuk digital dikatakan lebih tinggi daripada keterbacaan skala dengan jarum penunjuk, garis indek, atau garis indek dengan skala nonius.lstilah keterbacaan dalam metrologi secara khusus lebih dikaitkan pada bagian penunjuk dengan skala.
Bagi alat ukur pada bagian penunjuk dengan skala, keterbacaannya dirancang dengan memperhatikan pits, kepekaan, dan kecermatan. Pits atau jarak fisik antara garis-garis skala yang dibuat tak terlalu jauh dan tak terlalu dekat (1 s/d
2mm) akan memudahkan pengamatan. Dengan membuat garis-garis skala yang tipis sefta jarum penunjuk yang tipis dapat menaikkan keterbacaan dalam arti menghindarkan terjadinya keraguan pembacaan. Sebagaimana yang telah diulas pada skala nonius, in-
terpolasi pembacaan posisi garis indek dengan memakai skala nonius juga dibuat dengan memperhatikan aspek keterbacaan. Semakin cermat penginterpolasian nonius, selain memerlukan jumlah garis noniusyang banya(akan menyulitkan pemilihan garis skala nonius yang mana yang betul-betul berimpitdengan skala utama, jadi keterbacaannya akan menurun. Perlu dicatat, kesalahan pembacaan gara-gara pengamat tak paham memakai skala nonius bukan berarti rendahnya keterbacaan skala nonius melainkan kebodohan pengamat.
148
I I
Pr*or*r*u
Texxrx
5.5 Histerisis
(Histerysisl
Histerisis adalah perbedaan atau penyimpangan yang timbul sewaktu dilakukan pengukuran secara berkesinambungan daridua arah yang berlawanan (mulaidari skala nol hingga skala maksimum kemudian diulangi dari skala maksimum sampai skala nol). Histerisis muncul karena adanya gesekan pada bagian pengubah alat ukur. Suatu jam-ukur dapat digunakan untuk mengukur ketinggian yang berubah secara berkesinambungan naik dan diulangi dengan secara berkesinambungan turun, sebagaimana yang diperlihatkan pada gambar 5.2. Dudukan jam-ukur digeserkan di atas meja-rata sehingga sensor jamukur menggeser di atas permukaan batang-miring (batangsinus).
Apabila kesalahan pembacaan jam-ukur digambarkan sebagai fungsi ketinggian yaitu antara harga kesalahan sebagai sumbu tegak sedang sumbu datar adalah harga se-
benarnya, dapat diperoleh bentuk kurva kesalahan seperti gambar 5.2. Meskipun kesalahan adalah hal yang wajar ter-
jadi, kesalahan ini seharusnya sama dalam arti kurva pembacaan naik berimpit dengan kurva pembacaan turun. Pada contoh jam ukur ini, histerisis disebabkan oleh perbedaan gaya yang dialami poros ukur. Sewaktu poros bergerak ke atas akan melawan gaya gesek serta gaya pegas penekan, sewaktu bergerak turun poros menerima gaya pegas penekan dan melawan gesekan. Kurva kesalahan saat "pembacaan naik"tak berimpit dengan kurva "pembacaan turun". Dalam contoh ini gesekan poros-ukur pada dinding bantalan-luncur adalah
Srrnr Umuu
Aur
Urun
149
penyebabnya. Karena gesekan mekanik ini berkaitan dengan kekasaran dua permukaan (poros dan bantalan) yang dipertemukan dan berciri khas untuk setiap posisi poros ukur maka histerisis umumnya memiliki keterulangan yang berkaitan dengan posisi poros-ukur.
I
to.rvrpembacarn:
5.6 Kepasifan/ Kelambatan
Reaksi
Sepintas istilah kepasifan initerasa memiliki konotasi kebalikan dari kepekaan, tapi tidaklah demikian. Jika kepekaan dikaitkan dengan kemampuan menerima, mengolah,
dan meneruskan isyarat sensor, kepasifan dikaitkan dengan waktu yang digunakan perjalanan isyarat mulai dari sensor sampai pada penunjuk. Suatu alat ukur dapat memiliki kepekaan tinggi dengan kepasifan yang tinggi atau sebaliknya, sebab antara kepekaan dan kepasifan tak ada keterkaitan.
A-tffi r -harye$benmF(trm) mel.-rltr
y -kedahm(pm)
Gambar 5.2 Histerisis yang dapat teriadi poda iam-ukur
Supaya histerisis tidak terjadi, gesekan pada poros dengan bantalannya harus dihilangkan atau setidak-tidaknya diperkecil. Pengaruh histerisis dapat dikurangi apabila pengukuran dilakukan sedemikian rupa sehingga hanya sebagian kecil skala alat ukur tersebut saja yang digunakan (perubahan posisijarum penunjuk diusahakan hanya melewati beberapa garis skala). Oleh sebab itu, pengukuran dengan cara tak langsung sebaiknya dilakukan dengan memilih/mengatur tinggi alat ukur standar (susunan blok ukur) sehingga sama dengan tinggi objek ukur. Bila ada selisih ketinggian, harga yang ditunjukkan komparator akan relatif kecil(hanya dalam beberapa mikrometer).
L50
PrncuruReH Terrurx
Kepasifan yang rendah sangat menguntungkan sebab alat ukur cepat reaksinya. Alat ukur, terutama bagian
pengubahnya, dirancang dengan memperhatikan hal ini. Suatu kondisi terburuk harus dihindari yaitu kepekaan yang rendah dikombinasikan dengan kepasifan yang tinggi. Dalam hal ini isyarat akibat suatu perubahan kecil yang dideteksi sensor tidak sampai ke bagian penunjuk. Beberapa contoh kepasifan antara lain: 1. Kepasifan pada alat ukur jenis mekanik yang disebabkan oleh pengaruh kelembaman, misalnya besarnya masa komponen dan pegas yang tidak elastik sempurna. 2. Kepasifan dapat terjadi pada alat ukur jenis pneumatik deng an sistem tekanan balik yaitu bila pipa elastik yang meng hubungkan sensor dengan ruang perantara terlalu panjang. Karena volume udara (yang diukurtekanannya) terlalu besar, maka pengaruh kompresibilitas udara menjadi terasa, akibatnya barometer akan terlambat bereaksi.
Srrer Umuu Arer
Uxua
I
fSr
3.
Kepasifan dapat dialami alat ukur jenis elektrik (resolver & inductosyn) atau optoelektrik jika kecepatan komponen yang diukur jarak gerakannya
gan periode tertentu. Dengan mengulang proses pengukuran bagi objek ukur acuan (standar atau yang dipilih).
melebihi kecepatan maksimum sesuai dengan kemampuan/kecepatan penghitung elektro-
5.8 Kestabilan Nol (Zero Stabilityl
niknya. Dalam hal ini isyarat yang dikeluarkan sensor tak sampai pada bagian penunjuk digital.
5.7 Pergeseran (Shifting, Driftl Pergeseran terjadi bila jarum penunjuk atau pena
pencatat bergeser dari posisi yang semestinya. Proses pergeseran biasanya berjalan lambat dan pengamat tak menyadari gara-gara jarum penunjuk atau pena pencatat berfungsi secara dinamik mengikuti perubahan isyarat sensor. Pergeseran bisa diamati dengan jelas bila selama isyarat sensor tak diubah (sensor diusahakan pada posisi tetap; nol atau harga tertentu) secara perlahan dan pasti posisi jarum penunjuk atau pena pencatat bergeser ke satu arah. Jadi, pergeseran merupakan suatu penyimpangan yang membesar dengan berjalannya waktu. Keadaan ini sering dialami oleh alat ukur dengan pengubah atau pencatat elektrik. Karena perubahan temperatur (di dalam alat ukur tersebut) dapat mempengaruhi sifat-sifat komponen elektroniknya yang kualitasnya rendah atau yang mengalami proses degenerasi alias penuaan.
Untuk memastikan bahwa data pengukuran yang diperoleh selama jangka waktu tertentu tidak terjadi pergeseran, sebaiknya dilakukan pengecekan ulang den-
152
PrrucuxuRen Terxrx
Jikalau pergeseran merupakan perubahan yang menyebabkan penyimpangan yang membesar dengan berjalannya waktu, kestabilan nol juga menjadi penyebab penyimpangan tetapi dengan harga yang tetap atau berubah-ubah secara rambang tak stabil. Serupa dengan pergeseran, kestabilan nol dapat di-
periksa secara periodik dengan melakukan pengukuran ulang dengan menggunakan objek ukur acuan sehingga alat ukur menunjukkan harga acuan. Jika harga ini berubahubah secara acak pada setiap kali pengecekan berarti kestabilan nol alat ukur tidak baik. Bagi sistem pengukuran geometrik penyebab ketidakstabilan nol umumnya karena ketidakkakuan sistem pemegang alat ukur atau benda ukur, kelonggaran sistem pengencang, atau keausan sistem pemosisi (alat bantu cekam posisi).
5.9 Pengambangan/ Ketakpastian (Floatingl Pengambangan terjadi apabila jarum penunjuk selalu berubah posisinya (bergetaO atau angka terakhir/paling kanan penunjuk digital berubah-ubah. Hal ini disebabkan oleh adanya gangguan yang menyebabkan perubahan-perubahan yang kecil yang'Uirasakan sensor"yang kemudian diperbesar oleh bagian pengubah alat ukur. Semakin cer-
Srrer Uuuna Amr Uxun
153
mat dan peka alat ukur, kemungkinan terjadinya pengambangan sewaktu proses pengukuran berlangsung adalah besar. Oleh sebab itu, alat ukur yang cermat dan peka harus dipakai dengan cara yang saksama, getaran pada sistem pengukuran tidak boleh terjadi.
KESALAHAN/ PENYIMPANGAN PROSES PENGUKURAN
engukuran merupakan proses yang mencakup tiga hal/bagian yaitu benda ukur, alat ukur, dan pengukur/pengamat. Karena ketidaksempurnaan masingmasing bagian iniditambah dengan pengaruh lingkungan maka bisa dikatakan bahwa tidak ada satupun pengukuran yang memberikan ketelitian yang absolut. Ketelitian bersi_ fat relatif yaitu kesamaan atau perbedaan antara harga ha_ sil pengukuran dengan harga yang dianggap benar, karena yang absolut benar tak diketahui. Setiap pengukuran, den_ gan kecermatan yang memadai, mempunyai ketidaktelitian yaitu adanya kesalahan yang bisa berbeda-beda, tergan_ tung pada kondisialat ukur, benda ukur, metoda penguku_ ran, dan kecakapan si pengukur. Apabila suatu pengukuran, dengan kecermatan yang memadai, diulang untuk ke dua, ke tiga dan seterusnya un_ tuk n kali pengukuran yang identik, hasilnya tidak selalu sama, mereka kurang lebih akan tersebar/terpencar di seki_ tar harga rata-ratanya. Jika ada m kelompok pengukuran yang masing-masing terdiriatas n kali pengukuran tunggal,
154
PerucuxunRru
Trxntx
harga rata-rata setiap grup pengukuran juga akan tersebar di sekitar harga rata-rata totalnya. Sebaran harga rata-rata
ini lebih mengumpul bila dibandingkan dengan sebaran hasil pengukuran tunggal. Hal ini merupakan sifat umum proses pengukuran yang berhubungan dengan ketepatan
atau keterulangan yaitu kemampuan untuk mengulangi halyang sama. Dari uraian singkat di atas, dapat didefinisikan dua istilah penting yang berkaitan dengan proses pengukuran, yaitu ketelitian dan ketepatan.
Ketelitian (Accuracyl Hasil pengusahaan proses pengukuran supaya mencapai sasaran pengukuran yaitu penunjukan"harga sebena-
2.
Penyimpangan sistematik (systematic deviation) jika penyimpangan melebihi kecermatan sasaran. Tera teliti tak bisa diberikan bagi alat ukur yang bersangkutan.
Jika alat ukur dengan tera teliti dipakai dengan benar, hasil pengukuran dapat dikatakan sebagai hargasebenarnya objek-ukur sesuai dengan kecermatan alat ukur. Selanjutnya, bila harga sebenarnya objek ukur tersebut berada dalam daerah toleransi kesalahan seperti yang dinyatakan dalam gambar teknik (sasaran ditetapkan), berarti objek ukur termasuk dalam kategori baik kualitasnya (kualitas geometrik, kualitas material, kualitas proses, dsb. sesuai dengan jenis besaran yang diukur dan tujuan pengukuran).
rnya" objek ukur.
Jika objek ukur merupakan harga acuan yang dianggap benar, sepertiyang dipakaidalam proses kalibrasi, per-
bedaan antara harga yang ditunjukkan alat ukur dengan harga yang dianggap benar dinamakan sebagai penyimpangan. Untuk mendefinisikan penyimpangan diperlukan toleransi penyimpangan (kesalahan) yaitu besar kecilnya
penyimpangan yang masih diperbolehkan sesuai dengan spesifikasi yang dinyatakan dalam standar pengkalibrasian. Dua kategori penyimPangan adalah: 1. Penyimpangan rambang (acak; random deviation) jika penyimpangan tidak melebihi kecermatan sasaran (besarnya toleransi kesalahan)' Predikat atau tanda (tera) teliti bisa diberikan bagi alat ukur yang bersangkutan.
156
PrNcuruRnru Texntr
Ketepatan/ Keterulanga n (Precision, Repeatability) Kewajaran proses pengukuran untuk menunjukkan hasil yang sama jika pengukuran diulang secara identik.
Dengan kecermatan alat ukur yang memadai, hasil pengukuran yang diulang secara identik akan menghasilkan harga-harga yang menyebar di sekitar harga rata-ratanya. Semakin dekat harga-harga tersebut dengan harga rata-ratanya, proses pengukuran memiliki ketepatan yang tinggi. Secara matematik tinggi rendahnya ketepatan dapat didefinisikan dengan memanfaatkan parameter deviasi standar untuk menghitung selang kepercayaan dengan
KrsamHnru/PTNyTMpANGAN
Pnosrs PrruGuxunRr.r
157
dua batas. Karena harga rata-rata merupakan titik tengah maka jarak antara harga rata-rata ke salah satu batas dapat dinamakan sebagai penyimpangan rambang. Bagi istilah ketelitian diperlukan target/sasaran pengukuran, sementara itu bagi istilah ketepatan tidak harus dikaitkan dengan target. Dengan demikian, istilah benar atau salah dalam hal ketepatan sebetulnya tidak bisa didefinisikan. Ketepatan lebih menekankan pada kewajaran (dalam bertindak sesuai dengan wataknya; sulit diperbaiki) sementara ketelitian menekankan pada kesungguhan (dalam
3.
Proses pengukuran yang tepat tetapi tak teliti; jika
4.
keterulangannya tinggi tetapi harga rata-ratanya terletak jauh dari titik tengah daerah sasaran sedemikian rupa sehingga kebanyakan hasil pengukuran terletak di luar daerah sasaran. Proses pengukuran yang tepat dan teliti; jika keterulangannya tinggi dan bersamaan dengan itu harga rata-ratanya terletak pada atau di dekat titik tengah daerah sasaran. Seluruh atau hampir semua harga pengukuran terletak di dalam daerah
mengarahkan; cukup dengan memberitahu letak sasaran). Jika istilah ketepatan dikaitkan pada target, mau tak mau istilah ketelitian akan muncul mengikutinya. Bila da-
sasaran. Tak TEPAT : keterulangan rendah
TakTELlTl : kesalahan sistematik
erah toleransi dinyatakan sebagai daerah sasaran dan har-
ga nominal objek ukur adalah titik tengah daerah sasaran, ada empat kemungkinan yang bisa terjadi mengenai hasil
pengukuran yaitu (lihat gambar 6.1):
1.
Proses peng ukuran yang tak tepat dan tak teliti; jika keterulangannya rendah (sebarannya lebih be-
sardaripada luas daerah sasaran) dan harga rataratanya ltitik tengah usaha pengulang anl terletak jauh dan titik tengah daerah sasaran. Seluruh atau kebanyakan hasil pengukuran terletak di luar daerah sasaran.
2.
Proses pengukuran yang tak tepat tetapi teliti; jika
keterulangannya rendah dengan harga rata-ratanya terletak pada atau di dekat titik tengah daerah sasaran. Meskipun demikian, cukup banyak hasil pengukuran yang terletak di luar daerah sasaran.
158
PrncuruRnN Trrrurr
Pl@
1 t8k ropd & hk blitl ( sullt dipdbalkl ) ksbgod
Pr@ kltegdlz Ek bpat, hpi telld ( $lit dlpo.balki !
ffiffi Pres. kdegod 3
teliti dp(b6lH )
tepar , bpi
(
blsr
hk
P@s kegdi t6pat &
( tak
,{
btiti
p6du diporbaikl
)
Gambar 6.1 Empat kategori proses pengukuran (ilustrasi)
Empat kategori proses pengukuran yang.dijelaskan melalui imajinasi target dan hasil tembakan. Besar daerah toleransi objek ukur diimajinasikan sebagai lingkaran sasaran paling tengah dengan diameter tertentu. Hasil tembakan menyebar sesuai dengan kemampuan penembak (proses). Semakin kecil diameter lingkaran sebaran ha-
Krsnmnnu/PTNylMpANGAN
Pnosrs PrucuruRRr,r
159
titik tengah lingkaran sebaran hasil tembakan terhadap titik sil tembakan, ketepatan proses semakin tinggi. Jarak
.
dengan:
r'
tengah sasaran menggambarkan ketelitian, semakin kecil berarti semakin teliti. Pada contoh ini proses kategori4 adalah yang terbaik. Besar kecilnya sasaran (kecermatan
,/
target) merupakan kunci permasalahan. lmajinasikan empat proses ini seandainya lingkaran sasaran diperbesar. Tanpa usaha perbaikan, ada kemungkinan proses kategori 1,2, dan 3 berubah menjadi proses kategori 4. Gambar ini
dibuat dengan memperhatikan rasio yang wajar (proportional) antara ukuran sasaran (kecermatan target = daerah toleransi) dengan ukuran lubang bekas tembakan (kecermatan alat ukur).
Karena menyangkut istilah ketelitian, maka dapat didefinisikan: 1. Kesalahan sisternatik (systematicerrorl, dialami oleh proses pengukuran kategori 1 dan 3 (takteliti). . Harga kesalahan sistematik dinyatakan dengan selisih antara harga rata-rata dengan harga titik tengah sasaran. , Kesalahan sistematik umumnya bisa diperbaiki dengan mencaridan membetulkan sumber penyebab kesalahan. Jadi, proses kategori 3 bisa diperbaiki menjadi kategori 4. . Pembetulan kesalahan sistematik pada proses kategori 1 umumnya tak bermanfaat, sebab paling
2.
1.60
tidak hanya akan mencapai proses kategori 2. Kesalahan rambang (acak; random error), dialamioleh semua proses pengukuran (kategori 1 s.d.4).
PrrucurunRN
TrrNrr
Harga kesalahan rambang dapat dinyatakan
.
selisih antara harga rata-rata dengan titik tengah sasaran sepertiyang terjadi pada proses kategori 4,atau
selisih antara harga rata-rata dengan batas se-
lang kepercayaan yang dihitung dalam analisis statistika. Kesalahan rambang umumnya sulit diperbaiki karena sumber penyebabnya sulit dicari.
Untuk proses pengukuran berbagai sumber yang bisa menjadifaktor penyebab proses pengukuran menjadi tidak teliti dan tidak tepat adalah:
1. Alat ukur, 2. Benda ukur, 3. Posisipengukuran, 4. Lingkungan, dan 5. Operator (pengukur;
pengamat).
6.1 PENYIMPANGAN YANG BERASAL DARI ALAT UKUR Alat ukur yang digunakan harus mendapat tera teliti. Dengan demikian, proses pengukuran akan bebas dari penyimpangan yang merugikan yang biasanya berasal (bersumber) dari alat ukur. Apabila alat ukur sering dipakai dan belum dikalibrasi ulang ada kemungkinan timbul sifat - sifat yang merugikan seperti histerisis, kepasifan, pergeseran dan kestabilan nol yang jelek.
Krsnuunu/PTNylMpANGAN Pnosrs PrrucuxuRnu
I rct I
Kesalahan/ penyimpangan sistematik dalam proses pengukuran dapat bersumber dari alat ukur. Keausan bidang kontak sensor mekanik merupakan contoh sederhana yang dapat diketahui dengan mudah dengan memeriksa posisi-nol. Misal nya, jika sensor-gerak mikrometer, berkapasitas 0-25 mm, ditempelkan pada sensor-tetap (rahangukur dikatupkan), saat itu garis indeks untuk pembacaan "kasar dan halus" pada skala mikrometer harus menunjukkan nol. Jika tidak menunjuk nol berarti ada penyimpangan yang menjadi sumber kesalahan sistematik. Kesalahan jenis ini dapat diperbaiki dengan cara menyetel garis indeks "pembacaan halus'i Mikrometer berkapasitas 25-50 mm ke atas, dan berbagaijenis alat ukur lainnya umumnya diper-
lengkapi dengan kaliber penyetel "posisi-nol"(harga acuan,
tidak selalu angka nol). Berbagaijenis komparator, yang merupakan alat ukur dengan kepekaan dan kecermatan tinggi, memerlukan kesaksamaan dalam pemeriksaan nol-nya. Pada alat ukur jenis ini sifat histerisis, kepasifan, pergeseran nol bisa menjadi sumber penyebab kesalahan sistematik dan mungkin pula kesalahan rambang. Sifat-sifat yang merugikan ini harus diperhatikan, dicegah, dan diperbaiki bilamana muncul. Kesalahan ram bang meru paka n hal yang waja r dalam proses pengukuran dengan memakai komparator. Kontribusialat ukur sehingga muncul kesalahan rambang dalam proses pengukuran umumnya relatif kecil, asalkan alat ukur digunakan dan dipelihara dengan baik.
162
PrNcurunRu Trrrurr
6.2 PENYIMPANGAN YANG BERASAL DARI BENDA UKUR Setiap benda elastik akan mengalami deformasi (perubahan bentuk) apabila ada beban yang beraksi padanya. Beban ini dapat disebabkan oleh tekanan sensor-kontak alat ukur, berat benda ukur sendiri (yang diletakkan di antara tumpuan), dan tekanan penjepit penahan benda ukur.
Meskipun harga deformasi ini dianggap kecit dan sering diabaikan dalam hal perhitungan kekuatan, dalam hal pengukuran geometrik yang cermat membuat deformasi ini menjadi bermakna untuk diperhitungkan dan dapat menjadi sumber kesalahan sistematik. Supaya perubahan dimensi dapat dirasakan, sensor kontak perlu memberikan tekanan pada permukaan objek ukur.Tekanan kontak in i d irancan g dan di usahakan seringan mungkin dan tak berubah-ubah. Pengguna alat ukur perlu memperhatikan hal ini dan kesalahan dalam pemakaian harus dihindari untuk menjaga tekanan kontak tersebut. Jika silinder-putar diputar secara langsung, alat ukur jenis mikrometer akan memberikan tekanan yang sangat besar pada permukaan objek ukur. Hal ini dapat menyebabkan deformasi pada permukaan objek ukur yang relatif lunak (aluminium) ataupun perubahan bentuk silinder berdinding tipis. Mikrometer harus diputar melalui pemutar bergigi-gelincir (racet) atau pemutar jenis gesekan supaya momen puntir terbatasi sehingga tekanan pengukuran selalu sesuaidengan rancangan (ringan dan tetap harganya). Bila pengukuran dilakukan dengan prosedur yang benar penyimpangan yang diakibatkan oleh deformasi benda
KrsnmHnru/PTNyTMpANGAN
Pnosrs PruouxunRru
163
ukur akan terhindarkan, akibatnya ketepatan atau keterulangan proses pengukuran akan terjaga. Deformasi karena tekanan pengukuran dapat dihilangkan jika digunakan sensor non-kontak misalnya jenis optik atau pneumatik. Jadi, perhatian dapat dicurahkan pada dua faktor yang masih bisa menjadi sumber kesalahan yaitu berat benda ukur dan tekanan penjepit benda ukur. Batang-ukur, sebagai alat ukur standar dengan penampang yang sama sepanjang sumbunya, bila diletakkan pada dua tumpuan akan melentur akibat beratnya sendiri. Besarnya lenturan dipengaruhi oleh jarak ke dua tumpuan di mana batang tersebut diletakkan secara simetrik, lihat gambar 6.2. Tiga contoh cara menumpu batang ini diulas sebagai berikut:
permukaan ke dua r{ung batang t€tap selalar meskipun ada lenturan
lonturan dl uJung sama dengan lonturan dlte ngah dan merupakan harga lentrran minlmum
tllk Bessel pemendokan garls nofd aHbat lenturan adalah yang ted(odl
l,s-0,5593J
c.
Batang unilorm yang ditumpu simefik
Gambar 6.2 Pengoruh elastisitas benda ukur pada saat pengukuran
a
Pengaruh tekenan konlak pada benda ukur yang lunak.
Penganrh tekanan kontak pada benda ukur (slllndet) yang berdindlng fpls.
1.
Jika ke dua permukaan di ujung batang-ukur diinginkan sejajar, jarak ke dua tumpuan (sl harus sama deng
an 0.577 kali panjang batang (s=0.577 0). Ke dua titik tumpuan ini disebut dengan Titik Airy (Airy points) dan batang-ukur biasanya diberi tanda yang menyatakan
letak titik tersebut. Akibat kesejajaran muka-ukurnya beberapa batang-ukur, masing-masing ditumpu pada titik Airy-nya, dapat dipersambungkan tanpa kekhawatiran akan timbulnya kesalahan akibat dari L64
I I
Prror*r*oNTrrrurx
Krsnmneru/PTNytMpANGAN Pnosrs Perucuxunrru
1.65
2.
ketidaksempurnaan penempelan (untuk menjamin ketelitian jarak antara ke dua ujung bebas). Seandainya dikehendaki lenturan d minimum bagi batang penggaris yang diletakkan pada dua tumpuan, usahakan jarak ke dua tumpuan tersebut s=0.554 0. Dengan cara menumpu sepertiini (TitikTumpuan Lenturan Minimum) kelurusan batang penggaris dapat dipakai sebagai acuan pengukuran kelurusan permukaan di bawahnya (dengan memakai komparator, diukur ketinggian celah pada beberapa titik.
3.
Batang berpenampang X sebag ai standar meter (benda bersejarah disimpan di Paris) ditumpu secara simetrik pada jarak s=0.559 {,. Dengan tumpuan seperti ini (Ti-
tik Bessel), bidang netral (permukaan tengah batang X yang menghadap ke atas) akan mengalami deformasi arah memanjang yang paling kecil. Jarak antara dua garis tanda yang dibuat pada bidang netral pada saat itu dianggap sebagai 1 m (standar meter yang pernah diberlakukan; 1889 - 1927). Saat pengukuran berlangsung, benda ukur tak boleh bergerak pada arah yang sama dengan garis pengukuran (garis dimensi objek ukur). Untuk memastikan hal ini, dalam beberapa kasus diperlukan alat pemegang benda
Berbekal pengetahuan dasar mengenai mekanika teknik, cukup dengan memahami hal-hal pokok mengenai gaya dan lenturan tanpa harus melakukan penghitungan teoretik, seorang teknisi metrologi akan dapat merencanakan lokasi pencekaman yang aman.
6.3 PENYIMPANGAN YANG BERASAL DARI POSISI PENGUKURAN Prinsip ABBE: "Garis ukur harus berimpit dengan garis
dimensi'i Bagi pengukuran objek ukur geometrik prinsip ABBE
sedapat mungkin diikuti. Apabila garis ukur, yaitu garis pada mana skala ukur dibuat atau garis gerakan sensor, tidak berimpit dengan garis dimensi objek ukur melainkan membuat sudut sebesar B, hasil pengukuran akan lebih besar daripada dimensi sebenarnya. Semakin besar sudut 6 kesalahan ini akan membesar sesuai dengan membesarnya sisi miring pada segitiga siku-siku mengikuti rumus kosinus. OIeh karena itu, kesalahan ini sering dinamakan sebagai kesalahan kosinus (cosine error), lihat gambar 6.3.
ukur (pencekam, penjepit). Karena penjepit juga memberikan tekanan pada benda ukur, maka posisi penjepit harus ditentukan sedemikian rupa sehingga tidak menimbulkan deformasi yang merugikan.
166
PencurunRn Terutx
-l MrLrs Perpustf,knaa
Badau
Propinsl Jawa
Timur
I i
KesauHnr.r/PTNyIMpANGAN Pnosrs PrncuxunRx
1.67
kaan sensor,lihat gambar 6.4b). Keadaan seperti inidapat dicegah dengan teknik yang sesuai dengan jenis alat ukur
gadsdimettg
dan cara pemegangannya yaitu; lihat gambar 6.4 (A &
L-Mor0-d$n0 L . M - d.0
B):
(untuk 0 kecil)
garls dlmensl
fT- Mj.ol
gade ukur
garis ukur
I
smss bola lebh
baik
garis dimensi
i;;-
fiflk kontal(
,:, rfisor
Gambar 6.3 Kesalohan Kosinus
"Kesalahan Kosinus" muncul akibat dari tidak dipenuhinya prinsip ABBE (garis ukur harus berimpit dengan garis dimensi). Hasil pengukuran M akan lebih besar daripada dimensi sebenarnya L. Meskipun secara teoretik mudah sekali mengoreksi M sehingga menjadi L, tetapi dalam prakteknya hal ini tak dimung kinkan, sebab harga B tak diketahui secara pasti. Oleh sebab itu, yang dapat dilakukan adalah mengusahakan prinsip ABBE inidipenuhi. Kesalahan kosinus kelihatannya akan diperparah jika sensor menempel di permukaan benda ukur tidak pada
titik
digaris-ukur melainkan di sampingnya (ditepi luar permu-
1.68
I I
Pr*or*r*ou
Trxr.lrr
dEerald(8n
kr ldd*rnan
aailord'rgpfrrrg unld( mncarl harla tf,lccl
0ga tensor.trn€fil( putrr dongEn uJulo a€earuh ilnder merupskan r6nts yang btra me4arr rencirl poalsinta
Gambar 6.4 Jenis sensor kontak disesuaikan dengan permosolahon pengukuran untuk menjamin kebenaran posisi pengukuran
KrsamuaN/PeNyrMpANGANPnosesPeNcuxuRRr.r
I I
Mg
A.
Jika posisi alat ukur relatif terhadap benda ukur tak bisa
diubah (sesuai dengan pengaturan terakhir yang diikuti pencekaman alat ukur danlatau benda ukur pada dudukannya), sensor bermuka bola lebih baik daripada sensor bermuka rata. Bila posisi alat ukur relatif terhadap benda ukur bisa
berubah, akibat gaya pengukuran yang tak segaris akan menimbulkan momen putar yang saling bereaksi pada benda ukur dan alat ukur. Jika benda ukur bebas bergerak, momen tersebut akan memutarnya dan sensor bergerak menjepitnya sehingga garis ukur akan berimpit dengan garis dimensi. lnilah contoh kondisi pengukuran yang mampu menyetel sendiri posisinya (self aligning).
Posisi pengukuran memegang peranan penting sebab
besaran yang diukur adalah dimensi. Sebagai contoh,
gambar 6.4 (C & D) menunjukkan usaha pengukuran diameter lubang dengan memakai mi krometer batang (telescopic micrometer). Untuk memastikan bahwa yang diukur adalah diameter lubang (garis dimensinya tak bisa dilihat, diraba sebab merupakan garis imajiner alias khayal) pengukur harus:
c.
D.
Menggerakkan sensor ke kiri-kanan untuk mencari harga terbesar. Kemudian, dengan posisi akhir seperti yang .pengukur yakini sebagai posisi pengukuran samping terbaik, dilanjutkan dengan: Menggoyangkan (menganggukkan) sensor ke depanbelakang untuk mencari harga terkecil. Harga terakhir
170
I I
Pr*ou*r*tt Ttxutr
inilah yang dianggap paling mewakili harga diameter lubang. Pemraktekan cara C diikuti D tidaklah mudah. Pengukur harus berkali-kali melatih sampai ketepatan (keterulangan)-nya cukup baik. lnilah salah satu dari banyak sekali, contoh keterampilan operator metrologi yang patut kita hargai. Gambar 6.4(E) merupakan contoh alat ukurdiameter
lubang (diameter dalam) dengan tiga sensor. Ujung sensor
memiliki permukaan berbentuk silindrik. Dengan posisi sensor yang simetrik putar seperti ini gaya penekanan sensor pada benda ukur akan membuat alat ukur mampu menyesuaikan sendiri posisinya (self aligning) sehingga garis ukur berimpit dengan garis dimensi. Dalam contoh kasus pengukuran diameter lubang, alat ukur tiga sensor kontak tentunya harus lebih dipilih daripada alat ukur dua sensor kontak. Tiga sensor kontak dalam hal ini pun memenuhi segiteori geometri, "melalui tiga titik yang tak segaris hanya dapat dibuat satu lingkaran'i Sementara itu, "melalui dua titik dapat dibuat banyak sekali (tak terhingga) lingkaran dengan beragam diameter". Meskipun demikian dalam beberapa kasus, alat ukur dua kontak (misalnya telescopic/cylindrical micromefer) lebih praktis bila dipakai untuk pengukuran lubang berdiameter besar (tak ada alat ukur jenis 3 sensor yang dibuat untuk ukuran besar), atau untuk pengukuran tinggi celah.
6.4 PENYIMPANGAN YANG BERASAL DARI LINGKUNGAN 'Li n g ku n ga n ha ru s mem berikon bagi pengukur!'
ke
nyo m an
o
n
Jika persyaratan ini dipenuhi, pada umumnya akan memenuhi persyaratan yang diminta alat ukur dan benda ukur. Kebersihan; kita menyenanginya dan demikian pula yang diminta oleh alat ukur dan benda ukur. Debu,
1.
geram, serpihan yang sering terlihat di daerah mesin produksi perlu disingkirkan dan daerah pengukuran.
Tergantung kebutuhan, hal ini memerlukan: mulai dan suatu daerah/ruang terpisah, kamar ukur, sampai dengan suatu laboratorium metrologi dengan lingkungan terkondisikan. Debu, serpihan logam halus di permukaan benda ukur akan "dirasakan" oleh sensor alat ukur cermat yang selain mengakibatkan kesalahan juga dapat merusak permukaan sensor atau muka ukur (measuring surface) alat ukur standar seperti blok-ukur
2.
3.
172
{gauge-block).
Tingkat kebisingan yang rendah; semua menyenangi. Getaran lemah yang tak membisingkan pun tidak disenangi oleh alat ukur cermat dan peka sebab akan menimbulkan pengambangan (ketakpastian, fl oating). Pencahayaan yang mencukupi; supaya operator mampu melaksanakan pengukuran dan membaca hasil pengukuran. Memang alat-ukur dan benda ukur dalam hal ini tak mempedulikan pencahayaan. Untuk sistem
PrncuruRnn Trrutr
pengukuran yang berlangsung secara otomatik yang tergabung dalam sistem produksi otomatik seperti FMS (Flexible Manufacturing System) dapat bekerja siang malam tanpa pencahayaan yang mencukupi karena tidak memerlukan operator (unmanned foctory). Pencahayaan diperlukan saat operator mengambil produk, menyiapkan dan menyetel benda-kerja, perkakas-potong, alat ukur, dan tindakan pembetulan (pengkoreksian proses).
Temperatur 25-27 "C, kelembaban 70-75 o/o; Bagi alat ukur dan benda ukur temperatur berapapun sebenarnya tak dipentingkan asalkan harganya tidak berubahubah (berfluktuasi). Jadi, kesamaan dan ketetapan temperatur bagi seluruh komponen dalam sistem pengukuran perlu diperhatikan. Kelembaban sebenarnya juga tak berperan dalam pengukuran geometri. Akan tetapi, kelembaban yang terlalu tinggi dalam jangka waktu lama merupakan media yang baik bagi perkembangan proses korosi. Kebanyakan komponen alat ukur maupun benda kerja yang terbuat dari baja (kecuali stainless-steel) yang permukaannya ternodai oleh asam (termasuk yang berasal dari keringat manusia) lewat tangan tangan kotor akan mengalami proses korosi. Kesaksamaan dalam penyimpanan alat ukur amat perlu diperhatikan. Bila tidak, sewaktu blok-ukur disimpan "proses korosi mulai melukis sidik jari bekas tangan operator ceroboh"di muka-ukur yang tak dibersihkan dan tak dilindungi dengan lapisan tipis minyak (vaseline).
Krseuxer.r/PENyrMpANGANPRosrsPrxcuxuReru
I I
Ug
Pengaruh temperatur merupakan faktor yang perlu mendapat perhatian karena semua benda padat, terutama logam, akan berubah geometrinya (ukuran, bentuk, posisi)
Apabila pengukuran dilakukan secara perbandingan (pengukuran tak langsung) besar perbedaan panjang antara objek ukur dengan blok ukur (ukuran standar) dapat
jika temperaturnya berubah. Untuk menjaga kesamaan hasil pengukuran, telah disetujui secara internasional bahwa temperatur ruang untuk pengukuran geometrik dibakukan
dihitung dari rumus berikut:
sebesar 20 "C dengan kelembaban 55-60
o/o.
Apakah syarat ini harus selalu dipenuhi untuk setiap pengukuran geometri benda-ukur? Perhatikan analisis sederhana berikut. Perubahan panjang yang terjadi pada pengukuran langsung dapat dihitung melalui rumus teoretik:
a,=ec(,-',) di mana
t c,
= perubahan paniang; mm = panlang objek ukur; mm = koefisien-muai-panjang; "C-1
= 23.A 10'6 untuk aluminium = 16.5 10'6 untuk tembaga = 12.O 1O'5 untuk baja = 1O.5 10-6 untuk besi tuang = temperatur obiek ukur = temperatur standar =
2O oC
Misalkan, suatu poros baja yang baru saja digerinda untuk mencapai diameter nominal 100 mm dapat mempunyai temperatur sekitar 40 "C. Andaikata pengukuran diameter dilakukan pada temperatur ini, diameter poros
tersebut akan lebih besar sekitar 0.023 mm dibandingkan dengan diameternya pada temperatur standar.
I I
-
0,
) * ( !,
d,2
-
Qt d,r
)(r - r,1
a
= porbedaan paniang yang diukur oleh alat ukur pemban-
2 t1 o2 ot
= =
t
= =
ding; mm panjang benda ukur; mm panjang blok ukur; mm koefisien-muai-panjang benda ukur; oC'r koefisien-muai-panlang blok ukur; oC't
A, = ( - t, = perbedaan
temperatur pengukuran
dengan temperatur standar.
:
At
174
o = ( tz di mana,
P."or*r*oruTrrxtx
Apabila koefisien-muai-panjang benda ukur sama atau tidak banyak berbeda dengan koefisien muai panjang blok ukur, rumus di atas dapat dituliskan sebagai berikut:
o=(0r-0,)*o(o,)o,
Karena Arbiasanya dibuat kecil (dalam beberapa mik-
rometer), sedang A, biasanya tidak lebih dari 10'C (misalnya temperatur ruang dalam pabrik 30"C) dan harga o sendiri adalah kecil bagian kedua rumus di atas dapat diabaikan. Dengan demikian pengukuran secara perbandingan akan memberikan harga yang mendekati harga sebena-
KrsnmunN/PeNyTMpANGAN Pnosrs PexcuxuRnru
I yS I
l
rnya meskipun pengukuran tidak dilakukan pada temperatur standar. Meskipun demikian, bila ada perbedaan temperatur antara benda ukur dengan blok ukur, mungkin terjadi kesalahan yang cukup berarti. Dengan demikian, suatu sistem pengukuran (benda ukur dan alat ukur) harus selalu diusahakan temperaturnya sama semuanya dan tak berubah-ubah. Kamar ukur biasanya diwujudkan untuk memberikan kenyamanan bekerja dengan udara terkondisikan terutama untuk menurunkan kelembaban sehingga mencegah atau mempersulit terjadinya proses korosi pada alat ukur dan benda ukur. Bila suhu kamar ukur ini dijaga konstan misalnya sebesar 25 "C, alat ukur dan berbagai peralatan lain yang disimpan dalam kamar ukur akan juga bersuhu 25 oC. Bila benda ukur, terutama yang berdimensi besar yang oC, perlu dibawa masuk dari ruang pabrik yang bersuhu 30 waktu untuk menyesuaikan temperaturnya sehingga sama dengan suhu kamar ukur. Berbicara mengenaisuhu, jangan lupa bahwa tangan Anda bersuhu 36 'C. Jadi, jangan terlalu lama memegang alat ukur atau benda ukur (terutama yang berdimensi kecil) jika melakukan pengukuran geometri di kamar ukur bersuhu 25 "C. Adalah merupakan kebiasan yang baik untuk bersikap saksama, sebab pada hakekatnya kesaksamaan adalah pencegah munculnya kesalahan sistematik maupun
6.5 PENYIMPANGAN YANG BERASAL DARI OPERATOR Dua orang yang melakukan pengukuran secara ber-
gantian dengan menggunakan alat ukur dan benda ukur serta kondisi lingkungan yang dianggap tak berubah mungkin menghasilkan data yang berbeda. Sumber perbedaan ini dapat berasal dari cara mereka mengukur yang dipengaruhi oleh pengalaman, keahlian, kemampuan, dan keterampilan serta perangai masing-masing pengukur. Pengukuran adalah suatu pekerjaan yang memerlukan kesaksamaan.
Dengan demikian, orang yang pekerjaannya melakukan pengukuran harus:
1.
Mempunyai pengalaman praktek yang didasari teori yang mendukung penguasaan pengetahuan akan proses pengukuran. Hal ini bisa dicapai lewat pelatihan pengukuran dan dipelihara, dimantapkan, serta dikembangkan lewat pekerjaan yang berkesesuaian,
2. 3.
Mempunyai dasar-dasar pengetahuan akan alat ukur, cara kerja alat ukur, cara pengukuran, cara mengkalibrasi dan memelihara alat ukur, Waspada akan kemungkinan letak sumber penyimpangan dan tahu bagaimana cara mengeliminir (mengurangi sampai sekecil mungkin sehingga
kesalahan rambang.
praktis dapat diabaikan) pengaruhnya terhadap hasil pengukuran,
4.
176
I I
Pr*ou*r*oNTrrux
Mampu menganalisis suatu persoalan pengukuran yakni dalam membaca acuan kualitas (gambar tek-
KeseuHeu/PeNylMpANGAN
Pnosrs PrNcuxunen
ln
nik lengkap dengan spesifikasi geometriknya), me-
5.
nentukan cara pengukuran sesuai dengan tingkat kecermatan yang dikehendaki, memilih alat ukur dan kemudian melaksanakan pengukuran dengan kesaksamaan dan kedisiplina.n tinggi, dan Sadar bahwa hasil pengukuran adalah sepenuhnya merupakan tanggung jawabnya dalam perwujudan cara kerja kelompok dengan penekanan tugas dan tanggungjawab.
DAFTAR PUSTAKA
1994. Pengukuron Teknik, Diktat Kuliah lnstitut Tek-
nologiiBandung. Kreyszic, Erwin. 1988. Advanced Engineering Mothemotics, -, John Wiley & Son. T. Rochim. 2001. Spesifikosi,
metrik, Penerbit lTB.
178
PErucurunlru Trxrlrx
Metrologi& Kontrol Kualitas Geo-
TENTANG PENULIS
M. Sayuthi adalah dosen Teknik Mesin Unimal lahir 28 Juni 1979 ini memiliki pemikiran yang tajam ke depan. Memiliki segudang Prestasi sebagai dosen teknik mesin favorit tingkat Unimal, serta peneliti terbaik untuk bidang kajian Mesin Konversi. Aktivitas sehari-hari beliau selain menulis buku dan menelitiadalah sebagai pemateridi berbagai forum ilmiah internasional. Penulis pernah menjadi mahasiswa bimbingan BapakT. Rochim dosenTeknik Mesin ITB.
Fadlisyah adalah dosen Teknik lnformatika yang telah menulis 1 7 buku untuk tingkat nasional. Pernah men-
jabat Kepala Laboratorium pertama Teknik
lnformatika
Unimal, wakil Kepala Pengabdian Masyarakat LPPM, Kabag Akademik D lll Unimus. Pengagum berat Quraish Shihab ini
juga banyak terlibat dalam aktifitas sosial seperti anggota tim pemberantasan kemiskinan dan keterlantaran akademis masyarakat, panitia pensosilaisasi penulisan buku ajar untuk guru-guru se Kabupaten Aceh Utara.
Syarifuddin lahir pada 26 Mei 1974, menyelesaikan S1 teknik lndustri Unimal dan S 2 Teknik lndustri di Universitas sumatera Utara Medan. Penulis bertugas sebagai dosen Teknik lndustri Unimal dan menjabat sebagai Kepala Laboraorium Teknik lndustri unimal. Penulis adalah sosok
yang ramah, jujur dan luar biasa sabar, sehingga beliau menjadi dosen panutan di lingkungan universitas Malikussaleh. Penelitian penulis telah banyak diakui di tingkat nasional dan disponsori oleh beberapa perusahaan multinasional. Saat ini penulis diprediksikan sebagai pemimpin fakultas masa depan karena sifat arifnya sesama teman sefakultas.
rglll ir.ei.,r lu*"
182
PerucuxunRu
Trxux
