;t'1.$['l'[iT,**!l
Fmr****
8,.
USTAKAANWATIMUR
,2I
M. SayutFadliffah
.. S, *
PengukuranTeknik
M. SayuthiFadlisyah
Syarituddin
MTLIKUrdeo PcrPwukrsc
Pengukuran Tekni -Propiott lava TirnurOleh : M. SaYuthi
FadlisYah
SYarifuddin
Edisi Pertama
GRAHA TLMUCandi Gebang Permai Blok R/6
Yogyakarta 5551 Ireip. :0274-882262;0274-4462135Fax. :0274-M62136E-mail : info@grahailmu'co'id
ttb ,u$2
Cetakan Pertama, 2008
Hak Cipta O 2008 Pada Penulis'ff"f. iii" dilindungi undang-undang' Dilarang memperbanyak atau
memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa
pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi''*"t turn, atau dengan teknik perekaman lainnya' tanpa izin tertulis
dari penerbit.
M. SaYuthi, FadlisYah; SYarifuddinPengukuran Teknik,/M' Sayuthi' Fadlisyah;Syarifuddin- Edlsi Pertama - Yogyakarta'' Graha flmu'
2008x + 180 hlm, 1 JiI' : 21 cm'
lSBN: 978-9't 9-7 56-362-2
l. Teknik r. Judul
KATA PENGANTAR
engan mengucapkan pujidan syukur kehadirat Al-lah SWT, dimana atas rahmat dan karunia-Nya Pen-
ulis telah dapat menyelesaikan buku yang berjudul"PENGUKURAN TEKNIK."
Rasa terima kasih penulis ucapkan Bapak Jozep Edy-
anto (Direktur Graha llmu) yang telah membuat penerbitanini menjadi mungkin. Rasa terima kasih penulis ucapkanjuga untuk Bapak Drs. A. Hadi Arifin, M.Si, selaku Rektor
Universitas Negeri Malikussaleh, Bapak Rasyidin, MA, se-
laku 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, lbuDr. Murniati, Bapak lr. lshaq, MT, Bapak Arnawan, ML Mas
Edi Mulyanto, S.Si, Bapak Arhami, M.Kom, Taufiq, MI, AndikBintoro, SL lbu Fatimah, SI ML Bapak Salwin, Ml Bapak lr.
Ponidi5anjaya, Lisa Pebrina (Teknik Sipil USU), lskandarsyah(Universitas Padjadjaran), Muchsin (S1 Teknik lndustri Uni-
versitas Pasundan), M. lqbal (Dlll Teknik Mesin Politeknik
Bandung), Mirza Zamzami dan pihak-pihak yang telah
memberi bantuan dan bimbingan sehingga penulis dapat
menyelesaikan naskah Pengukuran Teknik ini' yang tidak
dapat disebutkan satu Per satu'
Pengukuran dalam arti yang umum adalah mem-
bandingkan suatu besaran dengan besaran acuan/pem-
bandi ng/referensi. Pengukuran Teknik merupakan mata ku-
liah wajib pada jurusanTeknik Mesin, dan untuk membantu
pemahaman bagi mahasiswa teknik' maka kami rancang
sebuah buku yang sistematis yang membahas tentang
pengukuran' Buku Pengukuran Teknik yang Anda pegang
ini membahas secara terperinci : Konsep Dasar Pengukuran'
Jenis Alat Ukur & Cara Pengukuran, Konstruksi Alat Ukur &
Prinsip Kerja, Sifat-sifat Alat Ukur, dan Berbagai Deviasi
Dalam Pengukuran.
Penulis menyadari walaupun penulisan buku ini
telah selesai, namun masih banyak terdapat kekurangan-
kekurangan baik dalam tulisan ataupun materi yang ter-
cakup. Untuk itu kritikan dan saran untuk perbaikan dan
kesempurnaan buku ini sangat penulis harapkan'
Penulis
vi I e.*ou*r*nTrrHtr
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
BAB 1 . TOLERANSI BENTUKDAN POSISI..................
1.1 Beberapa DefinisidanSimbolyangDigunakan
Aturan Penulisan Simbol Toleransi
Pada Gambar Teknik....
Contoh Penggunaan dan ArtiSimbolToleransi Bentuk & Posisi.......
Cara Penulisan Spesifikasi Permukaan Pada
Gambar Teknik ................
BAB 2 _ KONSEP DAS4R........
2.1 Besaran Standar Panjang
2.2 Kalibrasi dan Standar Panjang Praktis............
V
vii
1.2
1.3
11
1.4
16
23
27
38
BAB 3 - JENIS ALAT UKUR DAN CARA
PENGUKURAN
BAB 4 _ KONSTRUKSI ALAT UKUR DAN
PRINSIP KERJA
4.1 Sensor
4.2 Pengubah
4.3 Penunjukdan Pencatat ................'..
4.4 Pencatat
17261
6.4 Penyimpangan yang BerasaldariLingkungan
6.5 Penyimpangan yang BerasaldariOperator
DAFTAR PUSTAKA....
TENTANG PENULIS
79
81
82
117
136
177
179
18',|
BAB 5 - SIFAT UMUM ALAT UKUR 141
5.1 RantaiKalibrasidanKeterlacakan.................... 142
5.2 Kecermatan 144
5.3 Kepekaan 145
5.4 Keterbacaan 148
5.5 Histerisis 149
5.6 Kepasifan.... 151
5.7 Pergeseran. 152
5.8 Kestabilan nol .............. '153
5.9 Pengambangan............... 153
BAB 6 - KESALAHAN/PENYIMPANGAN
PROSES PENGUKURAN................ 1ss
6.1 Penyimpangan yang Berasaldari
Alat Ukur 161
6.2 Penyimpangan yang Berasal dari
Benda Ukur............. 163
6.3 Penyimpangan yang Berasaldari
Posisi Pengukuran........... 167
Dnrren lsr I
lxvlll PerucurunRru TErutr
TOLERANSI BENTUKdan
POSTST
uatu bentuk atau posisi yang dibuat dengan suatuproses produksi tidaklah mungkin dicapai dengansempurna. Oleh karena itu, seperti halnya pada uku-
ran, bentukdan posisi tersebut haruslah diperbolehkan me-nyimpang dalam batas-batas yang tertentu. Hal ini dapatdipahami sesuai dengan sifat ketidaktelitian dan ketidakte-patan proses pembuatan.
Toleransi ukuran sesungguhnya juga membatasi be-berapa kesalahan bentukdan posisi. Permukaan komponenyang dikerjakan dengan demikian boleh menyimpang darikondisi geometrik tertentu dengan catatan bahwa penyim-pangan ini masih dalam daerah toleransi ukuran. Semen-tara itu, untuk mencapai ketelitian dan ketepatan bentuk &posisi tidaklah mengharuskan pemberian toleransi ukuranyang sempit seandainya toleransi bentuk dan posisi jugadiberikan. Dalam hal ini, toleransi bentuk & posisi memberi-
kan kesempatan untuk memperlebar persyaratan bagi tol-eransiukuran.
Suatu bentuk dan posisi yang kurang teliti dapatmenyebabkan pekerjaan tambahan dalam perakitan. Ke-
sulitan ini dapat diatasi dengan memberikan pula, selain
toleransi ukuran, suatu toleransi bentuk atau posisi yang
menyatakan sampai batas-batas mana bentuk atau po-
sisi 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 teknikbagi 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 han-ya dianjurkan bagi elemen geometrik yang utama. Hal ini
bisa dipahami sebab toleransi merupakan fokus perhatian
bagi semua orang. Jadi, apabila memang diperlukan untukmeyakinkan kemampuan komponen dalam menjalankan
fungsinya barulah toleransi bentuk & posisi ini dicantum-kan.
1.1 BEBERAPA DEFINISI DAN SIMBOL YANGDIGUNAKAN
Bentuksuatu eleman geometrik, misalnya permukaan
"rata'f dapat dinilai/diketahui "kerataannya" dengan memil-ih beberapa titik pada permukaan untuk ditetapkan koordi-natnya dengan melalui pengukuran. Seandainya penguku-
PrNcuxunaru Tprrurr ToLrRRnsr Brx-rux oRru posrsr
ran dapat dilakukan dengan sempurna, data pengukuranbisa dianggap sebagai,,wakil permukaan,,sehingga bolehdianalisis untuk menetapkan kualitas permukaan yangdimaksud. Bidang rata yang bersangkutan dianggap me_menuhi persyaratan apabila jarak antara titik-titik pada per-mukaan tersebut dengan permukaan acuan, yang mempu_nyai bentuk geometrik yang ideal, adalah sama atau lebihkecil daripada harga toleransi yang ditentukan.
Setiap analisis data pengukuran, termasuk pengu_kuran kerataan bidang ini, memerlukan acuan yang harusdapat disesuaikan dengan masalah yang ditelaah. Karenabidang ideal yang dipakai sebagai acuan sebenarnya hanyamerupakan benda may a /imajiner maka teta k/orie nta si nyadapat 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 sebaikmungkin diperlukan analisis data yang memadai. Dalamkasus ini perlu digunakan metoda statistika untuk mencariorientasi bidang sehingga jumrah jarak dari bidang terse-but ke setiap titik data pengukuran adalah yang paling ke_cil. Mengapa jumlah jarak terkecir ini harus dicari? Har inidapat diterangkan dengan menyederhanakan masalah tigadimensi (bidang) menjadidua dimensi (garis).
Suatu bidang bila dipotong oleh bidang lain akanmembentuk garis perpotongan. Bidang pemotong inibisa dipilih lokasi/orientasinya supaya muncul gambaranatas ketidakrataannya yang paling menonjol. pada bidang
pemotong ini semua titik data pengukuran dapat diproyek-sikan. Jika semua titik proyeksi dihubungkan secara beruru-
tan, terjadilah suatu garis yang tidak lurus, disebut garis
data permukaan. Sementara itu, perpotongan bidang yang
rata ideal dengan bidang pemotong (yang juga diimajina-sikan sebagai bidang ideal) akan berupa garis lurus, dina-makan garis ideal.
Apabila gambar '1.1 diperhatikan, ada tiga garis lurus
yang dapat dipilih menjadi salah satu garis ideal. Bagi se-
tiap 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.
Gambar 1.1 Menentukan orientasi bidang ideol untuk suotu per-mukaan 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
kin. Berbagaikendara akan muncuryang membikin suritnyapencapaian tujuan. Untuk itu, biasanya dilakukan berb_agai penyesuaian, pengandaian, dan penyederhanaan se_bagaimana contoh masalah penilaian kualitas permukaanyang diulas diatas.
Dari uraian tersebut tersirat akan pentingnya acuanpada mana analisis data akan dilaksanakan. Toleransigeometrik pun memerlukan acuan untuk memungkin_kan pelaksanaan pengukuran. Karena toleransi geometrikhanyalah merupakan imajinasi maka acuan ini pun hanyaberupa imajinasi. Acuan tersebut harus dipahami oleh se_rnua orang yang terlibat (perancang, pembuat, pengukmr,dan bisa juga termasuk pemakai). Supaya mereka mengi-majinasikan/ membayangkan hal yang sama atas suatupermasalahan geometri, perlu dibuat aturan baku dalarnmengimajinasikan toleransi.
Menetapkan toleransi bentuk atau posisi bagi sua-tu elemen geometrik adalah menentukan daerah/bidangatau ruang dildalam mana elemen ini harus terletak. sesuaidengan karakteristik eremen yang diberi toreransi serta carapernyataan dimensinya, daerah toleransi dapat merupakansalah satu dari bentuk-bentuk seperti yang diperlihatkanpada tabel 1.1.
Tabel 1.1 Berbogai ienis doerah toleransi yang dapat
diimoiinasikan sesuai dengan masalahgeometrik yang dianalisi s
-. O Q aorth a, aub. "** tinsk-*
fd E} dsorah d antara dua lingksran yang s€pusd\t -_
// : q daenh dl antars dua grils (lengkung atau lwus) yang solaia'
@) Cl ruang di dalam suatu bola
,PO Ei ruang dl dalam silindor atau ot*Y t- tt*tt ** 3-
{JO E} ruang dl antBra d,, p"-'lY "t' b'd-n v"ng t"l4t
rua,lg dl dalam balok berponamParE sogl dnpatr? q)
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 mem-
punyai 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
pengukuran adakalanya diperlukan suatu elemen dasar se-
mentara (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
pada gambar kerja yang dipakai sebagai patokan dalamproses pengerjaan, dan tidak terlihat pada gambar teknikproduk jadi.
Tabel 1.2 Penggunaan elemen dasar/ acuan
Tidak memerlukan elemendasar/acuan
Memerlukan elemendasar/acuan
kelurusan
kebulatan
kebenaran profil gariskerataan
kesilindrikan
kebenaran profilbidang
- kesejajaran
- kemiringan
- konsentrisitas- ketegaklurusan
- kebenaran posisi
- kesimetrikan- oenvimoanoan-outar
Jenis karakteristik geometrik yang dapat dikontroldengan suatu toleransiserta simbolyang digunakan diper-lihatkan pada tabel 1.3. Pada tabel tersebut dikelompokkanjenis:
Tabel 1.3 JenisToleransi Bentuk& Posisi dengan simbolnyamenurut ISO
Karakter yang dikontrol oleh toleransa Simbol
5utt
c
Kelu.usan (Straightnessl
-Kerataan lFlatnessl
-Kebulatan (Circularhy/Roundness) ()-K6silind.isan (CylindricitY) r)-K6t€litian (kebenaranl bentuk ga,is (ProIilc ol 8ny linel
-xet€litian (kebona.anl bentuk bidang lProfilE ot 6ny surfacel o
Eo
-Ksseiaiaran (Ps.allelism) //-Ketegaklurusan lPerpendiculatity) I
-Kesudulan/Kemiringan (AngularitYl I
zoL
-Posisi (Positionl S)
-Konssntrisilas & kesamaan-sumbu {Concantricity & Coaxiality) Or)
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 di-
tuliskan 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:
Gambar 1.2. Gambar kotak toleransi
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.
a.
b.
8
0,1 A/ 0,1
Pencuxuneu Trxrutx Tor.rnnrusr Berurux oeu Posrsr I
c. Apabila diperlukan, pada kotak terakhir dituliskanhuruf yang menyatakan elemen dasar acuan hargatoleransiini.
Kotak toleransi tersebut dihubungkan dengan ele-men yang diberi toleransi dengan memakai suatu garispenghubung 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 bi-dang tengah komponen.
Jt-i' /-*
Irurou rrlu ).ffi
Gambar 1.3 Aturan penulisan garis dan tanda ujung panah yongmenghubungkan kotak toleransi dengan elemen geometrik
yang diberitoleransi
Garis sumbu Jika toleransi tersebut diberikan untuksumbu atau bidang tengah semua elemen-elemen yangmempunyaisumbu atau bidang tengah yang sama.
Apabila daerah toleransi tidak berupa lingkaran, si-
lindrik 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.
Gambar 1.4 Penulison tolero nsi secara kelompok
' 0-- i i-io '
Gar? }ldunp Toh.!nd
hl IrnIr
IA ato t .aLrmd'a
@3 ra'3' -rac.Nl a0.t
2c rrz'P -dJmdq oo rr '3' 6 . bh..rl I 0,6
tE -aldEDdg
F aE o a . toL.Gl O O,1
aG 'aLmds IH - blddd 0 0.05
10 PeHcuruRen Trrutx TouRerus Beurur oan Posrsr 11
Gambar 1.4 ini secara tak langsung menunjukkan ke-pada perancang proses atau operator mesin perkakas untukmengurutkan pekerjaannya. Elemen dasar perlu dikerjakanterlebih dahulu dan dilanjutkan dengan elemen geometrikyang diberi toleransi. Hal ini dilakukan secara berurutansampai seluruh elemen geometrik terselesaikan. Misalnya,
bidang pinggir G kemudian bidang H, lubang A lalu dualubang B, lubang memanjang E diikuti empat lubang F, danlubang C dilanjutkan dengan lima lubang D. Demikian pula
halnya dalam proses pengukuran. Operator akan memasti-kan dahulu kualitas elemen acuan sebelum mengukurelemen yang diberi toleransi bentuk dan posisi.
1.3 CONTOH PENGGUNAAN DAN ARTISIMBOL TOLERANSI BENTUK & POSISI
Beberapa contoh penggunaan toleransi bentuk danposisi dengan penjelasannya (menurut standar ISO R 1 101).
Tabel 1.4 Contoh pemakaion toleransibentuk dan posisi
A. Toloi.nrl Koluru..n lstruightness Tole.ancet.
l. Sumbu silinder h6.us torlstsk di dat€mda€rah toleransi yang b.rupa silinderd6ngan daamotaa srb!!aa O.OB mm.
l@ \,..7
2 Sotiap bEgian goris dongsn psnjang 1OOmm y6no membual su€tu p6rmuk6ansilinder, sepcrti yang dituniukkan olshtanda panah, haiuslah terl6t!k di 6ntaradua garis lurus seiaiar yang beriarsk O,1
3. Sumbu bstang h6rus torlotak pads da6-rah toleransi yang b6rupa p6ral6lopi-podum (balok segi lmpat) d€ngan lebarO.1 mm pada arah v6.tikal dan O.2 mmpad6 arah hori3ontal. #€
B. Toleransi l(ar!llsn {F/oaress Toletoncel
Permuk€an hsrue torletak di antara duabidang seiajar yang beriarok O.O8 mm'
C. Toloran3i Kcbulatln lRoundness Toleoocel
l. Keliling pirins (di dekat ujung berdia-meter bes6r) harus terletak di antara dualingkaran yang sebidang dan sepusoldengan iarak {beda jari-iari) sebes€rO.03 mm.
2. Keliling tiop ponampang ko^is harusterletak di anta.a dua lingkaaan yangsebidang dsn sepusat dongan igfok O.O5
mo.
D, Tolcran.i Ke3ilindrikon lcylindricity Tolerancel -
Permukaan yang dimaksudkan harusterletak di anlarE dua silind.r yangscrumbu dengan beda radius ssbcsarO.1 mm.
t-€El o.r ^4LWE. Totorrn.i l(obenlru Bentul G!rl3 lPtofile Tolerance of anY Linel
Pada setiap potongan yang seiaia, do'ngan bidang proyoksi. bentuk p.olileyang dihaksud harus terletak di antaradua garis yang menyinggung lingkaran-lingkaran d€ngan dismeter O.O4 mmdengan titit pusal yang terletak padagaris dengan bentuk geometrik yang
benar.
F- Tole.insi Kobon..an Bontut Pcmuklan lP.ofile Tolercnce ol any Sutfacel'
Permukaan yang dimaksud harus terle-tak di anta.a dua permukaan yang me-nyinggung bola-bola dengan diameterO.O2 mm dengan titik pusat yang te.le'tak pada permukaan Yang mempunyaibentuk geometrik Yang benar.
G. Toldrnri Kcroiaiaran lPa.rlletism Toleroncer.
l. Sumbu lubang di alas harus terletak didalam silinder dengan diameter O.03mm yang seiaia. dengan sumbu lubaogdi bawah {sumbu dssat A}. Wr;
2. Sumbu lubang di at6s harus terletsk diantara dua garis lurus ysng terletakpada bidang mendatar dengan iarak O-1
mm yang seiajar dengan sumbu lubangdi bawah (elemen dasar).
o.1,zaA/.-,/
ui)-l
12 I P.*or*u*oNTEKNTKI
Touneng BrHrux DAN Pos6t 13
3. Sumbu lubang di atas harus l€rl€tak didalam paralel€pipedum (balok segi 6m-pat) yang msmpunyai loba, sebesar O.2mm pada srah horisonlal d6n O.1 mmpads arah venikEl, y.ng seiaiar d6ngansumbu lubang di bawah (elemen dasarl.
4. Sumbu lubang ha.us torletak di anta6dua bidang deng.n iar6k O.Ol mm, yangseiajar dongan bidang dasa..
H. Toloransi Kqtegrllurusan lPeryendicolerity Tole.ancel
1. Sumbu lubang yang miring harus terla-tak di anla.a dua bidang geiaiar d6n96niarak O.O5 mm, yang t6gak lurus padasumbu lubang horisontal A.
oIe,
T*
2. Sumbu silinde. yang ditunjukkan olehkotak toleransi (silinder bagian atas)harus terletak pada silinder dongandiametor O.06 mm yang l€gak lu,usterhadap bidsng dasa. A.
3. Sumbu silinder yang dituniukkan olohkotak tqleransi harus te,lstak di antaradua garis lurus saiaiar yang borisrsk 0,1mm, yang t6gak lurus dengan bidangdasar lbidang bawahl. b
4. Sumbu silinder harus tsrletak di dalamparalelopipedum 0,1 x 0,2 mm, yangtegak lurus dengan bidang dasar.
5. Sisi/bidang sebelah kanan kompon€nharus terletak di ant.ra dua bidangsejaisr bsrjarak O,O8 mm. yang tegaklurus d€ngan sumbu silindor.
6, Sisi/bidang t.gak lomponGn h.ru3 torle-tak di antara dua bidang seiajar beriarskO,O8 mm. y6ng t6gak lu,ua d.nganbidang dasar.
K. Toloransi Kesimetrikan don Kesam&n Sumbu (Coacerrlcity and Coaxiality Tolerancel
1. Pusat yang dirunjukkan oloh kotak tole-ransi (lingkaran luar) harus terlslak padalingkaran berdiameter O,O1 mm dantitik pusatnya berimpit dengan titikpusat lingkaran acuan A llingkaranda lam)
c
2. Sumbu silinder yang ditun,ukkan olehkotak toloransi (silinder lengah) haruslerletak dalam silinder berdiameter 0,08mm yang mempunyai sumbu berimpitdengan sumbu acuan AB.
a 0,a
\zqa<.
L. Toleransi Kosimoliikon lsvmmetry Toletancel
'1. Sumbu lubang harus terletak di antaradua bidang sejajar beriarak O,OB mmdan simetrik terhadap bidang tengahnyaalur A dan B {elemen dasar}.
'*-+4v1
2. Sumbu lubang harus terletak di dalamparalelepipedum dengan lebar 0,1 mmdalam arah horisontal dan o,O5 mmdalam arah vertikal dengaR sumbu yangmerupakan garis potong antara bidangtengah A dan B dan bidang tengah C
dan D.
3. Bidang lengah alur harus terletak diantara dua bidang seiaiar beriarak O,OBmm dan simet.ik terhadap bidang tengah elemen dasar A.
M. Toler6nsi Kesalahan Pttat lRun-Out Tolerancel
Toleransi kesalahan puta, adalah harga maksimum yaog diizinkan bagi variasi/peru-bahan letak el€men yang dimaksud terhadap suatu titik letap selama satu kali putaranbagi elemen tersebut pada sumbu acuan, Sewaktu pongukuran berlangsung perubahanaksial sensor alat ukur relatit terhadap benda ukur tidak diperbolehkan.
Toleransi kesalahan putar memungkinkan terjadinya kombinasi kesalahan, asalkaniumlah 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 permuka-an. Meskipun d€mikian, toloransi kesalahan putar ini sering digunakan, misalnya untukmengec6k k€bagusan suatu pasangan/rokitan {assembly). Pelaksanaan pengukurannyapun mudah dilakukan. Contoh pemskaian tol€ransi ini adalah sebagai borikui:
1 - Kesalahan putar dalsm arah radial lidakboleh lebih bssar dari O,'l mm, iika diu-kur padr setiap bidang ukur vEng beru-pa bidang rata. s€l6ma satu k6li putaranpada sumbu elemen A dsn B.
.e
l. Toloisnsi K.miainganrl(egudulan lAngulaity foleftnce'l
ffirffi\:-7H /*,
a4Vt-/ / f,"
1. Sumbu lubang harus te.letak di antaradua garis lurus seiaiar beriar8k 0.08 mmdan yang membuat 6udut sebesar 60odengan sumbu ho.izontal A'
Cat!tan:Apabila garis yang dimaksud dongangaris acuan iidak terlstak dalam satubidang ltidak saling berpotongan), dae-rah toleransinya dianggap pada bidangyang melalui garis acuan dan proyeksigaris yang dimaksud.
2. Sumbu lubang lurus terletak di anta.adua garis seiaiar betjarak O.o8 mm danmembuat sudul sebesar 80o denganbidang dasar A"
-THa4r ot+rl-
ffnW3. Bidang mi.ing ha.us terletak di antara
dua bidaog sorajar beriarak O,1 mm danyaog membuat sudut sebesar 75o de-ngan sumbu acusn A.
,1. Bidang miring harus tetletak di antaradua bidang seiaja. berisrak O,oB mmdan membuat sudut sebesaa 40o de_ngao bidang dasar A,
J. Tole.rnsi Poaisl lPositional Tolerdncel
l. Sumbu lubang h8ru$ terlatak dalamsilinde. dengan diamete. O,OB mm yangmempunyai sumbu dengon posisi yangbenar-
2. Sumbu lubang harus tetletak dalamparalelepipedum dengan lebar O.O5 mmdalam arah horisontal dan O,2 mmdalam arah vertikal yang mempunyaisumbu dengan posisi yang benar.
\.i
W'3. Bidanq hiring h6,us teilelak di antara
dua brdsng sejaja. beriarak O,O5 mmyang terlotak simet.ik tethadap bidangyang mempunyai posisi yang benarterhadap bidang acuan A dan sumbusilinder acuan B.
Tounnusr Beurur oeru Posrsr14 I Pr*or*r*u Terrurx
I
15
2. Kesalahan put6r pada arah tanda panahtidak boleh l6bih besar dari 0,1 mm,jika diukur pada setiap bidang ukur yangborbentuk konis selama satu kali putar-an pada sumbu elemen C.
3. Kesalahao puta, pada arah aksial tidakboleh lebih besar dari O,1 mm, iika diu-kur pada setiap bidang ukur yang ber-bentuk silinder selama satu putaranpada suhbu elomon D.
ffi:rmAItd-.--/
1.4 CARA PENULISAN SPESIFIKASIPERMUKAAN PADA GAMBAR TEKNIK
Sampai saat ini tidak ada satupun parameter-param-
eter yang telah diusulkan dapat digunakan untuk men-
erangkan 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 ser-
ta keterangan singkat dituliskan di sekitar segitiga ini. Arti
angka-angka serta tanda ini adalah sebagai berikut:
L6 I P.*ou*r*ru TrrurrI
Tor-rRrnsr Bertrur oeru Posrsr I
,,
Hsgr mktiron K.hrrnn Rda-ratr Artmth q- 32 Fm2'
oror", I.",, Prcc yeg (,oiulta dml untJ* nErEh6[ks r€krur (rupa)r: )- y.no lpcim(
r----J oE <\r/f _--.- - P8rllrig Ehpd $bo$ 0,8 m unlrrk molakukan po(lukuro Ra
'., ///'/// -.--..-. Simb.tu*totcturpenxIql p.damtoh id jo,ak/bel(8prcrot hci. horc @dk - 1116 gads topi ( poimpsng )
Hdgtr R8 dinrydd.m (hngeAngk! l(olffi (lSO lmhd)
17 (R'-10,
//////////Jil6 blJtan paEmrllr Ra mrhhru ditli*rn noiarldyE dmdiletrkk& d bMn imde gnis
Chrooe platrog3.2
,#- x-#-K€longoue pcmdiMsobos 2 mm (dinytu- HlllRr (lSO nnt6..) mlGirumkan pad! gMb., kd4!) OipLf*ai Odq trar!! hrtr.i|tlm
Gambar 1.5 Simbol untuk menyatakan spesifikasisuatu permukoan
Kekasaran rata-rata aritmetik (CLA; Ra):
Harga kekasaran rata-rata aritmetik R" maksimumyang diizinkan, misalnya 3,2 Nm, dituliskan di atas simbolsegitiga. Satuan harus sesuai dengan sistem satuan pan-jang yang digunakan pada gambar teknik (metrik atau inci).Apabila harga kekasaran minimumnya juga disyaratkan,angka kekasaran minimum ini dapat dituliskan di bawahangka kekasaran maksimum.
MILTKD.rden PcrpuerrkrelPtopieri frwa Timur
Hr!6 diprkri utuk mwd.
Tabel 1.5 Angka kekasaran (lSO roughness number) danpanjang sampelstandar
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
N8N7N6N5N4N3N2
18 PeHcuxuRRu Tgrrutr TouRRlrs Benrur onru Possr I
,,
sesuai dengan tingkat harga kekasaran Ru sebagaimanayang ditunjukkan tabel 2.'15. Proses pemesinan, kecualiproses-proses gerinda, honing dan super finishing biasan-ya akan menghasilkan permukaan dengan kelas kekasaran
dari N 5 sampai dengan N 10. Oleh sebab itu, apabila hargapanjang sampel tidak dicantumkan pada simbol kekasaranpermukaan, berarti digunakan panjang sampel sebesar 0,8mm (bila diperkirakan proses pemesinannya adalah halussampai sedang) atau sebesar 2,5 mm (jika merupakanpemesinan kasa).
Harga parameter permukaan yang lain (diletakkan
dalam tandakurung). Apabila diinginkan, harga parameterpermukaan yang lain (selain R.) dapat dituliskan di dalamtanda kurung (setelah harga panjang sampel; lihat contohpada gambar 1.5).
Simbol arah bekas pengerjaan:
Arah bekas pengerjaan pada permukaan dapat di-tuliskan dengan menggunakan simbol sepertiyang ditun-jukkan pada tabel 1.6. Maksud pencantuman arah bekaspengerjaan pada permukaan adalah untuk memastikansegi fungsional permukaan yang bersangkutan (mengu-
rangi gesekan, rupa yang menarik dan sebagainya).
Keteran gan mengenai jenis prosespengerJaan:
Jika diinginkan, simbol permukaan ini dapat digu-nakan hanya untuk memberikan keterangan atas proses
akhir yang diperlukan bagi pengerjaan permukaan ybs.
Keterangan seperti ini kadang-kadang dicantumkan pada
persyaratan permukaan dengan maksud untuk membe-
rikan tekstur (rupa) permukaan sebagaimana yang dike-
hendaki 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
pengerasan (hardening) untuk mencapai kekerasan yang
tertentu, dan sebagainya.
Kelonggaran pemesin an (machiningallowance)'.
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
kerja untuk benda tuangan.
20 I Pr*or*r*oruTgrurrt
TounRrus Beurur oeru Posrsr I
,,
Tabel 1.6 Simbol arah bekas pengerjaan
Tanda Arti oh aan
Selajar dengan bidang pro-yeksi potongan di manatanda dipakai
-a:-)17= / //tr=ffi#€#ffiJ"
[-
sBS
sB$
1Tegak lurus pada bidang pro-yeksi potonganl penampang dimana tanda dipakai
xBersilangan pada dua arahterhadap bidang yang dipro-yeksikan di mana landadioakai
M Banyak arah, tak teratut
c Kurang lebih berupa ling-karan terhadap pusat bidangdi mana tanda dipakai
RKurang lebih radial terhadappusat bidang di mana tandadipakai
KONSEP DASAR
engukuran dalam artiyang umum adalah memband-ingkan suatu besaran dengan besaran acuan/pem-banding/referensi. Proses pengukuran akan meng-
hasilkan 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 menggam-barkan suatu halyang pasti sehingga masih menimbulkan
keraguan. Oleh sebab itu diperlukan suatu besaran acuan
yang bersifat tetap, diketahui, dan diterima oleh semua
orang. Besaran tersebut harus dibakukan (distandarkan)'
Besaran standar yang dipakai sebagai acuan dalam proses
pengukuran harus memenuhi syarat-syarat berikut:
o Dapat didefinisikan secara fisik,
o Jelas dan " tidak berubah dalam kurun waktu ter-
tentu': dano 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 di-
sepakati secara internasional (sl units, lnternotional system
of units,le Systeme lnternasional d'unites) dikenal tujuh be-
saran dasar.
Tabel 2.1 Sotuon standar bagituiuh besoran dasar menurut
sistem sotuan internasional (Sl units)
Besaran dasar Nama satuan standat Simbol
Panjang meter (meter) m
Massa kiloqram (kilogram) k9
Waktu Detik(second) s
Arus listrik amper (ampere) A
Temperatur termo-dinamika
kelvin (kelvin) K
Jumlah zat mol(mole) mol
lntensitas cahaYa lilin (candelo) cd
Satuan tambahan
Sudut bidang radial (radian) Rad *
Sudut ruang steradial (sterodian) sr **
24 I P.*ou*u*u Trrrutx
I
Koxsep Dmnn |
,5
Catatan:* Satu radial berarti sudut yang din-
yatakan pada.suatu bidang (dina-
makan "sudltt bidang\ di antaradua garis radius (jari-iari suatulingkaran) yang memotong ling-karan sehingga panjang busurlingkaran yang terpotong sama
dengan panjang radius lingkaranyang dimaksud. Karena kelilinglingkaran sama dengan 2n x radi-us maka 1 " sama dengan 2n /360rad.
It'c Satu steradial adalah "sLtdut ruang"yang bermula darititik pusat bola yang memotong permukaan bola se-hingga luasnya sama dengan luas segi empat dengansisisama dengan radius bola yang dimaksud.
Semua besaran standar bagi setiap pengukuran yangbukan merupakan besaran dasar tersebut di atas adalahmerupakan turunan (gabungan) beberapa besaran dasar.Contoh besaran turunan adalah seperti yang tercantumpada tabel 2.2.
Tabel 2.2 Besaran turunon dengan satuan standarnya
Besaran turunan Nama satuan turunan SimbolLuas bidanq meterperseqi m2
Volume meterkubik m3
Kecepatan meteroerdetik m/s
Percepatanmeter-per-detik
kuadratmls2
Gaya newton N; ks.m/s2
Tekanan pascal Pa; N/m2; kq/(m.S'?)
Enerqi(keria) ioule J; N.m; kg.m2ls2
Daya watt W:)/s: kq.m21t'
Potensial listrik voltV;WA; kg.m2l(s3.
A)
Tahanan listrik ohmA;YlA; kg.m2l(s3.
A2)
Untuk menyingkat penulisan angka hasil penguku-
ran biasanya digunakan nama depan yang khusus dibuat
untuk mengawali nama satuan standar. Dalam sistem sat-
uan 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 me-
nyingkat angka hasil pengukuran
26 I Pr*or*u*ouTexnrrI
Koxsep Desan 27
1 kg =1grg
1 MW= 106W
1 cm =10-2 m
1mm=10-3m
1 pm =10-6m
I0-t Desi (deci) d 1 nm =10-em10-2 Senti (centi) c
10-3 Mili(milli) m
10{ Mikro (micro) u
10-e Nano (nono) n
10-r2 Piko (pico) p
10-ts Femto ( femto) t1 0r8 Ato (atto) a
2.1 BESARAN STANDAR PANJANG
Untuk pengukuran geometrik besaran dasar yang di-gunakan adalah besaran panjang dengan satuan standarpanjang yang diberi nama meter (m) serta satuan tambah-an yaitu sudut bidang dengan nama derajat (') atau radial(rad). Besaran panjang setara pentingnya dengan besaran
dasar yang lain dan mungkin yang pertama dibutuhkanorang (bersama dengan besaran waktu).
Di muka telah disinggung bahwa besaran standar ha-rus merupakan besaran yang tetap (tidak berubah denganberubahnya waktu). Dalam kenyataannya besaran standarpanjang ini berubah sesuai dengan kemajuan teknologi.Proses pengukuran yang melibatkan benda ukur dan alatukur mengalami kemajuan dalam hal kecermatan, ketepat-an, dan ketelitian yang bisa dicapainya. Dengan demikian,besaran panjang yang kita kenal dengan nama meter inipun sebenarnya telah mengalami perubahan dari sejak ia
tercipta sampai saat ini baik dalam harganya maupun defi-nisinya.
Untuk memahami hal ini berikut disajikan ulasan
singkat mengenai aspek sejarah yang berkaitan dengan be-
saran panjang dan kondisi ilmu serta teknologi yang men-
dukung penentuan standar panjang.
4000 5M Mesir kuno Standar Pan-jang 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 len-
gan 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 t 1 2s.
28 I Pr*or*r*N TrrrurxI
500 SM Protagoros (Yunoni) mengatakan bahwa: "Ma-nusia merupakan ukuran semua benda'i Perkataan filsuf inimembawa pengaruh sampai beratus tahun kemudian bagimasyarakat "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 denganmenggunakan notasiangka sepertiyang kita gunakan sam-pai kini. Berangsur-an gsu r notasi ang ka arab menggantikannotasi angka romawi yang dahulu banyakdigunakan dalamperhitungan. Perkembangan ilmu & teknologi dimulai olehumat Muslim. Pada saat itu mulai dirintis ilmu fisika, kimia,dan matematika termasuk ilmu astronomidan kedokteran.Dasar-dasar optik yang nantinya digunakan sebagai alatuntuk menetapkan satuan panjang mulai dikenal. Demiki-an pula dengan satuan waktu dimana Al-Battanimembuatfraksi satuan waktu (jam) menjadi menit dan detik denganbilangan 60, jam hidrolik dan mekanik diciptakan.
I l0l lnggris dikenalsatuan panjang yang diberi nama1 Yard (Henry l) yaitu jarak dari ujung hidung ke ujung jem-pol saat tangan raja Henry dibentangkan. Sistem desimalbelum mereka kenal dalam perhitungan.
Abad l5 Al-Koshi (Samarkond) memperkenalkan pan-gkat negatif bagi sistem bilangan 10 dan juga sistem bilan-gan 60.
l52B Jean Fernel (Perancis) mengajukan ide untukmenjadikan bumi sebagai acuan (jarak pada garis bujurbumi dari Paris sampai Amiens).
KoHsepoesnn |
29
l66l Christopher Wren (lnggris) mengajukan ide un-
tuk menggunakan bandul waktu (setengah panjang talibandul: pendulum dengan periode 0,5 detik) sebagaisatu-an 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 Fer-
nel.
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 pendu-
lum 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 bumiyang diukur podo garis bujuryang melalui Paris dariDunkirk(pantai utaro Peroncis) sampai Barcelona (Spanyol)'!
Berdasarkan defi nisi meter ini dilakukan pengu kuranyang sebenarnya dari th'1792 s.d. th 1798 yang kemudiandiwujudkan dengan batang platinum berpenampang segi
empat 25 x 4,05 mm. Karena 1 meter adalah jarak antarake dua permukaan ujung batang maka dinamakan sebagaiEnd-Stondard. Tahun 1799 standar meter ("metre des archi-ves"; definitive reference standard; standar resmi acuanpanjang) diresmikan (oleh Perancis) bersama-sama
dengan standar massa (kilogram).
lB40 Meter sebagai satu-satunya satuan panjangyang resmi dipakai secara internasional dideklarasikanpada tanggal 1 Januari 1840 (meskipun masih ada bebera-pa negara yang menggunakan satuan lain; lnggris dengannegara-negara jajahannya). Selama kurun waktu 30 tahunpemerintah Perancis membuat 25 tiruan standar meteryang diberikan kepada negara-negara lain.
Agustus 1870 Pertemuan lnternational Meter Com-mission membentuk komisi peneliti standar meter.
April 1872 Komisi peneliti memutuskan untuk mem-buat standar meter dari paduan 90olo platinum 107o iridium.Untuk membuat materialyang tahan aus seperti ini secara
teliti komposisinya amatlah sulit. Beberapa usaha telah dila-kukan namun hasilnya tidak memuaskan.
Line-Standard
1875 Berdasarkan kontrak tgl. 20 Mei 1875 suatu pe-
rusahaan di London (Johnsons & Matthey) berhasil mem-buat 30 batang platinum-irridium yang teliti komposisinya.
Sebagian (17 batang) dipilih untuk dibuatkan garis tandapada bidang netral pada daerah di dekat ke dua ujungnya.Batang berpenampang X (ukuran 20x20 mm, berat sekitar3,3 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 pan-jang inijuga dinamakan sebagai Line-Standard.Yang dis-
impan di Paris dinamakan sebagai standar primer dan 16
30 PrrucuxunRN Trxrurx Korsrp Dnsen 31
32 Prrucurunmr TExrurx Kousrp Desen
batang lainnya (disimpan di berbagai negara)disebut stan-
dar 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 bidang netral ( Imaginer ) yeng dirancang persis padapermukaan tengah sebelah atas balok berpenampang X
Gambar 2.1 Standar ponjang yang diberlokukan pada tahun1889 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-
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.
o Garis tanda jelas mempunyai tebal (tebal-garis) mu-lai dari sisi yang mana dengan garis tanda ini 1 me-ter ditetapkan? (kiri, kanan, atau tengah dan di manapertengahan garis tanda ini sebenarnya lokasinya?)
o Sulit untuk mereproduksi 1 meter tersebut dengan teli-ti (tak salah) dan tepat (keterulangan yang baik; pada
saat itu teknologi pengukuran baru mencapai ketepa-tan + 1 gm untuk ukuran sepanjang I m ) karena ben-tuk standar ini secara fisik telah dibuat seperti itu.
. Apakah batang standar ini tidak akan berubah dimen-sinya sampai berpuluh tahun kemudian, sementarastruktur metalografinya mungkin berubah sehinggamenimbulkan perubahan dimensinya?
. Apa yang harus dilakukan jika standar meter ini ru-sak atau hilang? Membuat yang baru sehingga persis
seperti aslinya boleh dikatakan tidak akan sempurna!Akibatnya, semua alat ukur dimensi harus ditera ulangdengan standar yang baru jika standar lama diganti.
1892 Albert Michelson (Jermon) berhasil mengukurpanjang gelombang cahaya (spektrum merah yang dipan-carkan lampu Cadmium) dengan menggunakan lnterfer-ometer ciptaannya.
133
untuk sudut 6 yang sen-
gat kecil maka perbedaan
sebesar V2 akan menye-
babkan terulangnya in-
teferensi yang sama yaitu:
manguatkan (terang) atau
melemahkan ( gelap )
Gambar 2.2 Proses interferensi antaro dua berkas cahaya yangmenjodi dosor penentuan satuan panjang dengan mengaitkannya
pada panjang gelombong sinar akromotik dengan memilihsalah satu spektrumnya.
1906 Benoit, Fabry & Perrot (Perancis) berhasil meny-
empurnakan prosedur pengukuran panjang gelombang
cahaya.
1927 Dalam sidang ke 7 General Conference onWeights & Measures (CGPM; Conference Generale des
Poids et Measures) menetapkan definisi meter yaitu:
"Satu meter adalah dimensi (ukuran) yang sama dengan I552 164,1i kali panjang gelombang spektrum meroh darisumber cahaya lampu (berisi gas inert Cadmium) yang diu-kur di atmosfir!
Karena metode pengukuran dengan cara interferom-eter pada saat itu masih sulit untuk diterapkan oleh berb-agai pihak maka batang standar meter yang disimpan diParis (primer) dan beberapa standar (sekunder) yang disim-pan di beberapa negara tetap diberlakukan sebagai acuanyang sah.
Meil935 Di lndonesia diberlakukan sistem satuanmetrik (karena Belanda menerapkan sistem metrik di neg-erinya dan negara-negara jajahannya)
l4 Oktober 1960Pada sidang ke 1l General Confer-ence on Weights & Measures (CGPM) memutuskanuntuk memberlakukan standar meter yang baru yaitu:
"Sotu meter adolah panjang (dimensi) yong sama dengan1 650 763.7i kali panjang gelombang pado ruang hampasuatu radiosi yang setara dengan perubahan tingkot 2p,odon 5d, dari otom Krypton-86 (spektrum oranye)'!
Penentuan atom Kripton-86 sebagai medium acuandalam penetapan standar panjang inididasarkan atas hasil
berbagai penelitian. Garis spektrum pada panjang gelom-bang sinar kuningkemerahan dianggap sebagai yang pal-
ing tipis dibandingkan dengan garis spektrum pada pan-jang gelombang yang lain (dari sumber cahaya gas inertKrypton-86 atau gas inert yang lain). Berdasarkan definisimeter di atas, dengan menggunakan interferometer, me-mungkinkan penentuan standar panjang meter denganketepatan sampai + 4 nm (setara dengan penentuan jarak
1000 km dengan ketepatan + 4 mm; jika pengukuran di-ulang hasilnya dapat/mungkin berbeda dengan bedamaksimum kurang dariS mm).
Dari saat itu ketergantungan atas standar panjangyang diwujudkan secara fisik (standar yang disimpan diParis) tidak dibutuhkan lagi. Di mana saja, kapan saja, den-gan peralatan yang memadai (interferometer) seseorang
dapat "memunculkan" standar meterjika diperlukan dalam
34 PeNcuxunnN Trxnrr KoNseponsan |
35
rangka peneraan (kalibrasi) suatu alat ukur dimensi. Dalam
hal ini perlu dicatat bahwa prosedur peneraan harus di-
lakukan dengan sesaksama mungkin guna menjamin kete-
litian hasil kalibrasi (kesamaan dengan harga yang diang-
gap paling benar). Semakin baik peralatan yang digunakan,
berkat kemajuan teknologi, penentuan ketepatan standarpanjang akan semakin baik (jika prosedur diulang akan
menunjukkan harga yang hampir sama).
Februari l962lndonesio masuk menjadi anggota Kon-
vensi Meter lnternasional. Memperoleh standard panjang
(batang berpenampang X dari Platinum-lrridium) berno-
mor 27 dan standar massa (silinder Platinum-lrridium) ber-
nomor 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
Sti m u I ated E m i ssi o 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 gelom-
bang; monocromatik) semakin tepat panjang gelombang-
nya berkat teknik pengontrolan frekwensi yang baik. Pada
tahun 1982 tercatat suatu usaha, dengan menggunakan
laser, pengukuran satu meter sampai ketepatan + 1,3nm.
Light-Standard20 Oktober 1983 Pada sidang ke 17 General Confer-
ence on Weights & Measures (CGPM) menetapkan:
"Satu meter odalah jarak (dimensi) yong ditempuh sinor (Lo-
36 I Pr*or*u*ru TrrrurxI
ser Merah yang berasol dari gas Argon yang diionkon yangdistabil-kan panjang gelombangnya) pada ruang hampa se-lama 1 / 299 792 458 detik'!
Pada definisi 1 meter di atas tercatat bahwa standarpanjang dikaitkan dengan standar waktu. Hal ini sebetul-nya bukan suatu hal yang baru karena pada tahun 1661Christopher Wren (lnggris) mengajukan ide untuk meng-gunakan tali bandul waktu (setengah panjang tali bandul;pendulum dengan periode 0,5 sekon) sebagai standar pan-jang. Baru pada akhir abad ke 20 ini ide pengaitan standarpanjang dengan standar waktu tersebut dapat diterimaberkat kemajuan teknologi pengukuran besaran panjangdan besaran waktu. Besaran waktu ditetapkan (pada sidangke 1 3 CGPM ,1967) sebagai berikut:
"Satu detik adaloh selang woktu yang dibutuhkan oleh 9 t 92631 770 periode dari radiasi yang setara dengan perubohandua tingkat hiperfine pada kondisi ground bagi atom Coe-sium-|33'!
Uraian di atas menggambarkan bagaimana usahamanusia untuk menyempurnakan proses pengukuran.Mengapa hal ini perlu dilakukan? Penguasaan ilmu &teknologi sebenarnya terletak pada kemampuan orangdalam menyatakan besarnya sesuatu dalam bentuk angkayang diyakini kebenarannya.
t,,Kousep Desen
2.2 KALIBRASI & STANDAR PANJANGPRAKTIS
Dengan hanya memandang definisi pengukuran
(perbandingan dengan besaran acuan) dan definisi meter
(jarak yang ditempuh cahaya selama suatu saat) kelihatan-
nya mustahil untuk melakukan pengukuran atas dimensi
suatu produk. Memang, dalam prakteknya pengukuran ti-dak dilakukan dengan secara langsung membandingkan
dengan standar meter melainkan digunakan alat pem-
banding yaitu alat ukur.
Skala dan Kecermatan
Pada bermacam-macam jenis alat ukur akan dite-mukan skala ukuran. Skala tersebut menunjukkan satuan
panjang yang berupa bagian dari meter, dapat merupakan
milimeter ataupun mikrometer yang menunjukkan kecer-
matan alat ukur yang bersangkutan. Berdasarkan skala ini
dapat dibaca berapa panjang atau dimensi suatu objekukur.
Tentu saja alat ukur, yang direncanakan dengan prin-
sip 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). Ke-
salahan dapat diakibatkan oleh salah satu atau gabungan
berbagai faktor antara lain:
38 I Pr*or*r*ruTerHrrI
1. kekeliruan pelaksanaan proses pengukuran.
2. kekurangsaksamaan pengontrolan jalannya proses
pengukuran (adanya pengaruh perubahan besaran
lain).
3. kesalahan pada alat ukurnya (ketidakbenaran ska-
lanya).
Kalibrasi
Faktor pertama dan kedua diatas perlu dihindariden-gan jalan mempelajari teknologi pengukuran (yang meru-
pakan ulasan utama buku ini) Faktor ketiga dapat dihindari
dengan melakukan kalibrasi (calibration).
Kalibrasi ' harus dilakukan dengan prosedur tertentukarena pada hakekatnya mengalibrasiserupa dengan men-
gukur 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 /e-
bih benor disinimengandung makna praktis.
Kalibrasi dan Kecermatan
Tidaklah praktis jika penggaris dengan kecermatan
I mm harus dikalibrasidengan memakai Laser lnterferom-
Korusrp Dnsan 39
eter yang mampu membaca kesalahan sampai orde 1 nm(buat apa Anda ingin mengetahui kesalahannya sampaisekecil itu jika penggaris yang Anda pakai hanya mampumenunjukkan harga terkecil sampai 't mm ?). Jadi, kalibrasiumumnya dilakukan sesuai dengan kecermatan alat ukurybs. Yaitu, dengan membandingkan dengan alat ukur lainyang satu atau beberapa tingkat lebih tinggi kecermatandan kebenaran skalanya.
Rantai-Kalibrasi dan Keterlacakan
Untuk mempermudah kalibrasi diperlukan alat ukuracuan yang cocok, disesuaikan dengan konstruksi alat ukurybs. Selanjutnya alat ukur acuan ini pun harus pula telah di-kalibrasi dengan menggunakan alat ukur acuan lain yang
lebih tinggitingkat kebenarannya (lebih teliti). Hal ini diter-apkan secara bertahap sehingga sampai pada pemakaian
standar meter seperti yang didefinisikan secara internasi-onal. Dengan demikian, terbentuk rantai-kalibrasi (calibra-
tion 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.
Kalibrasi memerlukan Standar pada manatoleransi dinyatakan
Pada suatu tingkat rantai-kalibrasi, selain kalibrasiharus dilakukan dengan prosedur yang benar, data hasil
kalibrasi harus dianalisis dengan metoda yang diyakini ke-baikannya (metoda statistik). Dengan cara ini dapat ditarikkesimpulan yang sebaik-baiknya mengenai ketelitian alatukur ybs. Kesalahan yang ada/tercatat perlu dibanding-kan dengan toleransi yang diizinkan sesuai dengan tingkatketelitian kalibrasi. Hal ini diatur sesuai dengan standar na-
sional misalnya 5Nl (Standar Nasional lndonesia), J15 (Japan
lndustrial Standard), DIN (Deutsches lnstitut fur Normung),dsb.
Konsekuensi pemakaian alat-ukur yangtak-teliti
Bagialat ukur panjang yang digunakan dalam perda-gangan peneraannya (proses kalibrasidan pemberian tan-da/tera) diatur secara khusus oleh Departemen Perdagan-gan dan Koperasi (sebelum disatukan dengan DepartemenPerindustrian; Dirjen Perdagangan Dalam Negri, DirektoratMetrologi yang dituangkan dalam UUML; Undang-UndangMetrologi Legal). Datam hal yang terakhir ini mencakupsegi hukum guna melindungi konsumen dariakibat peny-
alahgunaan alat ukur.
40 I Pguou*r*ruTexrurrI
Kolsep Desen |
41
Meskipun tidak sampai mencakup aspek legal, peng-g u naa n aiat ukur yang tidak teliti ( tak ben ar) bagi keperl ua n
industri jelas harus dihindari. Sebab, pengguna alat ukur(dalam hal ini produsen) akan menanggung akibatnya se-
cara langsung yaitu dengan merosotnya mutu geometrikproduk. Komponen mesin/ peralatan mungkin tak bisa
dirakit dengan baik ataupun fungsi mesin/peralatan akan
terganggu, bukankah mutu geometrik menentukan mutufungsional mesin/peralatan?
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
pa ka i s ka la nya mem pu nyai kecerma tan (re sol uti on) sebesa r
1 mm, karena jarak antara garis-garisnya dibuat sebesar 1
mm.
"Pembacaan" skala & Melakukan lnter-polasi
Penggaris digunakan dengan cara menempelkanpada objek ukur yang akan diukur panjangnya. Pengguna
akan mengusahakan salah satu garis skala (biasanya garis
42 I Pr"or*r*xTexnrxI
mula dengan tanda nol; ujung kiri) berimpit pada salah satu
tepi objek ukur. Panjang objek ukur "dibaca"dengan meli-
hat tepi lain (kanan) objek ukur berimpit dengan garis skala
yang keberapa (biasanya "jatuh" pada garis skala yang di-beriangka ditambah dengan beberapa garis lagidisebelahkanannya). Jika tepi objek ukur tidak pas ("benar-benar")berimpit dengan garis skala, orang akan membulatkan ke
atas (misalnya 39 mm) atau memenggalnya ke bawah (mis-
alnya 38 mm) bila ia tidak ingin menyatakan harga kelebi-
hannya dengan cara mengira-ngira (melakukan "interpo-lasi"; misalnya dengan menyatakan 38.(8) mm ).
Suatu jenis alat ukur panjang bisa dibuat denganskala serupa pada penggaris dari bahan gelas/kaca den-gan kecermatan skala garis (garis hitam) sampai misalnya0.008 mm (sebagaimana yang dipakai pada alat ukur op-tik dengan prinsip kerja digital-elektronik jenis inoementa!encoder,lihat gambar 2.3). Dengan kecermatan skala se-
kecil ini "mata telanjang" tidak mampu lagi melihat garis-garis skalanya melainkan hanya sebagai gelas transparandengan sebagian permukaannya (pada bagian skalanya)
terlihat berwarna kelabu. Untuk meng kalibrasi skala sepertiini dapat digunakan atat ukur standar jenis Michelson lnter-ferometer.
143Korusep Dnsan
porlrlsearruL
rr4 Oarb
+lf2 oads
p.lrilb.(!mk
Gambar 2.4 Sotu blok ukur otau susunan beberapo btok ukur do-pat dijadikan acuan dalam pengukuran tinggi objek ukur
secaro tak langsung.
Dengan kemajuan teknologi pengukuran besaranpanjang saat ini secara meluas telah digunakan Laser ln-terferometer yang memiliki kecermatan yang tinggi. Je-nis yang dipasarkan misalnya HP Laser lnterferometer (Hp
55286/8A) yang digunakan di ruang yang tak terlalu ter-kondisikan akan memiliki kecermatan sampai 1 prm. JikaLaser lnterferometer ini dipakai di ruang yang sangat ter-kondisikan (temperatur, tekanan, dan kelembabannya),indeks bias udara bisa dianggap tak berubah dan kecer-matan pengukuran bisa naik (lebih kecil daripada 0.1 pm;karena ketelitian/ketidaksalahannya dapat diketahui lebihkecil daripada 0.01 pm). Selain digunakan sebagai alat ukurpengkalibrasijuga dapat digunakan sebagai alat ukur jarakdengan kapasitas ukur yang cukup besar (sekitar 30 m).Gambar 2.5 adalah contoh pemakaian Laser lnterferometer
MILiKI
MILIN iBrdeo ?trPustaka*t I
Propiusl tawr {imuJ I
A,?
II3
#-ffilffiffia{4*'r'
Gambar 2.3 Skala pada pelattronsparan yang dimonfastkan seb-ogai alot ukur posisi, misalnya bagi mesin perkakos. Foto-selyang
terletak di belokang mampu mendeteksi gerakan pelat skala akibatperubahan intensitas cohaya yong diterimanya.
Untuk mengkalibrasi alat ukur biasanya digunakanblok ukur (gauge block/slip gauge) yaitu balok (berpe-
nampang) segi empat, umumnya dibuat dari baja karbon(atau karbida), di mana jarak antara dua sisinya telah dik-etahui. Dengan menyusun bermacam-macam blok ukurdari bermacam-macam ukuran, praktis dapat dibuat uku-ran panjang sebagaimana yang dikehendaki. Salah satu
pemakaian blok ukur adalah sebagai acuan dalam pengu-
kuran tak langsung seperti yang diperlihatkan gambar 2.4.
Selanjutnya, blok ukur-blok ukur tersebut dapat dikalibrasi
dengan memakai prinsip interferometer (Koster lnterfer-ometer) yang menggunakan sinar secara langsung sebagai
standar panjang. Panjang gelombang dari beberapa sinar
yang dipakai dapat ditentukan secara fisik (dengan meng-gunakan spektrometer) sehingga diketahui hubungannya
dengan standar meter seperti yang didefinisikan di atas.
44 I Prror*r*ouTrxrurxI
-- --
Korvsep Dnsnn 45
untuk mengkalibrasi
mesin perkakas NC.
ketelitian dan ketepatan pemosisian
d ulov-rleffi
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 ete r.
Berbagaijenis interferometer yang disebut di atas se-
cara garis besar diuraikan pada tiga sub-bab berikut. Pem-
bahasan ditekankan pada aspek prinsip kerja dengan hara-
pan pembaca dapat menghayati arti kecermotan, ketelition
dan ketepatan.
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 Pr*or*u*onTrxxtxI
p*s-<]H-.={fo.
h'
)
laian dan pengakhiran pembacaan skala yang dikalibrasi,
lihat gambar 2.6.
Berkas sinar monokromatis (dipilih dari salah satu
panjang gelombang, misalnya spektrum merah, dari ber-
kas 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 ca-
haya 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 interfe-rensi. Tergantung pada posisi cermin di kanan, perbedaan
fase panjang gelombang ke dua berkas yang bersatu akan
menyebabkan interferensi yang menghasilkan berkas ca-
haya 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 mengulangiproses interferensi (lemah atau kuat). Fotoselyang menang-
kap berkas sinar yang terinterferensikan akan memberikansinyal 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
Gambar 2.6 lnterferometer model Michelson yang dapat di-gunakan untuk mengkalibrasi pelaVbatang berskala.
"Mikroskop Elektrik" diperlukan untuk mam pu "meli-
hat" saat pemulaian dan pengakhiran penghitungan jum-
lah interferensi akibat gerakan cermin pada mana skala
yang dikalibrasi diletakkan. Dengan cara ini akan dijaminketepatan pengulangan kalibrasiyang dilakukan untuk se-
tiap gerakan sepanjang satu skala. Misalnya, pada kondisi
lingkungan standar (1 atm, 20" C,65olo RH) satu skala den-gan jarak 0.008 mm (0.000 008 m) akan memberikanjumlah interferensi bagi sinar merah lampu cadmiumsebesar:
1 skala = 0.000 008 x 1 552 I tr.l 3 I 2 = 6208 = 6 interferensi
48 I Pr*or*r*HTernrrI
Kiister lnterferometerBlok ukur yang akan dikalibrasi terlebih dahulu diu-
kur tebal/tinggi nominalnya dengan memakai komparator
dengan kecermatan misalnya 1 pm. Dengan demikian, bila
ada perbedaan ukuran nominal (yang tercantum pada blokukur) terhadap ukuran sebenarnya paling tidak akan diket-ahui harganya yaitu sama dengan kecermatan komparator.
Untuk memastikan perbedaan tersebut blok ukur inidapatdiukur dengan Koster lnterferometer.
Serupa dengan model Michelson, Koster lnterferom-eter menEgunakan pelat gelas dengan orientasi45" sebagai
komponen pemisah dan pemersatu berkas sinar monokro-matik. Gambar 2.7 memperlihatkan skema bagian-bagian
Koster I 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 ber-gantian. Biasanya digunakan kombinasi 2s.d.4 macam
lampu tabung dengan isi gas yang berbeda-beda un-tuk mengkalibrasi blok ukur dengan ukuran nominal0.5 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 monokromatikdengan sudut bias yang beragam. Salah satu berkas
cahaya monokromatik dengan panjang gelombang
KorusrpDnsnn 1
n
(warna) tertentu dibiaskan dengan sudut 90" ke bawah.
Jenis berkas yang diteruskan ke bawah ini dapat dipilih(merah, kuning, hijau, atau biru) dengan memutar su-
sunan prisma Fabry-Perrot.
pelat gelas dan cermin interferator; berkas cahaya
monokromatik dipisahkan dan digabungkan kembali(tidak tergabung kembali 100o/o, sebab ada yang ter-pantul dan terbias ke arah lain) oleh pelat gelas berori-entasi 45'. Bila pada Michelson lnterferometer peng-gabungan ini akan menyebabkan proses interferensiyang sama untuk selebar penampang berkas, pada
Koster lnterferometer proses interferensi akan terjadidengan bentuk baris-baris berkas gelap terang aki-
bat 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 (ber-
fungsi serupa dengan 'termin-bawah" pada Michelson
lnterferometer). Karena posisi meja sedikit dimiringkanmaka berkas cahaya yang dipantulkan akan tergabungdengan berkas cahaya pantulan "cermin-kanan" yang
menghasilkan proses interferensi baris-baris gelap-
terang serupa dengan yang terjadi pada pelat gelas
yang sedikit dimiringkan terhadap cermin di bawahnya.
teleskop; fokus teleskop ditetapkan sehingga permu-
kaan meja dan permukaan atas blok ukur terlihat den-gan jelas. Melalui okuler pengamat dapat memperha-
50 I Pr*or^r*HTexrrxI
Korusrp Dmm 51
tikan posisi baris-baris gelap di atas blok ukur
terhadap baris-baris gelap diatas meja.
Gambar 2.7 Koster lnterferometeryang dimonfaatkan untukmengkalibrasi blok-ukur (g a u gel g o g e b I o c k ). Meiadiatas 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 interpolosi posisi garis di otas permukaan blok ukur terhodop garis di
permukaan meja. Melalui perbandingan hosilyang diperoleh dorimisalnya 3 berkas dengan spektrum yang berbeda dapot diketohui
pe rbed a a n tebal (ketin ggi an) blok- u ku r terh ad a pharga nominalnya.
relatif
Analisis pengamatan; bila ketinggian permukaanblok ukur relatif terhadap permukaan meja (t) benar-benarmerupakan kelipatan setengah panjang gelombang berkassinar;
t= (a+b,) 1/2\
di mana (a + b,) = bilangan genap atau ganjil; a bilanganmulaidari puluhan ke atas, b, bilangan satuan, maka, inter-ferensidi permukaan blok ukurakan segaris dengan interfe-rensi 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 (di-
tentukan 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 Pr*or*r*nTexnrxI
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) di-
peroleh persamaan:
t=(a+b,+f,)72 )\,
t-(a+bo+fo)Vzho
Berdasarkan pengamatan 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 ditetap-
kan 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 berbeda-
beda (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 mendefi-nisikan harga rata-rata.
Bagi blok ukur dengan ukuran nominal > 120 mmpengaturan fokus teleskop akan menjadi sulit. Jika fokusdiatur sehingga permukaan blok ukur terlihat jelas, padasaat itu permukaan meja akan terlihat kabur, dan demikianpula hal sebaliknya. Pada kondisi ini penentuan l, jarak ge-seran garis-garis interferensi, akan menjadi sulit. Oleh se-bab itu, kalibrasi dilakukan dengan membandingkan blokukur dengan satu blok ukur (atau susunan blok ukur yangtelah dikalibrasi) sebagaiacuan yang memiliki kualitas yangsama (atau yang lebih tinggi). Ke dua blok ukur ini diletak-kan berdampingan di atas meja. pada cara perbandinganini digunakan berkas cahaya putih (prisma fabry-perrot di-gantidengan cermin).
Kualitas pembuatan blok ukur ditentukan oleh stan-dar. Dalam hal ini kualitas tersebut dikaitkan dengan kete-litian ukuran nominalnya. Berdasarkan hasil kalibrasi dapatdiketahui 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 kualitasmenurut standar kalibrasi yang dianut ( DlN, JlS, lSe atauSNI ). Jadi, sebagai hasil kalibrasi dengan Koster lnterfer-ometer ini blok ukur tersebut dapat dianggap mempunyaiangka kualitas tertentu misalnya 00, atau 0.
54 Pexcurunnn TexNrx Korusrp Dnsen
Sementara itu, blok ukur kualitas '1,2,3, atau 4 bi-asanya dikalibrasi dengan teknik perbandingan denganblok ukur kualitas 0 (atau 00) dengan memakai kompara-tor dengan kecermatan 1 Um.Tentu saja, dalam hal yangterakhir ini blok ukur acuan tersebut harus telah lolos darikalibrasi pada tingkat yang lebih tinggi (misalnya denganKoster lnterferometer) demi untuk menjaga sifat keter-lacakan (t raceab i I ity).
Laser Interferometer
Skema prinsip kerja Laser lnterferomefer adalahsepertiyang ditunjukkan pada gambar 2.8. Dari tabung ge-las, yang berisi gas Helium dan Neon yang dieksitasikan diantara dua reflektor yang dijaga tetap jaraknya dan dilalu-kan pada medan magnet, dipancarkanlah sinar Laser (LightAmplified by Stimulated Energy Radiation) dengan polari-sasi sirkuler (karena efek Zeeman).
Oleh Converter (2 pelat optik dengan indeks bias ber-beda) polarisasi sinar Laser diubah menjadiorthogonal (sal-
ing tegak-lurus; misalnya dengan frekuensif, pada bidangpolarisasi datar dan frekuensi f, pada bidang polarisasitegak). Berkas Laser ini kemudian disejajarkan oleh Colli-mator di mana sebelum dikeluarkan dari bagian Laser Headberkas tersebut dipecah oleh nonpolarizing beam splitter.
ls5
Io
ttT
Gambar 2.8 Peralatan dasar Laser lnterferomoter adalah LaserHead, Display & Counter, interferator, dan Reflector (Target).
Laser Head dipasang di luar sistem pengkalibrasian yaitu padadudukan yang tahan goyang. interferator dan Reflector dipa-sang pada bagian yang diam (relatif) dan yang bisa bergerak
(relatif) dalam sistem kalibrasi. Jarak pergeseran dapat dimonitoroleh Laser Interferometer dan digunakan sebagai acuan keteli-
tian(jarak) gerakan.
Sebagian berkas (20o/o) dibelokkan untuk digunakansebagai acuan penghitungan ataupun untuk mengontrol(menjaga) frekuensi atau panjang gelombang Laser dansebagian yang lain (80o/o) dikeluarkan dari Laser Head. Di
dalam Loser Heod bagian berkas 20olo dipisahkan oleh pris-
ma (polarizing beam splitier) menjadi berkas dengan polari-
sasi datar f, dan polarisasi tegak f, yang selanjutnya ditang-kap oleh photocell.
Sinyal listrik ke dua photocell digabung untuk kemu-dian dipakaisebagai masukan bagi LoserTuning Regulotaryang akan menjaga jarak ke dua excitation reflector padatabung He-Ne. Laser Tuning Requlator juga diberi masu-kan mengenai kondisi udara sekitar (temperatur, tekanan,dan atau kelembaban). Dengan teknik inijarak ke dua excr-tation reflector akan berubah secara dinamik (berkat batangpiezoelectric yang dieksitasikan oleh Tuning Regulator),mengikuti perubahan kondisi udara sekitar pada sistemyang dikalibrasi, sehingga berkas laser akan terjaga pan-jang gelombangnya (misalnya 632.8 nm).
Jadi, berkas laser ini benar-benar merupakan berkascahaya monokromatik" Suatu sistem optik (misalnya peny-ejajar berka s; collimator) yang dirancang untuk berkas sinarpada panjang gelombang ini akan memiliki kesejajaranyang jauh lebih tinggi daripada yang ada pada sistem optikdengan berkas cahaya akromatik. Akibatnya, Laser lnterfe-rometer ini memiliki kapasitas ukur yang sangat besar (20s.d.30 m).
Di depan Laser Heodterletak lnterferator yang dipas-angkan pada salah satu bagian/komponen mesin NC (padaspindel atau meja, lihat gambar 2.5) atau bagian sistem
56 I Pr*or*r*u TerrurrI
Korusep Dnsnn 57
kalibrasi yang tak bergerak. Oleh interferator, yang terdiriatas susunan prisma optik, sebagian berkas (f, dengan po-
larisasi tegak) dibelokkan kembali menuju Laser Head (den-
gan perubahan bidang polarisasi) dan sebagian (f,dengan
polarisasi datar) diteruskan ke Reflector. Jika lnterferatortakbergerak (diam) Reflector harus merupakan bagian yang
bergerak yang bisa dipasang pada bagian mesin perkakas
NC yang akan dikalibrasi (pada meja atau spindel) atau di-pasang pada penggeser seperti halnya pada Michelson ln-
terferometer, lihat gambar 2.6.
Refl ecto r membelokka n berkas Laser kembal i men uju
lnterferator sehingga berkas tersebut bersatu dengan bagi-
an berkas yang berasal dari satu sumber. Pada saat bersatu
akan terjadi gejala interferensisebab polarisasi ke dua ber-
kas l-aser mempunyai orientasiyang sama.
Jika target digerakkan mendekat (menjauh) dengan
kecepatan v frekuensi berkas laser yang dibelokkan kem-
bali menuju interferatar akan naik (turun) sebesar Af (ka-
rena 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 ataupenurunan intensitas berkas Laser yang kembali menujuLaser 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
lnterferator dengan Target. Sinyal ini kemudian diperkuatdan dikirimkan ke Counter untuk dihitung jumlah pulsanya
yang menggambarkan jarak pergeseran antara lnterferotordengan 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-
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-
ning Error).
I
ir
i
i
i
I
lli58 Prncuxunan Trrnrx Kousrp Desen 59
;l
.IENIS ALAT UKUR DANCARA PENGUKURAN
Iat ukur geometrik bisa diklasifikasikan menurutprinsip kerja, kegunaan, atau sifatnya. Dari cara kla-sifikasi ini yang lebih sederhana adalah klasifikasi
menurut sifatnya, di mana alat ukur geometrik dibagi men-jadi 5 jenis dasar dan 2 jenis turunan yaitu:1. Jenis Dasar: Alat ukur langsung; yang mempunyai skala
ukur yang telah dikalibrasi. Kecermatannya rendah s/dmenengah (1 s/d 0,002 mm). Hasil pengukuran dapatlangsung dibaca pada skala tersebut.
2. Alat ukur pembanding/komparator; yang mempunyaiskala ukur yang telah dikalibrasi. LJmumnya mernilikikecermatan menengah ( > 0,01 mm; cenderung clise-but pembanding) s/d tinggi ( > 0.001 mm; lebih seringdinamakan komparator) tetapi kapasitas atau daerahskala ukurnya terbatas. Alat ukur ini hanya digunakansebagai pembacaan besarnya selisih suatu dimensiter-hadap ukuran standar.
3. Alat ukur acuan/standar; yang mampu memberikanatau menunjukkan suatu harga ukuran tertentu. Di-
gunakan sebagai acuan bersama-sama dengan alat
ukur pembanding untuk menentukan dimensi suatu
objek ukur. Dapat mempunyai skala sepertiyang dimi-liki alat ukur standar yang dapat diatur harganya atau
tak memilikiskala karena hanya mempunyai satu harga
nominal.4. Alat ukur batas (kaliber); yang mampu menunjukkan
apakah suatu dimensi, bentuk, dan/atau posisi terletakdi dalam atau di luar daerah toleransinya. Dapat memi-liki skala, tetapi lebih sering tak mempunyai skala ka-
rena memang dirancang untuk pemeriksaan toleransi
suatu objek ukur yang tertentu (khas, spesifik)
5. AIat ukur bantu; yang tidak termasuk sebagai alat ukurdalam arti yang sesungguhnya akan tetapi memilikiperanan penting dalam pelaksanaan suatu proses pen-
gukuran geometrik.
Jenis Turunan:
Dua jenis turunan berikut dapat merupakan salah
satu dari tiga jenis pertama di atas atau gabungannya,
yakni:
1. Alat ukur khas (khusus, spesifik); yang dibuat khusus
untuk mengukur geometri yang khas misalnya kekasa-
ran permukaan, kebulatan, profil gigi suatu roda-gigi.Termasuk dalam kategori ini adalah yang dirancang un-
tuk kegunaan tertentu, misalnya Koster lnterferom\runtuk mengkalibrasi blok ukur. Selain mekanismeny\
Il
62 I Pr*or*r*oxTrxrurxI
/./
yang khas, alat ukur jenis ini dapat memiliki skala dandapat dilengkapi alat pencatat atau penganalisis data.
2. Alat ukur koordinat; yang memiliki sensor yang dapatdigerakkan dalam ruang. Koordinat sensor dibaca me-laluitiga skala yang disusun seperti koordinat kartesius(X,Y,Z). Dapat dilengkapi dengan sumbu putar (koor-dinat polar). Memerlukan penganalisis data titik-titikkoordinat untuk diproses menjadi informasi yang lebihjelas (diameter lubang, jarak sumbu).
Untuk menetapkan metoda atau cara pengukuranyang terbaik dan jenis alat ukur. Selain seperti cara dia-tas, proses pengukuran pun bisa diklasifikasikan sebagaiberikut:
1. Proses pengukuran langsung.2. Proses pengukuran tak langsung.3. Proses pemeriksaan toleransi (dengan kaliber
batas).
4. Proses perbandingan dengan bentuk acuan(standar).
5. Proses pengukuran geometri khusus, dan6. Proses pengukuran dengan mesin ukur koordinat.
Ke enam jenis proses pengukuran ini diilustrasikandengan contoh pada gambar 3.1. Sementara itu, gambar3.2 adalah contoh pengukuran geometri khusus misalnyakebulatan dan profil suatu gigi roda-gigi, dan gambar 3.3memperlihatkan mesin ukur koordinat.
Jrrurs 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 di-
mungkinkan. Proses pengukuran dapat cepat diselesaikan.
Alat-ukur-langsung umumnya memiliki kecermatanyang rendah dan pemakaiannya dibatasi yaitu:
)s. Karena daerah toleransi < kecernratan alat ukur,
)s. Karena kondisi fisik objek ukur yang tak memun-gkinkan digunakannya alat ukur langsung,
b. Karena sesuai dengan jenis toleransi yang diberi-
kan pada objek ukur misalnya toleransi bentukdanposisi sehingga memerlukan proses pengukuran
khusus.
Contoh pengukuran langsung adalah pengukuran
tebal objek ukur dengan memakai mikrometer:
AFmEtEf.t ttgn arte.i
t aaerE(s)(dnss Fqfr' rEal)
L P.rElaur lrf ]r!rt.
c. Pemeriksaan dmgan Kaliber GO & NOTGO
Gambar 3.1 Proses pengukuran geometrik dapat dilaksanakan:(a) secara langsung, (b) tak langsung, (c) pemeriksaan dengankaliber batas, atau (d) perbandingan dengan bentuk acuan.Berdasarkan ilustrasi ini dapat disimpulkan bahwa teknologi
pengukuran geometrik harus dirancang/dipilih sesuai denganmasalah yang dihadapi, supaya efektif dan efisien. Efektif ber-
makna menghasilkan data pengukuran/pemeriksaan yang dapatdiyakini kebenaran dan keterulangannya. Efisien berarti dapat
dilakukan dengan usaha yang benar dan dapat dipertanggungja-wabkan cara pelaksanaannya.
I F..!l&m frarut(-tr nft!.*,
XtD. m/N ffilC
64 I Pr*or*r*N TexNrrI
Jerurs Aur Urun oRn CRnR PrrucuxunRru 65
,t-
Pengukuran tak Iangsung
Merupakan proses pengukuran yang dilaksanakan
dengan memakai beberapa jenis alat ukur berjenis pem-
banding/komparator, standar dan bantu. Perbedaan harga
yang ditunjukkan oleh skala alat ukur pembanding sewak-
tu objek ukur dibandingkan dengan ukuran standar (pada
alat ukur standar) dapat digunakan untuk menentukan di-
mensiobjek ukur. Karena alat ukur pembanding umumnyarnemiliki kecermatan yang tinggi, sementara itu alat ukurstandar memiliki kualitas (ketelitian) yang bisa diandalkan,
maka proses pengukuran tak langsung dapat dilaksanakan
sebaik mungkin untuk menghasilkan harga yang cer-
mat serta teliti dan tepat. Proses pengukuran tak lang-sung umumnya berlangsung dalam waktu yang relatiflama. Contoh pengukuran semacam ini ditunjukkanpada gambar 3.1.b, dengan alat ukur pembanding je-nis pupitas (dioltest indicotor) yang dipasangkan pada
dudukan-pemindah (transfer stand; sebagai alat ukurbantu), 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 alatukur bantu.
Pemeriksaan dengan kaliber batas
Dinamakan sebagai proses pemeriksaan karena tidakmenghasilkan data angka (numerik) seperti halnya yang di-hasi 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 Pr*or*r*H TexuxI
liki harga yang terletak di dalam atau di luar daerah toler-ansi ukuran, bentuk, atau posisi. Objek ukur akan dianggapbaik bila terletak di dalam daerah toleransi dan dikatakanjelek bila batas materialnya berada di luar daerah toleransiyang dimaksud. Proses pemeriksaan berlangsung cepat dan
cocok untuk menangani pemeriksaan kualitas geometrikproduk hasil proses produksi massal. Gambar 3.1.c meru-pakan contoh proses pemeriksaan toleransi lubang dengan
memakai kaliber poros (go & not go gauges).
Perbandingan dengan bentuk acuan
Bentuk suatu produk (misalnya profil ulir atau rodagigi) dapat dibandingkan dengan suatu bentukacuan yang
ditetapkan atau dibakukan (standar) pada layar alat ukurproyeksi. 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 dibandingkandengan bentuk standar, lihat contoh pada garnbar 3.1.d.
Pengukuran geometri khusus
Berbeda dengan pemeriksaan secara perbandin-gan, pengukuran geometri khusus benar-benar mengukurgeometri produk. Dengan memperhatikan daerah toleran-sinya, alat ukur dan prosedur pengukuran dirancang dan
dilaksanakan secara khusus. Berbagai masalah penguku-
ran 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 mem-
perlihatkan 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-
dah untuk dikuasai.
dalam ,iarcirr*, lingkaran daerah minimum (MRZ) dan
I i n g ka ra n kuad rat terf<ecittmasi n g-ma s i n g bisa .men g hasi I -
kan harga parameter kebulatan AR yang berbeda).
Menurut ISO cara analisis MRZ(Minimum RadialZone)
adalah sesuai dengan makna toleransi kebulatan; perhati-
kan pernyataan toleransi kebulatan seperti yang diperlihat-
kan pada gambar 3.2.b.
1i
i
rl
$hdrl Ills F*r, ---r'
I uUrr firrr r*r c fr-rffiLaC
taioanrE+,!r
tdn i.,ntadq,(.trr{dil)ytECfqtEl.rtrra
F-{U utA tnq-,,d b..rn alr(t naihrhtEI
Gambar 3.2. b Pengukuran Geometri Khusus;
Kebulatan hanya bisa diukur dengan benar dengan
alat ukur kebulatan jenis sensor putar atau meja putar. Ber-
Gambar 3.2. a. Pengukuran Geometri Khusus;
Contoh profil kebulatan sebagai hasil pengukuran
denganalatukurkebulatandapatdianalisisberdasarkanempat cara yaitu cara lingkaran luar minimum' lingkaran
68 I Pr*or*r*nTrxHlxI
Jeurs Aunr Urua olrq CeRe PENcuruRen 69
dasarkan profil kebulatan yang terekam pada grafik polarbisa ditentukan harga parameter kebulatannya (lihat gam-bar 3.2.a). Jenis sensor putar bisa digunakan untuk mengu-kur benda yang panjang dan berat. Titik berat benda tidakperlu harus berimpit dengan sumbu putar sensor. pema-
kaian jenis meja putar dibatasi oleh berat benda serta titikberatnya tidak bisa terlalu jauh terhadap sumbu putar. Me-skipun demikian, jenis meja putar (lihat gambar 3.2.c) lebihmudah dalam pemakaiannya (penyetelan kemiringan dankesenteran benda ukur). Penggabungan gerakan translasisensor dapat dilakukan sehingga bisa digunakan untukpengukuran kelurusan serta kesalahan bentuk yang lain,lihat gambar 3.2. d.
S.ir bdir{.I Oed.UM Frloqklm bbuhb du ldllrl- pD& rah ffi.
il.lr?tt!, ddtosEEOr Flg bac&frr(ffid& td.lir8}, _\
Contoh alat ukur kebulatan jenis rneja putar.
Gambar 3.2.d Pe ng u ku ro n Geom etri Kh usu s;
Dengan alat ukur kebulatan ienis meia putar dimungkinkan pe-
ngukuran berbagoi kesalahan bentuk. Misalnya, kebulaton, keseia-
jaran, ketegakluruson, kesamaan sumbu dan keluruson.
70l
Gambar 3.2.c Pengukuran Geometri Khusus;
PrrucuxunRn Trxrurr
urJt XorlFr *
JeNrs Aur UruR oeu Cnnn Prrucurunnm 71.
Alat UkurVariasiPits (pada lingkaran dasar)
A. Dengan tumpuan Silinder/bola. B. Dengan tumpuan rahang.
Prinsip kerja alat ukur profil involut dan contoh grafik hasilpengukuran
Gambar 3.2.e. Pengukuran Geometri Khusus;
Roda gigi disatukan dengan sektor lingkaran yang
merupakan lingkaran dasar pembentuk involut bagi roda
gigi ybs. Jika sektor lingkaran tsb diputar sebesar 0 rnaka
komponen yang menempel diatasnya akan bergerak trans-
lasi seJauh ro(D. Sementara itu sensor yang ditempatkanpersis pada tepinya juga akan ikut bergerak translasi sam-
bil menggeser pada sisi roda-gigi. Karena gerakan sensor
relatif terhadap sisi roda-gigi tsb merupakan gerakan invo-lut murni maka kesalahan profil roda-gigiybs akan terbaca
oleh sensor.
antar gigi) dapat diperiksa dengan lebih praktis dengan
mengukurnya pada lingkaran dasar. Kesalahan pits, iniperlu dibatasi terutama bagi roda-gigi penerus daya dan
penerus putaran yang teliti. Sementara itu, profil gigiyangberupa involut dapat diukur dengan alat ukur profil. Kesala-
han bentuk profil involut ini akan mengurangi keandalan
roda gigi dan kebisingan akan timbuljika roda gigi tersebutdioperasikan.
Pengukuran dengan Mesin Ukur KoordlnatAlat ukur dinamakan mesin ukur karena dimensinya
yang relatif besar dan dioperasikan dengan prosedur ter-tentu, memiliki tiga sumbu gerak yang membentuk sumbu
koordinat kartesius (X,Y,Z). Sensor alat ukur dapat diger-akkan pada sumbu ini secara manual dan mungkin juga
secara otomatik mengikuti program gerakan pengukuranyang tersimpan dalam komputer pengontrolnya. Setiap
sumbu memiliki alat ukur jarak berjenisinductosyn, pho-
eJ
Contoh metrologi Roda-Gigi. Kesalahan Pits (jarak
Wdu- db tror"d,Wdu" db t*r"rkW
db
72 FencuxunRru Trxrurr Jenrs Aur Urun onn Cme Perucuxuneru |
?3
to co sy n, atau o pt i co l - g rati n g (seperti yang diperl ihatkanpada gambar 3.3).
Samho Srs 2D
Gambar 3.3.a. Pengu kuran dengan Co o rd i n ate M e a s u r i n gMachine (CMM)
CMM; Coordinate Measuring Machine merupakan
alat ukur geometrik modern dengan memanfaatkan kom-puter untuk mengontrol gerakan sensor relatif terhadapbenda ukur serta untuk menganalisis data pengukuran.
Berbagai rancangan mesin dibuat sesuai dengan kebutu-
74 lPrrou*u*nTexrurxI
v #.&
FII [I\f,,s.8
cffirEor
han, demikian pula dengan jenis sensor yang bisa meru-
pakan sensor kontak atau sensor scanning. Proses pengu-
kuran yang rumit bisa dilaksanakan dengan relatif mudah
dan cepat. Meskipun demikian, tetap dibutuhkan opera-
tor yang mempunyai keahlian dan keterampilan di bidang
metrologi geometrik.
&
Gambar 3.3. b Pengukuran dengan Coordinote MeasuringMochine (CMM)
Berbagai jenis CMM dapat dipilih/disesuaikan den-
gan jenis pekerjaan yang banyak ditangani di mana ukuran
dan ketelitian memegang peranan. Sementara itu, jenis
sensor dapat dibeli terpisah. Selain itu, perlu juga diper-
timbangkan kemampuan software yang dimiliki CMM un-
tuk mempermudah analisis pengukuran serta berbagai
program statistik yang dimanfaatkan dalam pengontrolan
kualitas geometrik.
Jrrurs Aur Urun onu ClRn Pencuxunaru 75
Ga m ba r 3.3.c.P e n g u ku ra n d e n g a n Coord i nate Measu ri n gMachine(CMM)
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 lebihdipermudah. Pada contoh di atas suatu sistem koordinatbenda ukur dapat diaktifkan melalui proses penggeseran
dan pemutaran sumbu koordinat ( A s/d D ).
Selain berdasarkan sifatnya yang menghasilkan kla-
sifikasi dasar dan klasifikasi turunan dengan 7 jenis alatukur sepertiyang telah diulas di muka, cara klasifikasi lain
mengenai alat ukur geometrik adalah menurut prinsip ker-ja-utarna yaitu:
1. Mekanik2. Elektrik
76 I Pr*or*u*NTrxrurrI
3. Optik4. Hidrolik5. Fluida
6. Pneumatik atau Aerodinarnik
Beberapa jenis alat ukur menggunakan prinsip kerja gabun-
gan, seperti:
1. Elektromekanik (elektrik + mekanik)
2. Optomekanik (optik + mekanik)
3. Optoelektrik (optik + elektrik)
4. 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 berkem-
bang semakin jauh menjadi bidang teknologi mandiri yang
sering dinamakan dengan Mekatronika.
Jexrs Aur UruR oeru CnnR PrrucurunRru 77
KONSTRUKS! ALAT UKURDAN PR
ingsutdengan kecermatan 0.05 mm, pengerjaan papan pin-tu akan menjadi lebih lama. Tukang kayu akan lebih sibukmengukur dan mengasah papan kayu sampai komponenpintu yang dibuat irri memiliki ketebalan yang sama ataumendekati ukuran yang diinginkan dengan kecermatanukuran 0.05 nnm.
Berclasarkan uraian diatas dapat disimpulkan bahwa dalamproses pengukuran diperlukan:
1. alat ukur yang berfungsi dengan baik dengankecermatan yang memadai disesuaikan denganpermintaan. Dalam pembuatan komponen me-sin/peralatan permintaan ini tertera pada gambartekniklmesin yaitu spesifikasi geometrik denganberagam jenis toleransi geometrik,
2. pelaksanaan pengukuran yang saksama denganpnosedur tertentu untuk menghindarkan terjadi-nya kesalahan pengukuran,
3. pengukuran yang.tak hanya dilakukan setelahproduk selesai dibuat tetapi juga dilaksanakansewaktu produk sedang dibuat. Bila perlu mesimperka kas d iatur/di-stel untuk memastika n apakahelernen geometrik telah mencapai ukuran dalambatas-batas toleransinya.
Sebagai petuniuk urnurn, kecerrnatan alat ukur se-
halknrya sekitar 'lli0 claerah toleransi objek ukur. Sebagai
cor1toh, suatu poros dengan ukuran:
@=65 96-0,010
atau O= 65ao2e mm
sebaiknya diukur dengan kornparator dengan kecermatan< 0.002 mm.
Bentuk objek ukur dan daerah toleransi yang diber-lakukan pada objek ukur serta tingginya kecermatan yangdiinginkan memerlukan suatu alat ukur geometrik yangmungkin harus dirancang secara khusus. Hal ini membuatragam alat ukur menjadi banyak, masing-masing dengancara kerja yang dapat berlainan. Alat ukur akan lebih rnu-dah digunakan bila sipengukur (operator) rnemahami carakerja alat ukur. Oleh karena itu, dalam sub bab ini beberapaprinsip kerja alat ukur geometrik akan diuraikan baik secaraagak terperinci maupun garis besar cara kerjanya.
Kontruksi alat ukur dapat lebih mudah diterangkanmelalui komponen utamanya yaitu sensor, pengubah, danpenunjuk/pencatat serta pengolah data.
4.1 SENSOR
Sensor adalah "peraba" alat ukur, yaitu yang meng-hubungkan alat ukur dengan objek/benda ukur. Ujung-ujung kontak mikrometer, kedua lengan mistar ingsut (uer-
nier caliper),jarum alat ukur kekasaran permukaan adalahmerupakan contoh sensor mekanik. Sistem )ensa (objektif)
dapat dimanfaatkan sebagai sensor optik. Suatu porosdengan lubang-lubang kecil, melalui mana udara tekanmengalir keluar, adalah contoh sensor pneumatik. Sensor
80 Perueuxunnru Trxrurx KoNsrnuxsr Aur Uxun onn Prurusrp Xrrun |
81
mekanik umumnya merupakan jenis sensor kontak, semen-
tara sensor optik dan pneumatik adalah contoh jenis sensor
non-kontak. Sensor kontak akan memberikan gayaltekan-
an pengukuran sementara sensor non kontak hampir atau
sama sekali tak memberikan gaya pengukuran.
4.2 PENGUBAH
Pengubah ( transducer ) adalah bagian terpentingalat ukur, rnelalui mana isyarat sensor diteruskan, diubah(bisa menjadi besaran lain) atau diolah terlebih dahulusebelum diteruskan ke bagian lain alat ukur. Pada bagian
inilah diterapkan bermacam-macam prinsip kerja yaitu
mekanik (kinematik), optik, elektrik, pneumatik atau prin-
sip kerja gabungan. Fungsi utama pengubah adalah untukmemperbesar dan memperjelas isyarat sensor yaitu suatuperubahan kecil bagi geometri objek ukur menJadi suatuperubahan yang cukup jelas terbaca pada bagian penun-juk/pencatat alat ukur. Berbagai macam teknik bagi peny-
empurnaan 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 sen-
sor berupa gerakkan translasi menjadi gerakan rotasi yang
relatif lebih mudah untuk diproses/diubah. Secara teoretikprinsip kinematik rnudah dirancang akan tetapi secara
praktis sulit diterapkan akibat kendala dalam proses pem-
buatan dan perakitan. Berbagai jenis pengubah mekanik
82 lPr*"u*r*NTerrurrI
akan diulas pada sub bab ini den an menonjolk"an ulasan
mengenai ketelitian atau kebenaran penerusan isyarat qer-
akan sensor.
Contoh pengubah mekanik yang paiilrg sederhana
adalah pasangan ulir luar (baut) dan ulir dalam (n'lur] sep-
ertiyang diterapkan pada alat ukur mikrometer, !ihat gam-
bar 4.1.
.----1-.?k\\Gh:}. I\";"**f
hdp Bd i oi0i - lpsrEit l
p.!e
*"li':ats#" )"D'\'dp@yqprddllM(eturu*r,
g{Lddruleruwn6yd(ep)enern mgft
d4m ub
Gambar 4.l Mikrometer
Merupakan alat ukur dengan pengubah berprinsip
mekanik/kinematik. Satu putaran poros ukur secara teo-
retik 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 ke-
cermatan pengukuran ini dapat dicapai berkat ulir utama
yang dibuat dengan geornetri yang teliti serta pemakaian
s3:I*gSrl&p
KoNsrnursr Aur Urun oRru Pruusrp Kgnln 83
racet untuk menjaga keterulangan pengukuran. Meskipunnamanya mikrometer, karena alasan kendala pembuatandan kepraktisan pemakaian, alat ukur ini umumnya dibuatdengan kecermatan tidak mencapai 1 mikrometer.
Beberapa halyang perlu diperhatikan pada mikrometer iniadalah:
1. Meskipun ulir utama baut dan mur dibuat denganketelitian geometrik yang tinggi, tetap saja akan
terjadi kesalahan kisar. Hampir tidak mungkinmembuat ulir dengan kesamaan harga pits sepan-jang baut dan mur sampai dengan orde misalnya0.1 pm.
Akibat ketidaksamaan harga pits sepanjang bautdan mur, satu kali putaran baut tidak mungkinmenggeserkannya benar-benar sebesar 1 pits teo-retik (misalnya 0.5 mm), melainkan akan meng-geserkan sebesar 1 kisar yang harganya bisa lebihatau kurang dan 0.5 mm. Akibatnya, n kali putaran
baut akan menyebabkan kesalahan kisar kumula-tif (kesalahan terjumlahkan) yang bisa cukup besaryang mungkin melebihi harga kecermatan pem-bacaan skala putar.
Satu kali putaran poros ukur (silinder putar) dapatdibagi 50 dengan cara menuliskan skala putar pada
silinder putar. Karena ulir utama dirancang denganharga pits sebesar 0.5 mm berarti satu satuan skalaputar berharga teoretik sebesar 0.01 mm.
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 membu-at mikrometer dengan kecermatan 0.001 mm dan
menjamin ketelitian pembacaan proses penguku-
ran 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 Eerakantranslasi dengan gaya dorong yang cukup tinggi.Bagi benda ukur yang tipis tekanan pengukuranyang besar akan melenturkan benda ukur yang
menga kibatkan terjadinya kesalaha n peng uku ran.
Tangan manusia tidak sensitif terhadap pemu-
taran (kadang kuat, kadang ringan) hal ini akan
membuat kita tidak mampu mengulang pemu-taran dengan cara sama benar. Akibatnya, bilapengukuran diulang dan hal ini dilakukan dengan
cara memutar secara langsung silinder putar, hasil
pengukuran bisa jadi tidak sama.
Oleh sebab itu, pengukuran harus dilakukandengan memutar silinder putar lewat racet (gigi-
gelincir). Racet ini akan menjamin ketepatan
84 Prncuruneru TExrurr KoxsrnuxsrAur Uxun oRru PRrrrrsrp KErua I
35
hasil pengukuran yang diulang-ulang se-bab kekuatan putaran silinder putar dijagaseringan mungkin dan tetap sama sesuaidengan kekuatan pegas racet.
4. Jika mulut-ukur ditutup yaitu dengan memu-tar (melalui racet) poros ukur sehingga berimpitdengan landasan, pada saat itu garis indeks (garis
memanjang pada silindetetap) harus persis menun-juk skala putar pada harga nol. Untuk memungkin-kan hal ini, silinder-tetap, diatas mana garis indeksdituliskan, harus bisa diatur posisinya.
Hal ini dilaksanakan dengan merancang silinder-tetap yang terpisahkan dari rangka dengan mem-buat suaian pas ( transition fits) terhadap silindermur utama. Dengan cara ini penyetelan.nol (zero
setting) dimungkinkan dan keterakitan alat ukurterwujudkan.
Contoh lain bagi pengubah dengan prinsip mekanil</kine-matik adalah pasangan roda gigi dengan batang gigi. dansistem roda gigi yang diterapkan pada jam ukur (dialindi-cator) lihat gambar 4.2.
Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada rancangan ki-nematik ini adalah:
1. Suatu gerakan translasi sensor sepanjang satu pits
batang-gigi (rack; misalnya 0.25 mm) akan memu-tar roda-gigi pasangannya (pinion) sebesar 1 /2,
putaran (zo= jumlah gigi pinion, misalnya 10). Pu-
taran pinion diteruskan menjajdi putaran jarumpenunjuk melalui pasangan roda-gigi. Bila perban-dingan putaran pasangan roda gigi inisebesarzr/z, (misalnya 50/10), dan satu putaran penuh jarumpenunjuk dinyatakan dengan n skala (misalnya
100), maka kecermatan jarum ukur ini dapat diran-cang dengan rumus:
Kecermatan: I skala:
PxZp
22/Zlxn
Gambar 4.2 Prinsip pengubah kinematik yang diterapkon padojam ukur (dial indicator). Perhatikon roncongan pencegah ket-erlombatan gerak bolik (back-lash compensotor) bagi gerakan
sensor yang diteruskan sebagai putaran jarum penunjuk
- o'25xlo :o.ooimm50/10x100
6.d(-lah Colrpan et
c*@ -z* /*l0J
C6-{0 {l
86 PrucurunRN Terrurr Konsrnurg Aur Urun oau Pnrusrp KErua 87
Gigisuatu roda gigi (atau batang gigi)tak mungkindibuat dengan profil involute ideal. Oleh sebab itu,tebal gigi umumnya dirancang dengan toleransiminus yang berarti tebal gigi dibuat sedikit lebihkecil danpada ketebalan gigi nominal.Bila pasangan roda gigi ini dirakit dengan jarak
senter nominal, pasangan gigi akan meneruskanputaran dengan hanya salah satu sisigiginya yang
saling berimpit (sisi gigi lainnya tak saling bersing-gungan, jadi ada celah di antaranya untuk menja-ga jangan sampai pasangan roda gigi macet gara-gara ada kesalahan profilyang berharga positif).Bila putaran diubah arahnya, sementara roda gigipemutar dan yang diputar tetap fungsinya, rodagigi pemutar akan berbalik lebih dahulu untuksepanjang celah gigi sebelum berfungsi penuh.
memutar roda gigiyang diputar. Kejadian inidina-makan sebagai keterlambatan gerak balik (back-lash). Back-lash yang terjadi pada pasangan rodagigi pemutar jarum penunjuk akan mengganggupembacaan skala karena posisi jarum penunjukyang berubah-ubah jika sensor sedikit berubah(bergetar).
Untuk mengurangi efek back-lash digunakanback-lash compensotor yaitu roda gigi pemutaruntuk arah putaran. kebalikan dengan arah puta-ran roda gigi pemutar utama. Roda gigi pemutarutama berfungsi saat sensor bergerak naik dengandaya dorong yang berasal dari sensor. Roda gigipemutar arah kebalikan berfungsi saat sensor ber-
PrncuruRRru Trxnrx
gerak turun dengan daya dorong pegas spiral (en-
ergidisimpan oleh pegas spiral saat sensor berge-rak naik).
3. Tekanan ringan yang diberikan sensor pada per-mukaan benda ukur (tekanan pengukuran) berasaldari pegas penekan pada batanggigi.
Beberapa alat ukur pembanding/ komparator (diatcomparator) menggunakan prinsip pengubah gerakansecara mekanik yang istimewa. Cara kerjanya sederhanatetapi menghasilkan perubahan gerakan yang cukup besar.
Kecermatan komparator jenis ini umumnya sebesar 0"001
mm tetapi memiliki kapasitas ukur yang terbatas (jarak ge-rak sensor sebesar t 0.1 mm). Contoh cara kerja mekanikyang istimewa ini adalah pengubah gerakan pada Eden-Rolt "Millionth" Comparotor, Johansson Mikrokotor dan Sig-maComparator.
Pengubah mekanik Eden Rolt Comparator menggu-nakan dua buah blok yang diikat dengan pelat tipis (baja;
bersifat pegas) ditunjukkan pada gambar 4.3. Sensor diaturketinggiannya relatif terhadap blok ukur acuan. Perbedaanketebalan/ ketinggian blok ukur yang dikalibrasi terhadapblok ukur acuan akan menyebabkan sensor menggeser-kan blok M relatif terhadap blok diam F misalnya sebesard. Penggeseran ini akan menyebabkan pelat tipis di ujungke dua blok melengkung. Karena disatukan dengan batangpenunjuk, maka penunjuk akan terputar sebesar 6. Sistemmekanik seperti ini dapat dikategorikan sebagai sistem be-bas gesekan, bebas dari sifat negatif yang sering menyer-
8988
IKonsrRuxsr Aur Urun onru PnrNsp Krrue
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 men-
jadi 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.
dirancang memiliki panjang sebesar 200 mm bila kecer-matan dirancang sebesar 1 gm.
,s= o'oolr2oo:l:mm0,2
Bagian pengubah alat ukur pembanding JohanssonMikrokator mempunyai pelat tipis dengan jarum penunjuk(yang sangat ringan) ditempelkan di tengah-tengahnya.Mulai dari bagian tengah ini pelat tipis tersebut secara per-manen dipuntir/dipilin dalam arah yang berlawanan se-hingga membentuk spiral kiri dan spiral kanan, lihat gam-bar 4.4. Salah satu ujung pelat yang terpilin dipasang tetappada batang pengatur, sedang ujung yang lain dipasang-kan pada salah satu lengan penyiku. Lengan yang lain bagipenyiku ini, yang terbuat dari pegas baja, dihubungkandengan poros pengukur.
Apabila poros pengukur bergerak naik ataupun tu-run, sesuai dengan perubahan dimensi objek ukur, penyikuakan berubah bentuknya dan menyebabkan pelat yangterpilin (spiral) mengalami perubahan panjang, menjadilebih terpilin atau kurang terpilin. Dengan demikian, jarumyang terpasang di tengah-tengahnya akan bergerak sesuai
dengan isyarat sensor. Aspek lain yang menarik dari alat iniadalah cara pemasangan poros pada badan alat ukur. Da-lam hal ini digunakan pelat pegas berupa cincin denganmaksud untuk menghindari gesekan. Pembesaran alat inidapat dirancang mencapai 5000x.
,rrlrrA*_ 1 ,nm
s -o.r- $ n
fib metalperqlkat
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
xdbCD
8f75
It
^OG6.9.o-rq"
90 PencuxuRRu Trrux KorusrRuxsr Aur Urun oeN PRrr.tsp Krue 91
-penjary rplral ( pada g6ds noud :- bbrr.trral (O.OO mm)- iumlarr punt.an
I F "r rur.-$t pondok
Gambar 4.4 Konstruksi pengubah alat ukur pembandingJohansson Mikrokator
Alat ini merupakan jenis pengubah mekanik bebasgesekan. 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 ber-gerak ditekan, blok ini akan terputar relatif terhadap blokyang diam, persis seperti gerakan yang terjadi pada engsel.
gZ I Pr*or*r*NTrxurrI
Karena kepegasan pita pengikat, engsel akan cenderungkembali ke posisi mula jika beban dihilangkan.
Lengan yang berbentukY yang terpasang pada blokgerak akan memperbesar gerakan serta memutar silinder(tempat batang penunjuk terpasang) melalui pita baja.Penekan yang berujung runcing dapat diatur jaraknya ter-hadap sumbu engsel dengan cara mengencangkan salahsatu baut dan mengendorkan baut yang lain yang kedua-nya terpasang pada poros pengukur. Jarak gerakan porospengukur ini relatif kecil dan dipasang pada badan alatukur dengan memakai diafragma. Dengan demikian, gese-kan yang merugikan dapat dihindari.
o**31
iE um (darl gelaryane aanoaftpb)
rptalkid
\ \leno8n Fk-<pengstr+ f
['-'*lu
sd.alkman
banp€ngdur
nol
+ pegarslls^t
Pombesrtsn -9.1. r
w2- n
twn
penakan
pitaUa]a-z.".---.
LRx'7 owrqna r+ tonto
Gambar 4.5 Skema prinsip kerja pengubah mekonikSigmaComparator
sensoi
KorusrRurs Ar-nr Uxun oRru PsNsrp KeruR I gg
I
4.2.2.PENGU BAH OPTOMEKANIK
Beberapa alat ukur pembanding menggunakan prin-
sip 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 pengu-
kur (sensor) menurut perbandingan jarak antara ke dua
ujung batang terhadap engselnya. Sistem mekanik diga-bung dengan sistem optik melalui cermin yang kemirin-gannya dapat diubah. Sementara itu, cermin berfungsiSebagai pemantul berkas cahaya pada sistem pengubah
optik. Pengubah optik dapat merupakan sistem pemben-
tuk bayangan yang berupa garis yang diproyeksikan pada
iayar kaca buram tempat skala tercantum (atau dibalik; bay-
angan skala diproyeksikan pada kaca buram yang memilikigaris indeks).
Jika perbandingan jarak antara ke dua ujung batangkinematik terhadap engselnya adalah 20 ; 'l , sedang per-
bandingan radius skala dengan jarak antara engsel dengan
ujung cermin pemantul adalah 50 : 1 , maka pembesaran
total alat ukur adalah:
pembesaran mekanik : 1 x20x 1 =20satuan.pembesaranoptik :50x2 =100satuan.pembesaran total : 20 x 100 = 2000 satuan.
Halini berarti:
Bila jarak perubahan sensor sebesar 1 prm dirancang men-imbulkan pergeseran garis indeks pada skala dengan jarak
94 I P.*ou*u*u TrxurxI
antar garis 2 mm, hal ini setara dengan merancang kecer-matan sebesar 0.00'l mm.
Faktor pembesaran sebesar 2 pada sistem optikterse-but merupakan pengaruh perubahan kemiringan cerminpemantul, seperti yang dijelaskan pada gambar 4.6.
poi$ltu rnhDql66luya-2 (0+0)-2 0-2 E
Gambar 4.6 Prinsip kerja alat ukur optomekanik
4.2.3 PENGUBAH ELEKTRIK
Pengubah dengan prinsip kerja elektrik berfungsiuntuk mengubah isyarat non elektrik baik yang berasallangsung darisensorataupun yang telah melalui pengubahprimer (pengubah mekanik, optik, pneumatik, atau kombi-nasinya), menjadi isyarat dengan besaran elektrik.
KoNsrRuxsr Aur Urun oex PRrNsrp KrR.lR 95
Perubahan besaran elektrik (arus atau tegangan lis-
trik) dapat diolah dan diperbesar dengan memakai prinsipelektronik. lsyarat akhir, yang berupa besaran listrik, diukurdengan alat ukur besaran listrik. Hubungan atau korelasiantara isyarat mula dengan isyarat akhir dapat diketa-hui melalui penyetelan dan kalibrasi sehingga diperolehharga kepekaan atau kecermatan seperti yang diran-cang. Dua contoh pengubah elektrik yang dibahas berikutadalah jenis kapasitif dan jenis transformator.
4.2.3.1 Pengu bah Ka pasitifKapasitor dapat terbentuk apabila dua buah pelat
metal didekatkan sampai sejarak [,. Besarnya kapasitas un-tuk mengumpulkan muatan listrik bagi kapasitor ini dipen-garuhi oleh jarak pelat, luas permukaan pelat, dan dielektri-kum 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 akanmenurun atau sebaliknya. Jadi, dapat dikatakan bahwapelat kapasitor ini sensitif terhadap perubahan jarak.
Suatu sirkuit elektronik dapat direncanakan untukmengetahui besarnya perubahan kapasitas kapasitor aki-
bat perubahan jarak yang diteruskan oleh sensor. Salah
satu cara yang umum diterapkan adalah dengan penguatoperasional (Op-Amp) dengan skema seperti gambar 4.7.
Tegangan keluarVo (out puq mV) dalam halinisetara den-gan jarak (t) dikalikan dengan faktor penguat (K,).
G a m ba r 4'7'i!,ii,i;2[:r,::,'{ ! ;'s a n s ke m a
4.2.3.2 Pen gubah Jen is Tra nsformator( LVDT)
Pengubah jenis Transformator Beda Linier (LinearVariable Differentiol Transformer, LVDT) bekerja denganprinsip transformator yaitu timbulnya tegangan imbas padakumparan sekunder akibat adanya tegangan listrik padakumparan primer. Tegangan imbas pada ke dua kumparansekunder akan sama besarnya apabila kedudukan inti (kern
core; terbuat dari besi) berada ditengah-tengah, lihat gam-bar 4.8. Apabila letak inti bergeser dari posisi semula (posisi
nol), tegangan imbas pada salah satu kumparan sekunderakan naik dan yang lain akan turun dengan harga yangsama sebanding dengan perubahan jarak pergeseran inti,sepertirumus berikut (hanya berlaku pada daerah linear):
VL: Ymula + 9lrmuh.Lt2
p.ldloFslio. 'v.'C*Vo----x--l-Kre
96 I Pr*or*r*ru TexNrrI KoNsrnurs Aur Urun oeru Pnrxsrp Kmtn 97
Y2 =Vmula -9Vmuta.L{,2
Apabila ke dua kumparan sekunder ini dihubungkansecara seri dengan orientasi terbalik, tegangan keluar akan
sama dengan:
Vo=V,-Vr= CV.,,".A8
di mana C adalah konstanta yang dipengaruhi oleh kon-
struksi alat ini.
Ga m ba r 4.8 Li n ea r Va ri a b I e D i ffe re nt i o I Tra n sf o r m e r, LV DT
4.2.4 PENGU BAH OPTOELEKTRIK
Prinsip kerja pengubah jenis optoelektrik umumnyadirancang dengan penggabungan beberapa prinsip dasar
berikut:1. Fotosel (photocell/photodiode) merupakan kom-
ponen elektronik yang peka terhadap sinar yangjatuh pada permukaan aktifnya.
Berkas cahaya dari suatu sumber cahaya (lampu
atau LED; Light Emitting Diode) diarahkan oleh sis-
tem optik supaya mengenai fotosel.
Pencurunnru TrxNrr
3. Suatu sistem optik (atau gabungan optomekanik),yang dirancang untuk mendeteksi (peka terhadap)perubahan gerakan, diusahakan untuk mengubahintensitas cahaya yang mengenai fotosel yaitupada saat terjadi perubahan gerakan.
4. Pengolahan sinyal foto sel (besaran listrik) sede-mikian rupa sehingga korelasi (hubungan) antaraperubahan intensitas cahaya dengan peruba-han gerakan dapat dibaca dengan kecermatantertentu.
Berbagai macam teknik penerapan prinsip dasar diatas dapat diterapkan. Salah satu teknik penerapan yangsederhana adalah sepertiyang diperlihatkan pada gambar4.9 yang merupakan bagian sensor dan bagian pengubahalat ukur kekasaran permukaan.
Gambar 4.9 Serlsor alat ukur kekasaran permukaan yang meng-gunakan pengubah (mekono) optoelektrik
2.
s8 I
KorusrRurs Aur Urun oau PmNsrp Krrur I ggI
Sensor yang berupa ujung jarum diatur sehinggamenempel 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 digeser-
kan (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 danpelat bercelah mengikutinya sesuai dengan perbandinganjarak sensor engsel dan pelat engsel.
Sistem optik:Berkas cahaya diarahkan pada sepasang fotosel me-
lalui celah. Akibat goyangan celah, ke dua fotosel akan me-
nerima cahaya dengan bergantian intensitasnya. Saat celah
bergerak ke atas fotosel yang di atas akan menerima cahaya
dengan intensitas yang lebih besar daripada yang diterimafoto sel yang di bawah. Hal sebaliknya akan berlaku saat
celah bergerak ke bawah.
Sistem elektrik:Perubahan sinya! listrik karena perubahan intensitas
cahaya pada sepasang fotosel secara sistematik mengikutiirama goyangan celah (naikturunnya sensor mengikuti pro-
fil permukaan) dapat diproses secara elektronik.
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 pe-
rubahan pada celah antara permukaan benda ukur denganpermukaan sensor alat ukur (di mana udara ini mengalirmelaluinya). Perubahan kondisi aliran udara ini dapat dik-etahui dengan cara mengukur perubahan tekanan atau ke-
cepatan aliran.
Alat ukur pneumatik ini secara keseluruhannya di-anggap sebagai suatu sistem aliran udara yang terdiri atas
bagian-bagian sebagai berikut:1. Sumber udara tekan,
2. Sensoryang berfungsi juga sebagai pengubah,
3. Alat ukur perubahan kondisialiran udara.
Berdasarkan ca ra peng ukuran perubaha n kondisi ali-ran udara dapat diklasifikasikan dua jenis alat ukur pneu-
matik yaitu,
1. SistemTekanan Balik(Back Pressure System)
2. Sistem Kecepatan Aliran (Flow-Velocity System)
4.2.5.1 Sistem Tekanan BalikPrinsip kerja alat ukur pneumatik dengan sistem
tekanan balik dapat diterangkan dengan menggunakanskema 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-
100 PpttcuxunnN TrxNrr KoNsrnursrAur Uxun oRru Pmrusrp Krrun I fOfI
gontrol dibuat tetap, d,, "diameter efektif"d, (melalui mana
udara tekan ini mengalir keluar) dapat berubah sesuai den-
Ean perbedaan antara diameter benda ukur dan diametersensor.
Tekanan udara pada ruang antara, po, akan berubahrnengikuti 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 diperolehsuatu daerah linear yang cukup panjang dari kurva yang
menggambarkan hubungan antara koefisien p, /po den-gan A1// o2. Untuk harga p,/po antara 0.6 dan 0.8, yaitu pada
daerah linier, berlaku rumus berikut:
Po - a - bA' at€ A'p, A1 ru Po'Pt a - bfi o'
Kepekaan atau sensitivitas alat ukur pneumatik ini
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 berbandinglurus dengan tekanan p, dan berbanding terbalik denganluas penampang lubang pengontrol A, (atau kuadrat dia-meter efektit dr).
1OZ I Pr,,,or*r*ruTexxrrI
Gambar 4.1O Alot ukur pneumatik dengan sistem tekanan bolik.
4.2.5,2 Sistem Kecepatan AliranBerbeda dengan sistem tekanan balik yang mengu-
kur perubahan tekanan, alat ukur pneumatikdengan sistemkecepatan aliran bekerja atas dasar perubahan kecepatanaliran udara. Dalam sistem ini lubang pengontrol dengandiameter efektif d, tidak diperlukan. Jadi, kecepatan aliranudara hanya dipengaruhi oleh perubahan penampangefektif Ar, yaitu celah antara permukaan sensor dan permu-kaan benda ukur.
Biasanya kecepatan aliran udara diukur denganmenggunakan tabung konis (dari gelas) dan suatu penga-pung, Iihat gambar 4.11. Karena adanya aliran udara makapengapung akan terdesak ke atas sampai suatu kedudukantertentu dia akan mengapung, yang berarti pada saat itugaya beratnya seimbang dengan gaya tekan ke atas aliran
A2l A1 la.tda &r
Korusrnuxsr Aur Urun onru pnrrusrp Keu I f Og
I
udara yang mengalir melalui celah antara pengapung dan
dinding tabung konis.
Apabila celah antara permukaan sensor dengan per-
mukaan benda ukur menyempit (bila objek ukur, misalnya
diameter lubang mengecil), kecepatan aliran udara akan
turun. Akibatnya, pengapung akan turun sampai suatu
kedudukan tertentu setelah terjadi lagi suatu keseimban-
gan (karena celah antara pengapung dengan dinding
tabung konis semakin ke bawah akan semakin sempit). Hal
yang sebaliknya akan berlaku yaitu bila celah antara per-
mukaan sensor dan permukaan benda ukur membesar.
Dengan demikian, ketinggian pengapung relatif ter-
hadap tabung konis yang diberi suatu skala tegak (verti-
kal) 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 meng-
gambarkan hubungan antara kecepatan aliran udara F
(atau kedudukan pengapung) dengan penampang efektif
A, yaitu celah antara sensor dan benda ukur, berlaku rumus
sebagaiberikut:
belpuur&nm€ngtPurc
Gambar 4.1 1 Alat ukur pneumatik dengansi stem kecepata n ol iran
F =_a+bA2 dankepekaarurya ffi=t
di mana b adalah faktor kepekaan yang dipengaruhi olehkonstruksialiran udara yang tekanan dan kecepatan aliranudara ditentukan dan diatur/di stel.
Bagi ke dua sistem pengukuran diatas (tekanan balikmaupun kecepatan aliran) penyetelan kepekaannya (be-rartijuga kecermatan atau arti jarak antar garis-garis skala;misalnya untuk pits 2 mm setara dengan 0.005 mm peruba-han dimensi benda ukur) serta kedudukan nol (letak angkaacuan) dilakukan dengan bantuan kaliber penyetel (alatukur acuan dengan harga nominal tertentu).
F Kecopalrnrlrrll
lM I P."or*u*uTerntxI
KomsrRuxsl Aler Urun oRru Pnrrusrp Krrun 105
Di industri komponen mesin & peralatan pabrik, alatukur pneumatik jenis kecepatan aliran lebih banyak dipakaidaripada jenis tekanan balik. Meskipun harga satuan alatukur inicukup mahal, ongkos pengukuran umumnya akanrelatif murah. Hal ini dimungkinkan karena sensor dapatdirencanakan sesuai dengan kondisi benda ukur serta je-nis pengukuran sehingga pemakaiannya sangat cepat danmudah, lihat gambar 4.'12.
Kontak antara permukaan sensor dengan permukaanobjek ukur dapat dihindari karena adanya suatu "bantalanudara". Jadi, keausan sensor dapat dikurangi atau bahkantak terjadi sama sekali. Sensor dengan lubang kecil yang
menyemprotkan udara langsung ke permukaan objek ukurhanya sesuai untuk permukaan objek ukur yang halus.
Semakin kasar permukaan objek ukur aliran udara akan se-
makin tidak beraturan.
Untuk permukaan yang relatif kasar (Ra > 1,25 pmperlu digunakan sensor kontak yang mempunyai bagianmekanik antara lubang aliran udara dengan benda ukur.Sensor mekanik ini dapat berupa bola, batang, silinder ataupelat yang bersinggungan langsung dengan permukaanobjek ukur. Suatu gerakan pada sensor mekanik (sensor
kontak) akan menyebabkan perubahan diameter efektif lu-bang aliran udara pada bagian alat ukur (bukan antara per-mukaan benda ukur dan sensor).
ffi 4RNi @
ffi@@M ffiffi
Jenis kontakdengan SislsmA. fotakurtmgenB, BolaC. Polat
JonasDua lubrmA&B:toloransi
diamtdC : kesilindrisan
(c)
nlb -,,iffi Ji?f,."'"*I ln Zk***J A ;[::,:J:1J -M --,ED% W--'--- cao 'r"i"l"-"'"'(A) (B) (c) (o)
d? fu E.Fdanc
ffi- "-5k- @TJ , ,.,:"#,:lily-(E) (F) (g) (H)
Gambar 4.12. Berbogoi macom sensor alot ukur pneumotik
4.2.6 PENGUBAH OPTIK
Pada dasarnya sistem optik yang digunakan sebagaipengubah 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 daripadaukuran/penyimpangan objeknya. Objek dalam hal inidapatberupa benda ukur atau komponen alat ukur misalnya skala
106 PrHcuxuReru TexNrx KonsrRuxsrAur Uxun onru pnrrusrp Krrun I nZI
atau garis indeks. Sistem optik biasanya terdiriatas gabun-
gan 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 memun-
gkinkan seseorang untuk melihat suatu objek dengan
lebih jelas adalah lensa pembesar. Suatu objek yang dile-
takkan 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 pembe-
sar 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. Pembesaran-
nya (magnification) lensa pembesar ditentukan dengan ru-
mus sederhana berikut:
OPDMN=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 P.*or*u*NTernrxl
Gambar 4.14 . Prinsip lensa pembesar
4.2.6.2 MikroskopApabila dua lensa pembesar (susunan lensa) diatur
menjadi satu sistem optik dapat dibuat menjadi mikroskop.Lensa pembesar (susunan lensa)yang berada didekat matadisebut okuler, sedang yang berada di dekat objek berna-ma objektif. Skema mikroskop ini diperlihatkan pada gam-bar 4.15. Suatu objek MN yang diletakkan di depan objektifakan membentuk bayangan nyata dan terbalik pe. Melaluiokuler bayangan PQ ini akan terlihat oleh mata sebagaibayangan RS, yang jika dibandingkan dengan ukuran objekaslinya, pembesaran totaladalah :
R^S R,S PO
MN PQ MN
di mana,
RS
MN = pembesaran total
KousrnuxsrAr-er Uxun oRN PRrusrp KrR:a I f OgI
= pembesaran okuler
= pembesaran objektif
Js
Gambar 4.15 . Prinsip mikroskop
Seperti halnya dengan kegunaan mikroskop pada
umumnya alat ukur ini memang digunakan untuk mem-perbesar objek ukur yang relatif kecil. Dengan sistem optikobjek ukur tak teraba oleh sensor (non kontak)dan pen-gukuran dimensi dilaksanakan dengan meletakkanbenda ukur pada meja translasi yang digerakkan den-gan kepala-mikrometer (micrometerhead). Pengamat
melakukan penyetelan nol, kemudian menggerakkanmeja sehingga garis silang (bayangan gambar yang
disisipkan di sistem lensa okuler) terlihat menempelpada ujung objek ukur. Panjang objek ukur dilihat den-gan membaca skala mikrometer penggerak meja.
4.2.6.3 Proyektor
Dua sistem lensa, yaitu kondensor dan proyektor
merupakan komponen proyektor, lihat gambar 4.16. Ber-
kas cahaya dari suatu sumber cahaya diarahkan oleh kon-densor menuju objek yang diletakkan di antara kondensordan proyektor. Karena benda ukur biasanya tidak tembuscahaya jadi hanya sebagian berkas cahaya yang diteruskandan diproyeksikan ke suatu layar, sehingga terlihat bayan-gan benda ukur yang gelap dengan latar belakang yang
terang.
Pemeriksaan bayangan benda ukur (pengukuran
atau pembandingan dengan contoh bentuk standar) di-lakukan dari balik layar yang terbuat dari kaca buram. Sep-
erti halnya pada mikroskop, benda ukur dicekam pada mejageser (koordinat X-Y) sehingga bayangan benda ukur dapatdigerakkan relatif terhadap garis silang yang terdapat pada
layar. Jarak yang ditempuh oleh gerakan bayangan dapatdibaca pada skala kepala mikrometer dengan mana mejaposisi digerakkan; arah X dan/atau Y.
Alat ukur proyektor profiljenis CNC dilengkapi den-gan sistem kontrol gerakan meja. Bayangan digerakkansecara otomatik sesuai dengan program pengukuran yang
dibuat khusus untuk suatu benda ukur. Serupa dengan me-sin ukur CNC (CMM; Coordinate Measuring Machine) ataumesin perkakas CNC, sistem kontrolgerakan meja meman-faatkan motor servo dan alat ukur jarak (inductosyn atauencoder). Dalam hal ini sensor jenis fotosel ditempelkanpada kaca buram untuk mendeteksi saat pemulaian dan/atau pengakhiran penghitungan jarak gerakan bayangan.
RS
MN
.RS
MN
_.1\=-.. -\\\
110 PrxcuxuReru Trrrurr KorusrRuxsr Amr Urun oeu Pntrusrp KrruR 11L
menggunakan prisma, cermin ataupun sistem lensa pem-
balik. Pembesaran yang dapat dicapaiteleskop merupakanperbandingan antara jarak fokus dari objektif dengan okul-er. Dua macam alat ukur geometrik yang menggunakanprinsip teleskop adalah autokolimator dan teleskop posisi.
Gambar 4.17. Prinsip teleskop astronomi
Gambar 4.16. Prinsip proyektor profrl. Jenis CNC dileng-kapidengon sistem kontrol gerakan meja yang menggerokkan
bayangan relatif terhadap fotoselyong ditempelkon di layar
4.2.6.4Teleskop
Teleskop adalah nama suatu sistem optik yang digu-nakan untuk melihat objek yang jauh supaya terlihat dekat
dengan bayangan yang jelas. Dua sistem lensa yaitu ob-jektif 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 menjadiber-kas cahaya yang sejajar lagi sehingga bayangan objekdapatterlihat oleh mata dengan lebih jelas tanpa atau dengan se-
dikit penyesuaian (akomodasi), lihat gambar 4.17. Bayangan
yang terlihat oleh mata posisinya terbalik. Bila dikehendaki,
bayangan tersebut dapat dibuat menjadi tegak dengan
- dc#b
Gambar 4.1 8. menunjukkan prinsip autokolimator (autocollima-tor), dengan suotu kondensor yang mengarahkan berkas cahoya
dari sumber cohaya di otas sumbu optik menuju torget yangberupo garis. Suatu cermin semi reflektor (sebagion berkas cahoyadipontulkon, sebagian lain diteruskan) dengan posisimiring 45"
terhodap sumbu optikteleskop akan membuat seoloh-olah targetterletak pada sumbu optik persis poda jarok fokus objektif
otlr*ttr
o ll o-oo
t,-4i---n--
112 PencuruRnl TrrNtx 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 ter-
tentu 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 di-gerakkan 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 kemirin-
gan 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.
df, lslr -F{rdg--'larmruX,
ort lrr9.l
b.lui drilnl(
rfnt|(
Teleskop Posisi
Berbeda dengan autokolimator yang mendeteksi
kemiringan suatu target yang berupa cermin, teleskop po-
sisi digunakan untuk mengamati perpindahan posisitarget
relatif terhadap sumbu optiknya dalam arah horisontaldanvertikal (linear). Dalam hal ini target berupa gambar skala
ya ng terdi ri atas li n g karan-lingkaran konsentri k. Umumnya
skala konsentrik tersebut dibuat pada gelas transparan, se-
hingga bila diinginkan dapat diterangi dengan lampu yang
dipasang di belakangnya secara langsung atau dengan me-
makai sistem lensa pembuat sejajar berkas sinar.
Seperti halnya pada teleskop, pengamat dapat me-
lihat 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 dengangambar garis silang dengan titik perpotongan persis pada
sumbu optik. Gambar garis silang ini tak dapat digerakkan
dan dimanfaatkan pengamat untuk melakukan pembacaan
=T=:
1L4 PeNcuxuRRu TrrNtx 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).
Untuk mempermudah dan menaikkan kecermatan
pembacaan posisitarget, teleskop posisi umumnya dileng-kapi dengan mikrometer optik. Komponen utama mikrom-eter optik berupa keping gelas dengan dua sisi rata yang
sejajar (keping parallel). Suatu berkas cahaya dengan sudutdatang nol (berimpit dengan garis normal) akan diteruskanmelalui keping parallel secara lurus. Apabila sudut datangtidak sama dengan nol, berkas cahaya akan dibiaskan men-dekati 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 denganperubahan jarak d. Pengaturan kemiringan keping parallel
dilaksanakan dengan suatu mekanisme yang berhubunganlangsung dengan dua kepala mikrometer (micrometerhead)
untuk pembacaan pergeseran target dalam arah horisontal
dan vertikal; biasanya dengan kecermatan 0.02 mm.
Gambar 4.19 Prinsip teleskop posisi dengan mikrometer optik
4.2 PENUNJUK & PENCATAT(PEREKAM DATA PENGUKURAN)lsyarat yang telah diperbesar oleh bagian pengubah
diteruskan ke bagian penunjuk yang akan menunjukkanhasil pengukuran lewat garis indeks atau jarum penunjukyang bergerak relatif terhadap bidang skala atau denganpenunjuk berangka (digital). Skala, yang berupa jajaran ga-ris, dengan orientasi lurus atau lengkung, dibuat denganjarak tertentu untuk mempermudah pembacaan. Jarakantar garis skala mempunyai artitertentu yang menunjuk-kan 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 ber-kesinambungan. Pada beberapa pengukuran geometrik,
S" S* "c-F
ry(E!. h )
L16 PrrucuxuRRH Trrrrx 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 penun-
juk yang dapat dikategorikan menjadi 2 macam, yaitu :
4.3.1 PENUNJUK BERSKALA
Skala adalah jajaran garis yang beraturan denganjarak 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 ban-
tuan sistem optik (lensa pembesar). Jajaran garis ini terle-
tak 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
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 bi-
dang 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 Pr*or*r*N TrrxrrI
atau jarum penunjuk pada skala menyatakan harga sebagaihasil suatu pengukuran.
Hdarlg baca
eri.hdCts
bldangsl(ala.daUdile &!-dor
kqmlEt
Gambar42OSkola
Skala merupakan jajaran garis yang tersusun padabidang skala rata atau bidang skala silinder. pembacaan
dilakukan pada bidang baca yang tegak lurus atau normalterhadap bidang skala. Pada bidang skala jajaran garis terse-but bisa lurus ataupun membentuk busur lingkaran. Jarakfisik (mm) antar garis skala (pits) dirancang dengan mem-perhatikan aspek keterbacaan, kepekaan, dan kecermatanalat ukur. Selanjutnya, aspek ketepatan dan ketelitian jugaperlu diperhatikan dalam proses pengukuran.
d(drhr!l,
*{t"t.''['"')
KonsrnusrAur Uxun oan Pmnsp Kru I f fqI
4.3.1.1 . Skala Nonius (Nonius/ VernlerScale)
Pada saat pembacaan skala dilakukan, tidak selalu
garis indeks persis segaris dengan garis skala melainkan
terletak di antaranya. Dalam situasi seperti ini dapat ditem-
puh 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 ba-
wah; rounding-down) bila garis indeks diperkira-
kan belum sampai pertengahan jarak antara dua
garis skala atau menuliskan harga skala di sebelah
kanan garis indeks (membulatkan ke atas; roun-
ding-up) jika garis indeks terletak di pertengahan
atau melewatinya.
3. Menginterpolasikan (interpolating),' menuliskan
harga skala di sebelah kiri garis indeks dan me-
nambahkan fraksi (bagian) yang merupakan perki-
raan posisigaris indeks diantara ke dua garis skala.
Biasanya jarak garis indeks tersebut diperkirakan
dahulu relatif terhadap garis skala di kiri, garis ska-
la di kanan, atau di pertengahan.
Cara 1 atau 2, digunakan bila keterulangan (ketepa-
tan) proses pengukuran relatif rendah. Cara 3 dapat dipakai,
secara konsisten, bila ketepatan proses pengukuran relatif
tinggi, dengan menuliskan harga interpolasi sebagai ang-
ka terakhir yang ditaruh dalam tanda kurung misalnya1e.(B).
Menginterpolasi posisi garis indeks secara kira-kira,
sebagaimana cara 3, dapat diperbaiki dengan cara interpo-lasi yang pasti. Untuk itu, garis indeks dibantu dengan jaja-
ran beberapa garis yang dibuat menyerupai skala dan di-sebut dengan skala nonius. Garis indeks menjadi salahsatu garis pada skala nonius dan diberi tanda denganangka nol (pada gambar 4.2'l garis indeks menjadi garis
nonius permulaan; garis nol nonius).
Prinsip pemakaian skala nonius dapat dijelaskan den-gan memakai gambar 4.21. Skala alat ukur (skala utama)
misalnya memiliki pits (jarak antar garis) sebesar u dan ska-
la nonius yang digambarkan di bawahnya dibuat denganpits sebesar n (n < u). Selisih antara u dengan n sebesar k (k
= u - n) menentukan rancangan pembacaan (penginterpo-
lasian) posisi garis indeks.
A.uuur-.----*r..-----_r--------_l
120
A A+z
ot
Gambar 4.21 Prinsip Skalo Nonius (satu dimensi)
PeucurunRru Texntx KoNsrRuxsr Ar-er Uxun oex Pntnsrp KrruR 121
Garis nol nonius (garis indeks) segaris dengan garis A skala
utama.
u - jarak satu bagian skala utama
n - 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 uta-
ma. 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 po-
sisiyang 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 terge-
ser ke kanan sebesar k, garis pertama nonius akan menjadi
segaris dengan garis skala utama berikutnya (A+ 1)'
Seandainya garis nol nonius tergeser lebih ke kan-
an sejauh 2k (dari posisi garis A), garis kedua nonius yang
menjadi segaris dengan salah satu garis skala utama (A+2)'
Proses pergeseran ini dapat dilakukan terus sampai akh-
irnya garis nol nonius menjadisegaris kembali dengan garis
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.
Dan ini dapat dilakukan dengan cepat bila terlebih dahulu
cara ke 3 di atas diterapkan yaitu dengan interpolasi posisi
garis indeks (garis nol nonius) secara kira-kira'
122 I P.*ou*u*oxTrxltxI
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 kecerma-
tannya semakin tinggi, artinya penentuan posisi garis nol
nonius relatif terhadap suatu garis skala utama menjadi se-
makin 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 tidakboleh terlalu kecil, untuk:
Prn rng ffd .kt rl:ltrl_-___{0
L--__!Prntsp#rno*r
1. mempermudah pembacaan, yaitu dalam menen-
tukan garis nonius mana yang menjadi segaris
dengan skala utama,
2. membatasi panjang skala nonius, supaya kapasitas
pengukuran tak menjadi jauh berkurang gara-gara
keefektifan panjang skala utama terkurangi olehpanjangnya skala nonius.
Beberapa contoh cara pembacaan dengan memakai
skala nonius ditunjukkan pada gambar 4.22. Untuk garis
nol nonius yang tidak segaris dengan garis skala utama,
KoxsrRuxsrAur Uxun oar Pnrusrp KErun 1 plI
penunjukan berharga sama dengan harga skala utama ses-
udah 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,: .* ;;,
O r(6) 2 3 O l(6) 2 3
o123,t5
Posisi garis indeks (garis nol nonius) pada berbagaijenis skala nonius (satu dimensi). Untuk mempercepat pen-carian garis nonius yang berimpit dengan garis skala utamaserta untuk menghindarkan kekeliruan pembacaan, ter-lebih dahulu perlu dilakukan interpolasigaris indeks secarakira-kira. Kemudian, barulah pandangan diarahkan padadaerah di mana garis nonius yang menjadi segaris dengangaris skala utama bakalditemukan.
Tabel 4.1 berikut memperlihatkan beberopa contoh kecer-maton skala noniusyong digunakan pada beberapa alot
ukur seperti mistor ingsut don busur bilah
KecermatanBesar u
pada skalautama
Skala nonius
Besar npada skala
nonrusJumlahbagian
Paniang/besarkeseluruhan
..r.!n to.rol .- lmm 0,9 mm 10 9mm
.jo to.ost -- lmm2mmtt
O,95 mm1,95 mm
2020
19 mm39 mm
fi to.ozt -- lmm1mm
O,98 mmO.98 mm
5025
49 mm24,5 mm '
{ *'rlo t lo 12 !1o +
2o 230-Tr l2 230
#,t 1o b90-Etr 30 29.50 '+
*) 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.
Cdtblr pcmbam :
h..poh.f<r.r tr0r srai !m Hn'|C..Kdrudle 6rlh gufa y0C a.osb(bdlmph).bogmdoa.llm..Psh.tke p6ld grt rcl rcilrt ( 0[l.lndclc ) .p.bh riLad( prda d(& ulrEyu|g tBnbaqs k kio.far k HrL uruLltuot an+d.drd.ahmdalffild& kH y.nO ara! dh.ld.
podJ nol :ddrkfu
o
\'\$1r{1u{fltlff//iio ol o\'t\l.t Ll(l|l,.a7.2OlJ
Gambar 4.22 Contoh pembacaan
124 I Pr^or*u*N TEKNTK
I
Korusrnuxsr Aur Uxun oeru Prunsp KeruR I pSI
Angka yang dicantumkan pada skala nonius me-
nyatakan sepersepuluh harga skala utama (dalam menitkalau skala utama dalam derajat). Bagi skala nonius dengan
setengah panjang aslinya, jika garis nol nonius telah mele-
wati setengah bagian skala utama, dilakukan penambahan
angka lima pada setiap angka skala nonius latau menam-
bah tiga puluh menit untuk skala utama dalam derajat.
4.3.1.2. Skala Nonius Dua Dimensi
Suatu kotak segi empat dengan satu diagonal (mir-
ing 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 membe-
sar ke kiri. Pada saat sisi tegak kanan berimpit (segaris) den-gan garis skala utama, sisitegak kiri akan berimpit dengan
skala utama bila u dibuat sama dengan jarak satu bagian
skala utama.
Gambar 4.23 Prinsip skala nonius dua dimensi
Untuk skala nonius kanan, apabila garis indeks (sisi
tegak sebelah kanan) tergeser ke kanan, posisinya relatifterhadap garis A dapat diketahui dengan melihat perp$-tongan antara garis A dengan diagonal serta membacaangka pada garis nonius horisontal pada titik perpotonEantersebut. Demikian pula halnya dengan skala nonius kiridimana skala utama harganya membesar ke kiri (terbalik).
Beberapa alat ukuryang peka dilengkapidengan pen-gubah optik yang berfungsi sebagai pembesar bayanganskala utama. Melaluiokuler pengamat dapat melihat jarakantara dua garis skala utama menjadi lebih jauh terpisah,dengan demikian beberapa skala nonius (biasanya l0 buah)dapat disusun untuk pembacaan jarak setiap sepersepuluhbagian dari skala utama. Gambar4.24 memperlihatkan duacontoh pembacaan dengan susunan l0 skala nonius duadimensiyang mana n sama dengan 10 dan 100.
Untuk n = 100 garis-garis nonius horisontal akanmenjadi terlalu rapat bila harus digambarkan pada ko-tak dengan ketinggian yang sama bagi susunan nonius
tA
F_+/rI vt;*#)"f ,*1-lv--tl"po.hl taroEr
A.tA.T A
fiiI / t,\t l;ri---l
poald bqirplt
nor{ur
-AA..IA,
IH-:Hpocblb.imDit pocute.g6.r
ltqfsEl
126 I Pr"ou*r*nTrxnrxI
KousrRuxsrAur Urun oRn Pnrnsrp Krrul I nzI
dengan n = 10. Supaya jarak antara garis-garis nonius hori-sontal tetap terlihat jelas, jajaran kotak nonius dua dimensi(yang menjadi terlalu tinggi gara-gara harus dibagi dalam
100 bagian) diubah bentuknya menjadi bentuk melingkarsedemikian rupa sehingga menjadi lingkaran-lingkarankonsentrik dan garis-garis diagonalnya saling bersambung-an menjadi bentuk spiral.
Garis-garis diagonal yang telah diubah bentuknyamenjadi bentuk tersambung spiral ini digantikan dengansepasang spiral yang berdekatan. Dengan demikian, saat
pengamat harus mencari titik perpotongan antara garis
diagonal dengan garis (bayangan) skala utama digantikandengan mencari posisidua garis spiralyang mana yang mel-
ingkupigaris (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 memutarkeping gelas ini pengamat akan mampu mencari posisi pel-
ingkupan yang paling simetrik seperti yang diulas di atas.
Gambar 4.24 Skola Nonius Dua Dimensi Kiri
4.3.1 .3 Skala MikrometerSkala pada semua jenis mikrometer dibuat pada dua
bagian mikrometer, pertama pada silinder tetap (disebutskala tetap) dan kedua pada silinder putar (dinamakan skalaputar). Tepi silinder putar berfu ngsi sebaga i garis indeks un-tuk pembacaan skala tetap (pembacaan kasar). Garis aksialsepanjang skala tetap berfungsi sebagai garis indeks untukpembacaan skala putar (pembacaan halus).
SQm
A hb*md*r,r@(ffi0rlm)
skala putar
.** \ffiffils.seffi] lerffil
Gambar 4.25. Pembacaan skala mikrometerdengan kecermoton 0.01 mm
grbhdofsp{teil'hib'
E."ffil
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 pemba-
gian skala putar adalah 50 buah. Dengan demikian, satu ba-
gian 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 (misal-
nya 48) harus ditambah dengan 50 (menjadi9S).
Beberapa mikrometer mempunyai silinder putar
dengan diameteryang relatif besar, dengan demikian pem-
bagian skala putar dapat diperhalus. Kecermatan sampai
0.002 mm dapat dicapaidengan membuat pembagian ska-
la putar menjadi250 buah.
Jika silinder putar berdiameter kecil, misalnya untukjenis mikrometer tiga sensor pengukur lubang berdiameter
kecil, pembagian skala putar tidak bisa terlalu cermat (mis-
alnya hanya 10 bagian). Dalam hal ini dapat digunakan ban-
tuan 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 memperli-
hatkan skala nonius untuk menaikkan kecermatan pem-
bacaan skala putar. Dengan contoh seperti ini kecermatan
mikrometer dinaikkan dari 0.0'l mm menjadi 0.001 mm.
G.{87ilnl
Gambar 4.26. Pembocaan skalo mikrometerdengan skala nonius
4.3.1.4. Skala Dengan Jarum PenunjukAlat ukur pembanding (komparator) umumnya
mem punyai jaru m pen u njuk yang bergerak relatif terhada pskala yang diam. Gerakan jarum penunjuk dapat berdasar-kan prinsip kerja mekanik ataupun elektrik. prinsip kerjamekanik dipakai pada alat ukur dengan pengubah mekan-ik, sedang prinsip kerja elektrik digunakan pada alat ukurdengan pengubah elektrik.
Suatu kesalahan pembacaan yang dikenal dengannama parallaks dapat terjadi pada waktu membaca posisijarum penunjuk relatif terhadap skala. Parallaks akan terjadibila pengamat tidak mengusahakan (salah satu) matanyakira-kira terletak pada bidang baca. Bidang baca adalah bi-dang yang mengandung garis jarum penunjuk dan tegaklurus bidang skala, lihat gambar 4.27.
Cermin yang dilekatkan pada bidang skala dapat di-gunakan untuk membantu pengamat supaya dapat memo-
Jdrrqthr3
l'r'r'r'r'l'l
130 I Pr*or*r*u TrxutxI
KoHsrnus 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 penun-juk pada cermin. Mata digerakkan sedikit ke kanan/kiridanpembacaan posisijarum penunjuk pada skala boleh dilaku-
kan 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 seb-
agai bayangan jarum yang diproyeksikan oleh sistem optikke bidang skala.
4.3.2 PENUNJUK BERANGKA (D|G!TAL)
Pada alat ukur dengan penunjuk berangka hasil pen-
gukuran dapat langsung diketahui melalui deretan angkayang ada padanya. Penunjuk berangka ini dapat digolong-kan menjadi 2 macam yaitu jenis mekanik dan jenis elek-tronik. Penunjuk digital mekanik terdiri atas beberapa sil-
inder yang disusun pada satu sumbu putar. Setiap silinderdiberi angka pada permukaannya mulai dari 0 sampaidengan 9, lihat gambar 4.28. Mulai dari yang paling kanan
diteruskan ke kiri silinder-silinder tersebut disebut silinderpertama, kedua dan seterusnya.
Gambar 4.2 I Pen unjuk d igital dengansistem penggerok mekonik
Sinyal gerakan dari bagian Pengubah diteruskan se-
bertingkat ke silinder 1,2,dst. Satu putaran suatu sil-
-J - -Y'te4dlpa'allsl'
*(*E - isf'H.- -A'- b,tsdPr*xs
podrl mataylng b6nar- harlamolhallrrum
pdd maiay3noaolah- rnClhdlarumdan
b!y!ngannya
Gambar 4.27 Parollak dan cara menghindarinya
i/ffi+i 1..'l 2t. 1 a
L32 I Pr*or*r*ouTrxnrrI
KorusrRuxsr Aur Uxun oeu PRrHsrp KrR:e I fgaI
inder akan memutar 1/10 putaran silinder di sebelah kirin-ya. Contoh ini merupakan penunjuk digital dengan sistem
angka desimal yang disajikan dengan deretan angka yang
terlihat melalui jendela.
Melalui sistem roda gigi, pengubah mekanik mem-
berikan isyarat gerakan berupa putaran yang secara ber-
tahap diteruskan memutar silinder pertama, kedua, ketiga,
dst. Untuk satu kali putaran penuh silinder pertama akan
memutar silinder kedua sebanyak 1/10 putaran. Apabila sil-
inder kedua telah genap berputar satu kali, silinder ketiga
akan terputar sebanyak 'll10 putaran. Proses pemutaran sil-
inder dengan cara bertingkat ini dapat berlangsung terus
sampai ke silinder terakhir. Dengan demikian, deretan ang-
ka 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 P.*or*u*ruTrxrurrI
deret menjadi satu barisan angka. lsyarat pengubah etek-trik yang berupa pulsa (digital) dihitung secara biner den-gan menggunakan suatu sirkuit elektronik. Setelah diubaholeh pembuat kode desimal isyarat diteruskan ke bagianpengatur pengaktifan LED/LCD untuk menunjukkan hasilpengukuran dengan sistem angka desimal (atau sistemangka lain).
Gambar 4.29 Penu njuk d ig ital elektronik
Penunjuk digital elektronik saat ini semakin banyakdimanfaatkan pada berbagai jenis alat ukur karena LED/LCD dengan rangkaian elektroniknya semakin murah danmudah diperoleh oleh pabrik pembuat alat ukur. penunjuk
digital elektronik lebih menguntungkan karena berbagaihalantara lain:
1. Keterbacaan yang tinggi,.tak sesulit membacaskala melalui jarum penunjuk atau garis indeksdengan skala nonius.
2. Pengenolan / Reset; pada setiap saat zero resetdapat dilakukan guna memulai penghitungan si-
13s
LED / LCD
(lodcri.lm blhneon)
Kousrnuxsr Aur Uxun oRN Pnlusrp Krn:e
nyal gerakan. Dengan teknik pengenalan seperti
ini (bisa juga dilakukan pada penunjuk digital me-
kanik) dalam beberapa kasus pengukuran sangat
membantu/mempercepat prosedur pengukuran
maupun penulisan dan analisis data (hal ini tak di-
mungkinkan bagi penunjuk dengan skala)'
3. Sistem angka/bilangan yang fleksibel; ter-
gantung pada kemampuan rangkaian elektronik'
angka yang ditunjukkan tidak selalu harus sistem
angka desimaltetapi bisa sistem biner, heksadesi-
mal, derajat dengan format H'MS (Hour'-Minute-
Second) atau format desimal (hal ini merupakan
keterbatasan penunjuk digital mekanik)'
Perlu dicatat bahwa tak semua penunjuk dapat di-
gantikan dengan penunjuk digital elektronik tanpa harus
mengubah teknik pengolahan sinyal yang berasal dari sen-
sor. Hal ini ditentukan oleh rancangan alat ukur terutama
bagian pengubahnya. Selain itu, tak semua alat ukur yang
dilengkapi dengan penunjuk digital elektronik adalah yang
terbaik sebab selain keterbacaan, berbagai sifat / karakter-
istik alat ukur dan proses pengukuran seperti kecermatan'
kepekaan, ketelitian, dan ketepatan sangat dipengaruhi
oleh rancangan pengubah alat ukur dan pelaksanaan pros-
es pengukuran.
4.4 PENCATAT
Beberapa masalah pengukuran geometrik seperti ke-
bulaun dan kekasaran permukaan memerlukan perekaman
136 I P.nor*r*N TrxNtrI
atau pencatatan harga-harga yang berpasangan, yaitu pasan-
gan 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 den-gan posisi sudut rotor. Rotor akan berhenti pada posisi sudut
tertentu sesuai dengan besar kecilnya arus listrik pada kump-
aran rotor karena terjadi keseimbangan momen puntir yang
disebabkan oleh medan elektro-magnetik dengan momenpuntir akibat pegas spiral. Ujung pegas spiral dikaitkan den-gan rumah galvanometer pada pengait yang dapat diatur po-
sisinya. Jika kedudukan pengait ini diubah (digeserkan), rotorakan terubah posisinya. Berarti, posisi nol bagijarum pencatatyang menyatu dengan rotor dapat diatur letaknya secara lang-sung (pengaturan secara tak langsung dapat dilakukan lewatpengaturan pada bagian pengubah darialat pencatat).
KoNsrRuxsrAur Urun orru PRrr.rslp KeR.la I rcfI
@
Rotor dengan kumparan, pegas spiral serta jarum
pencatat ini berukuran kecil guna menaikkan reaki alat
(kepasifan diminimumkan). Arus yang lemah sekalipun cu-
kup 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 digu-
nakan teknik pencatat yang bebas gesekan misalnya den-
gan teknik menghanguskan lapisan kertas dengan bunga
apilistrik.
di mana terjadi pembakaran oleh bunga api listrik. Pada lo-kasi ini serat pelapis akan hilang sehingga warna dasar ker-
tas akan terlihat sebagai titik hitam. Bunga api listrik mel-
oncat berkesinambungan dari ujung jarum galvanometer
menuju pelat logam di bawah kertas yang diberi muatanlistrik bertegangan tinggi. Melalui lubang-lubang di ke duapinggirnya kertas digerakkan roda penggerak sehingga dipermukaannya akan tergambarkan grafik linear (atau polar
bila kertas diputar pada sumbu grafik polar) sebagai hasil
proses pengukuran.
Alat pencatat dengan prinsip servo-motor bekerjaatas dasar penyeimbangan beda voltase listrik. Suatu jem-batan whetstone, yang berfu ngsi sebagai alat pembandin g,
diberi voltase acuan/referensi pada ke dua ujung yang ber-
seberangan, lihat gambar 4.30.b. Ke dua ujung berseber-
angan yang lain, yang berupa kontak geser, dihubungkandengan bagian pengubah alat ukur yang mengeluarkan
isyarat voltase yang hendak diukur.
Selama ke dua voltase yang diperbandingkan ini be-lum seimbang, akan ada arus listrik DC yang melalui kontakgeser menuju ke penguat arus. Penguat akan menaikkanbeda voltase tersebut sehingga timbul arus yang cukupbesar untuk menggerakkan motor servo. Karena putaranmotor, kontak geser akan tergeser ke salah satu arah (ter-
gantung pada beda tegangan negatif atau positif) sampaiterjadi suatu keseimbangan voltase. Dengan demikian, penayang dipasang pada ujung kontak geser ini akan membuatsuatu garis pada kertas berskala yang digerakkan oleh mo-tor khusus. Kontak geser pada sisi yang lain darijembatan
i;ffi. () ,,
v-, / -'iF-.ltd
^^^^^^^J F-id
/I \_+"ld
B PrL.bSffir
Gambar 4.3O Alat pencatat dengon prinsip Galvonometerdon prinsip Servomotor
Kertas grafik perlu dibuat khusus untuk keperluan
ini. Bahan dasar berupa kertas hitam yang permukaan ak-
tifnya dilapis dengan serat (biasanya diberi warna kelabu
pada mana garis-garis skala dicetak; grafik linear atau po-
lar) yang tak mudah terbakar secara spontan merambat ke
mana-mana melainkan secara lokalyaitu hanya pada lokasi
138 I P.*or*r*r TrrnrrI
KorusrnursrAur Urun oex PRrHsrp Krrue I fgqI
whetstone berfungsi sebagai penyetel posisi noldari pena
pencatat relatif pada kertas grafik.
Kertas grafik untuk pencatat jenis servo motor meru-pakan kertas grafik biasa (bukan sepertiyang dipakai pada
pencatat jenis galvanometer) karena motor servo cukupkuat untuk melawan gesekan akibat goresan pena pada
kertas.Jadi, harga kertas grafikakan lebih murah. Meskipun
demikian, pencatat jenis galvanometer kadang harus dipi-lih karena alasan kecepatan reaksinya yang tinggi.
Alat pencatat elektrik seperti yang diuraikan di atas
memiliki beberapa karakteristik yang menguntungkan an-
tara lain:'1. Polaritas dapat dibalik dengan mudah; memun-
gkinkan pembalikan arah positif pada grafik yang
dibuat,Pembesaran (magnification) dapat di atur denganattenuator; berarti kecermatannya pun dapat diatur dengan mudah,
Kecepatan kertas dapat diatur; bentuk grafik dapatdisesuaikan dengan memperhatikan kecepatangerakan sensor relatif terhadap benda ukur,Beberapa servo motor dapat dirancang meng-gerakkan beberapa pena pencatat sesuai denganjumlah input yang akan dibuat grafik pengukuran-
nya pada saat bersamaan.
SIFAT UMUM ALAT UKUR
lat ukur merupakan alat yang dibuat oleh manusia,oleh karena itu ketidaksempurnaan merupakan ciriutamanya. Meskipun alat ukur direncanakan dandengan cara yang paling saksama, ketidak sem-
purnaan sama sekali tidak bisa dihilangkan. Justru datamkendala ketidaksempurnaan ini atat ukur sering dianggapsebagai cukup baik untuk digunakan dalam suatu prosespengukuran asalkan pengguna memahami keterbatasan_nya. Untuk menyatakan sifat-sifat atau karakteristik alatukur digunakan beberapa istilah teknik yang sewajarnyadiketahui supaya jangan menimbulkan keraguan dan kes_ala htafsira n da la m meng komu nikasikan hasil penguku ran.
Dengan memahami istilah yang dikaitkan denganketidaksempurnaan alat ukur geometrik ini diharapkanakan menyadarkan kita untuk lebih memperhatikan isti_lah-istilah lain yang digunakan untuk menyatakan keti-daksempurnaan sistem optik, sistem mekanik, sistem elek-
Adibuat
2.
4.
140 PencuxuRRn Trxrurr
tronik sistem pengolahan data, proses pembuatan dan se-
bagainya.
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 kai-
tannya dengan yang diperlukan oleh alat ukur yang dikali-
brasi.
Tingkat kebenaran mengandung makna praktis. Un-
tuk menjamin hubungannya dengan satuan standar pan-
jang internasional, alat ukur besaran panjang yang diguna-
kan oleh operator mesin perkakas (alat ukur kerja) dapat
diperiksa melalui suatu prosedur kalibrasi. Jika suatu prose-
dur 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 Kalibrasi alat ukur standar kerja dengan me-
makaiacuan alat ukur standar.
Tingkat 3 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 P*ou**rTrxxrxI
Mata rantai tingkat 1 dan mungkin juga tingkat 2
dapat dilakukan sendiri oleh industri mesin yang bersang-kutan, sedangkan tingkat 3 dan mungkin juga tingkat 4dapat dilaksanakan oleh beberapa Laboratorium MetrologiIndustri yang diberi wewenang. Kewenangan ini diwujud-kan pemerintah melalui sistem akreditasi kalibrasi yangnnenjadl salah satu kegiatan jaringan kalibrasi nasional.
Dengan menjalankan sistem kalibrasi berantai, setiapalat ukur akan memiliki keterlacakan (keterusutan, ketelu-suran; traceability) yaitu sampai sejauh mana mata ran-tai kalibrasi dirangkai. Jika secara meyakinkan seseorang(badan) dapat menyatakan bahwa keterlacakan suatu alatukur (misalnya alat ukur kerja)adalah sampai pada rantai ke2 berarti alat ukur tersebut pernah dikalibrasi dengan me-makai acuan standar kerja yang mana acuan standar kerjaini pernah dikalibrasi dengan alat ukur standar. Selanjutnya,akan menjadi tugas dan kewajiban badan yang melaksana-kan kalibrasi tingkat 2 untuk menjamin bahwa alat ukurstandar yang dipakainya memiliki keterlacakan sampaitingkat nasional atau internasional.
Tingkatan atau mata rantai kalibrasi I s.d.4 ini meng-ga mbarka n sistemati ka penyam bun gan ra ntai. Tergantu ngpada kondisi fisik alat ukur yang akan dikalibrasiyang harusdisesuaikan dengan kondisi fi sik alat ukur acuan, mata rantaiini dapat menjadi lebih banyak atau sebaliknya lebih sedi-kit. Mungkin pula menimbulkan untaian yang paralel, yangmencabang mulai dari salah satu mata rantai, kesemuanyamenggambarkan rangkaian kalibrasi mulai dari alat ukurkerja sampai dengan alat ukur standar internasional.
Srrer Umum Aur Urun I fae
Secara teoretik rantai kalibrasi kelihatannya mudah
dilaksanakan. Dalam kenyataannya hal initidak mudah un-
tuk 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-
miliki maupun yang memiliki sertifikat keterlacakan (ket-
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(kecualialatukur yang dipakai dalam perdagangan yang diatur dalam
undang-undang kalibrasi metrologi legal) kalibrasi ulang
diperlukan karena kemungkinan adanya perubahan kondi-
sialat 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'
Dalam prosedur tersebut dicantumkan kesalahan yang
masih diperbolehkan bila ada perbedaan antara harga
yang ditunjukkan alat ukur dengan harga acuan'
5.2 Kecermatan (Reso lutionl
Kecermatan alat ukur ditentukan oleh kecer-
matan skala dengan cara pembacaannya' Bagi skala
yang dibaca melalui garis indeks atau jarum penunjuk ke-
\M I Pr*ou*r*uTexrutrI
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 digu-
nakan penunjuk digital kecermatan alat ukur diwakili oleh
angka paling kanan.
Kecermatan dirancang sesuai dengan rancangan
bagian pengubah dan penunjuk alat ukur dengan mem-
perhatikan kepekaan, keterbacaan, dan kapasitas ukur. Ke-
cermatan alat ukur biasanya bersifat tetap tetapi ada pula
alat ukur (terutama jenis komparator) yang kecermatannya
dapat diatur. Alat ukur dengan pengubah elektrik (atau
prinsip kerja gabungan dengan isyarat akhir berupa besa-
ran 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) se-
hingga 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 t-a b i I i ty) da n ketel itian (keakuratan; a cc u r o cy).
5.3 Kepekaan (Sen sitivitylKepekaan alat ukur ditentukan terutama oleh
bagian pengubah, sesuai dengan prinsip kerja yang
Srrnr Umuu Aur Uxun I USI
diterapkan padanya. Dalam hal ini, kepekaan alat ukur
adalah kemampuan alat ukur untuk menerima, mengubah
dan meneruskan isyarat sensor (dari sensor menuju ke ba-
gian penunjuk, pencatat, atau pengolah data pengukuran).
Tidak semua alat ukur memiliki kepekaan, misalnya
penggaris atau mistar, sebab alat tersebut tak memiliki ba-
gian pengubah. Kepekaan bisa berkaitan dengan kecerma-
tan dan keterbacaan skala alat ukur. Biasanya alat ukur den-
gan 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.
Fr"*," - t/d IK€Dokm alal ,1n,1 ; aya /Ax
K€p€ra.n slsl r*u S : ayg /Ax
x
Dengan melakukan kalibrasi, berdasarkan grafik an-tara keluaran (jarak pergeseran jarum penunjuk; y mm) se-
bagaifungsi linear masukan (besaran panjang acuan yangdiketahui besarnya; x, mm) dapat ditentukan kepekaan alatukur. Garis linear dengan harga kemiringan (slope) yangbesar mencirikan kepekaan yang tinggi. Kapasitas alat ukurditentukan oleh besar kecilnya daerah linear. Tergantungpada pits skala (jarak fisik garis-garis skala) dan harga kepe-kaan, kecermatan alat ukur terdefinisikan.
Secara matematik kepekaan didefinisikan sebagaikemiringan (slope) grafik antara keluaran (y output) seb-agai fungsi linear masukan (x; inputl, yaitu:
Kepekaan : dY / dx ; I satuan y / satuan x ]
Kelinearan grafik merupakan syarat penting supayapits skala dapat dibuat beraturan sehingEa kecermatandi mana saja dalam daerah tertentu akan sama harganya.Daerah ini merupakan daerah kerja alat ukur sehinggadapat dinamakan sebagai daerah ukur yang menentukankapasitas ukur.
Sesuai dengan isyarat akhir dengan besaran tertentu,misalnya voltase listrik, bagian penunjuk alat ukur besaranpanjang bisa merupakan suatu alat ukur lain yakniVoltme-ter. Melalui kalibrasi dapat dibuat grafik yang menggambar-kan besaran keluaran (misalnya mV) sebagaifungsi besaranmasukan (mm).Jadi, dalam hal ini kepekaannya akan me-miliki satuan [mV / mm]. Bila skala voltmeter ini tak diganti,pengamat harus mengubah harga setiap penunjukan [mV]
dilMii dm ( hdgE Yang diukur )
dssh lqraltrt uaqr B
Gambar 5.1 Contoh grafikkepekaan
PencurunRru TrrNtx
dgth ketsrlal rkrr A
146 I
Dtult satoldr ;k ,ibrasi E
.] --., Eo,o-?-l:-i :rl!l-:l il E",';-l il E
)q)
*"T"o,H,I?oksmtl8flrya
Srrnr Unauu Aur Urun I
UZ
dengan memakai harga kepekaan tersebut menjadi besar-
an 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 indekdengan skala nonius.lstilah keterbacaan dalam metrologi se-
cara khusus lebih dikaitkan pada bagian penunjuk dengan
skala.
Bagi alat ukur pada bagian penunjuk dengan skala,
keterbacaannya dirancang dengan memperhatikan pits, ke-
pekaan, 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 ter-
jadinya keraguan pembacaan.
Sebagaimana yang telah diulas pada skala nonius, in-
terpolasi pembacaan posisi garis indek dengan memakai
skala nonius juga dibuat dengan memperhatikan aspek ket-
erbacaan. Semakin cermat penginterpolasian nonius, selain
memerlukan jumlah garis noniusyang banya(akan menyulit-
kan pemilihan garis skala nonius yang mana yang betul-betul
berimpitdengan skala utama, jadi keterbacaannya akan menu-
run. Perlu dicatat, kesalahan pembacaan gara-gara pengamat
tak paham memakai skala nonius bukan berarti rendahnya
keterbacaan skala nonius melainkan kebodohan pengamat.
148 I Pr*or*r*u TexxrxI
5.5 Histerisis (Histerysisl
Histerisis adalah perbedaan atau penyimpanganyang timbul sewaktu dilakukan pengukuran secara ber-kesinambungan daridua arah yang berlawanan (mulaidariskala nol hingga skala maksimum kemudian diulangi dariskala maksimum sampai skala nol). Histerisis muncul kare-na adanya gesekan pada bagian pengubah alat ukur.
Suatu jam-ukur dapat digunakan untuk mengukurketinggian yang berubah secara berkesinambungan naikdan diulangi dengan secara berkesinambungan turun, se-bagaimana yang diperlihatkan pada gambar 5.2. Dudukanjam-ukur digeserkan di atas meja-rata sehingga sensor jam-ukur menggeser di atas permukaan batang-miring (batang-sinus).
Apabila kesalahan pembacaan jam-ukur digambar-kan sebagai fungsi ketinggian yaitu antara harga kesalahansebagai sumbu tegak sedang sumbu datar adalah harga se-benarnya, dapat diperoleh bentuk kurva kesalahan sepertigambar 5.2. Meskipun kesalahan adalah hal yang wajar ter-jadi, kesalahan ini seharusnya sama dalam arti kurva pem-bacaan naik berimpit dengan kurva pembacaan turun.
Pada contoh jam ukur ini, histerisis disebabkan olehperbedaan gaya yang dialami poros ukur. Sewaktu po-ros bergerak ke atas akan melawan gaya gesek serta gayapegas penekan, sewaktu bergerak turun poros menerimagaya pegas penekan dan melawan gesekan.
Kurva kesalahan saat "pembacaan naik"tak berimpitdengan kurva "pembacaan turun". Dalam contoh ini ge-sekan poros-ukur pada dinding bantalan-luncur adalah
Srrnr Umuu Aur Urun 149
penyebabnya. Karena gesekan mekanik ini berkaitan den-
gan 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.
Gambar 5.2 Histerisis yang dapat teriadi poda iam-ukur
Supaya histerisis tidak terjadi, gesekan pada poros
dengan bantalannya harus dihilangkan atau setidak-tida-
knya diperkecil. Pengaruh histerisis dapat dikurangi apabilapengukuran dilakukan sedemikian rupa sehingga hanya
sebagian kecil skala alat ukur tersebut saja yang digunakan(perubahan posisijarum penunjuk diusahakan hanya me-
lewati beberapa garis skala). Oleh sebab itu, pengukuran
dengan cara tak langsung sebaiknya dilakukan dengan me-
milih/mengatur tinggi alat ukur standar (susunan blok ukur)
sehingga sama dengan tinggi objek ukur. Bila ada selisih
ketinggian, harga yang ditunjukkan komparator akan rela-
tif kecil(hanya dalam beberapa mikrometer).
5.6 Kepasifan/ Kelambatan Reaksi
Sepintas istilah kepasifan initerasa memiliki konotasikebalikan dari kepekaan, tapi tidaklah demikian. Jika kepe-kaan dikaitkan dengan kemampuan menerima, mengolah,dan meneruskan isyarat sensor, kepasifan dikaitkan den-gan waktu yang digunakan perjalanan isyarat mulai darisensor sampai pada penunjuk. Suatu alat ukur dapat me-miliki kepekaan tinggi dengan kepasifan yang tinggi atausebaliknya, sebab antara kepekaan dan kepasifan tak adaketerkaitan.
Kepasifan yang rendah sangat menguntungkan se-bab alat ukur cepat reaksinya. Alat ukur, terutama bagianpengubahnya, dirancang dengan memperhatikan hal ini.Suatu kondisi terburuk harus dihindari yaitu kepekaan yangrendah dikombinasikan dengan kepasifan yang tinggi. Da-lam hal ini isyarat akibat suatu perubahan kecil yang dide-teksi sensor tidak sampai ke bagian penunjuk. Beberapacontoh kepasifan antara lain:
Kepasifan pada alat ukur jenis mekanik yang di-sebabkan oleh pengaruh kelembaman, misalnyabesarnya masa komponen dan pegas yang tidakelastik sempurna.
Kepasifan dapat terjadi pada alat ukur jenis pneu-matik deng an sistem tekanan balik yaitu bila pipaelastik yang meng hubungkan sensor denganruang perantara terlalu panjang. Karena volumeudara (yang diukurtekanannya) terlalu besar, makapengaruh kompresibilitas udara menjadi terasa,akibatnya barometer akan terlambat bereaksi.
1.
2.
I to.rvrpembacarn:
A-tffir -harye$benmF(trm)y -kedahm(pm)mel.-rltr
L50 PrncuruReH Terrurx Srrer Umuu Arer Uxua I
fSr
3. Kepasifan dapat dialami alat ukur jenis elektrik(resolver & inductosyn) atau optoelektrik jika ke-
cepatan komponen yang diukur jarak gerakannya
melebihi kecepatan maksimum sesuai dengan
kemampuan/kecepatan penghitung elektro-
niknya. Dalam hal ini isyarat yang dikeluarkan sen-
sor 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 penyimpan-
gan yang membesar dengan berjalannya waktu.
Keadaan ini sering dialami oleh alat ukur dengan
pengubah atau pencatat elektrik. Karena perubahan tem-peratur (di dalam alat ukur tersebut) dapat mempenga-
ruhi 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 terjadipergeseran, sebaiknya dilakukan pengecekan ulang den-
gan periode tertentu. Dengan mengulang proses pengu-kuran bagi objek ukur acuan (standar atau yang dipilih).
5.8 Kestabilan Nol (Zero StabilitylJikalau pergeseran merupakan perubahan yang
menyebabkan penyimpangan yang membesar denganberjalannya waktu, kestabilan nol juga menjadi penye-bab penyimpangan tetapi dengan harga yang tetap atauberubah-ubah secara rambang tak stabil.
Serupa dengan pergeseran, kestabilan nol dapat di-periksa secara periodik dengan melakukan pengukuranulang dengan menggunakan objek ukur acuan sehinggaalat ukur menunjukkan harga acuan. Jika harga ini berubah-ubah secara acak pada setiap kali pengecekan berarti kes-tabilan nol alat ukur tidak baik.
Bagi sistem pengukuran geometrik penyebab keti-dakstabilan nol umumnya karena ketidakkakuan sistempemegang alat ukur atau benda ukur, kelonggaran sistempengencang, atau keausan sistem pemosisi (alat bantucekam posisi).
5.9 Pengambangan/ Ketakpastian (Floatingl
Pengambangan terjadi apabila jarum penunjuk sela-lu berubah posisinya (bergetaO atau angka terakhir/palingkanan penunjuk digital berubah-ubah. Hal ini disebabkanoleh adanya gangguan yang menyebabkan perubahan-pe-rubahan yang kecil yang'Uirasakan sensor"yang kemudiandiperbesar oleh bagian pengubah alat ukur. Semakin cer-
153152 PrrucuxuRen Terxrx Srrer Uuuna Amr Uxun
mat dan peka alat ukur, kemungkinan terjadinya pengam-
bangan 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 tigahal/bagian yaitu benda ukur, alat ukur, dan pengu-kur/pengamat. Karena ketidaksempurnaan masing-
masing bagian iniditambah dengan pengaruh lingkunganmaka bisa dikatakan bahwa tidak ada satupun pengukuranyang memberikan ketelitian yang absolut. Ketelitian bersi_fat relatif yaitu kesamaan atau perbedaan antara harga ha_sil pengukuran dengan harga yang dianggap benar, karenayang absolut benar tak diketahui. Setiap pengukuran, den_gan kecermatan yang memadai, mempunyai ketidaktelitianyaitu 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 yangmemadai, diulang untuk ke dua, ke tiga dan seterusnya un_tuk n kali pengukuran yang identik, hasilnya tidak selalusama, mereka kurang lebih akan tersebar/terpencar di seki_tar harga rata-ratanya. Jika ada m kelompok pengukuranyang 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 men-
capai sasaran pengukuran yaitu penunjukan"harga sebena-
rnya" objek ukur.
Jika objek ukur merupakan harga acuan yang diang-
gap benar, sepertiyang dipakaidalam proses kalibrasi, per-
bedaan antara harga yang ditunjukkan alat ukur dengan
harga yang dianggap benar dinamakan sebagai penyim-
pangan. 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 sa-
saran (besarnya toleransi kesalahan)' Predikat atau
tanda (tera) teliti bisa diberikan bagi alat ukur yang
bersangkutan.
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 denganbenar, hasil pengukuran dapat dikatakan sebagai harga-
sebenarnya objek-ukur sesuai dengan kecermatan alatukur. Selanjutnya, bila harga sebenarnya objek ukur terse-
but berada dalam daerah toleransi kesalahan seperti yang
dinyatakan dalam gambar teknik (sasaran ditetapkan), be-rarti objek ukur termasuk dalam kategori baik kualitasnya(kualitas geometrik, kualitas material, kualitas proses, dsb.
sesuai dengan jenis besaran yang diukur dan tujuan pen-
gukuran).
Ketepatan/ Keterulanga n (Precision,Repeatability)
Kewajaran proses pengukuran untuk menunjukkanhasil yang sama jika pengukuran diulang secara identik.
Dengan kecermatan alat ukur yang memadai, hasil
pengukuran yang diulang secara identik akan menghasil-
kan harga-harga yang menyebar di sekitar harga rata-rat-
anya. 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
156 PrNcuruRnru Texntr KrsamHnru/PTNyTMpANGAN Pnosrs PrruGuxunRr.r 157
dua batas. Karena harga rata-rata merupakan titik tengahmaka jarak antara harga rata-rata ke salah satu batas dapat
dinamakan sebagai penyimpangan rambang.
Bagi istilah ketelitian diperlukan target/sasaran pen-
gukuran, sementara itu bagi istilah ketepatan tidak harus
dikaitkan dengan target. Dengan demikian, istilah benar
atau salah dalam hal ketepatan sebetulnya tidak bisa didefi-nisikan. Ketepatan lebih menekankan pada kewajaran (da-
lam bertindak sesuai dengan wataknya; sulit diperbaiki) se-
mentara ketelitian menekankan pada kesungguhan (dalam
mengarahkan; cukup dengan memberitahu letak sasaran).
Jika istilah ketepatan dikaitkan pada target, mau tak
mau istilah ketelitian akan muncul mengikutinya. Bila da-
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 rata-
ratanya ltitik tengah usaha pengulang anl terletakjauh dan titik tengah daerah sasaran. Seluruh atau
kebanyakan hasil pengukuran terletak di luar dae-
rah sasaran.
2. Proses pengukuran yang tak tepat tetapi teliti; jika
keterulangannya rendah dengan harga rata-rata-
nya terletak pada atau di dekat titik tengah daerah
sasaran. Meskipun demikian, cukup banyak hasil
pengukuran yang terletak di luar daerah sasaran.
Proses pengukuran yang tepat tetapi tak teliti; jika
keterulangannya tinggi tetapi harga rata-ratanya
terletak jauh dari titik tengah daerah sasaran sede-
mikian rupa sehingga kebanyakan hasil penguku-
ran terletak di luar daerah sasaran.
Proses pengukuran yang tepat dan teliti; jika ke-
terulangannya tinggi dan bersamaan dengan ituharga rata-ratanya terletak pada atau di dekat titiktengah daerah sasaran. Seluruh atau hampir se-
mua harga pengukuran terletak di dalam daerah
sasaran.
Tak TEPAT : keterulangan rendah
TakTELlTl : kesalahan sistematik
ffiffiPl@ ksbgod 1 Pr@ kltegdlz Pres. kdegod 3 P@s kegdi ,{
t8k ropd & hk blitl Ek bpat, hpi telld tepar , bpi hk teliti t6pat & btiti( sullt dipdbalkl ) ( $lit dlpo.balki ! ( blsr dp(b6lH ) ( tak 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 sa-
saran paling tengah dengan diameter tertentu. Hasil
tembakan menyebar sesuai dengan kemampuan penem-
bak (proses). Semakin kecil diameter lingkaran sebaran ha-
3.
4.
158 PrncuruRnN Trrrurr Krsnmnnu/PTNylMpANGAN Pnosrs PrucuruRRr,r 159
sil tembakan, ketepatan proses semakin tinggi. Jarak titiktengah lingkaran sebaran hasil tembakan terhadap titiktengah sasaran menggambarkan ketelitian, semakin ke-
cil berarti semakin teliti. Pada contoh ini proses kategori4adalah yang terbaik. Besar kecilnya sasaran (kecermatan
target) merupakan kunci permasalahan. lmajinasikan em-pat proses ini seandainya lingkaran sasaran diperbesar.
Tanpa usaha perbaikan, ada kemungkinan proses kategori1,2, dan 3 berubah menjadi proses kategori 4. Gambar ini
dibuat dengan memperhatikan rasio yang wajar (propor-tional) antara ukuran sasaran (kecermatan target = dae-
rah 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 titiktengah sasaran.
, Kesalahan sistematik umumnya bisa diperbaikidengan mencaridan membetulkan sumber peny-
ebab kesalahan. Jadi, proses kategori 3 bisa diper-baiki menjadi kategori 4.
. Pembetulan kesalahan sistematik pada proses ka-
tegori 1 umumnya tak bermanfaat, sebab paling
tidak hanya akan mencapai proses kategori 2.
2. Kesalahan rambang (acak; random error), dialamiolehsemua proses pengukuran (kategori 1 s.d.4).
. Harga kesalahan rambang dapat dinyatakandengan:r' selisih antara harga rata-rata dengan titik
tengah sasaran sepertiyang terjadi pada pro-ses kategori 4,atau
,/ selisih antara harga rata-rata dengan batas se-
lang kepercayaan yang dihitung dalam anali-sis statistika.
. Kesalahan rambang umumnya sulit diperbaiki ka-rena sumber penyebabnya sulit dicari.
Untuk proses pengukuran berbagai sumber yangbisa menjadifaktor penyebab proses pengukuran menjaditidak teliti dan tidak tepat adalah:
1. Alat ukur,
2. Benda ukur,
3. Posisipengukuran,
4. Lingkungan, dan5. Operator (pengukur; pengamat).
6.1 PENYIMPANGAN YANG BERASAL DARIALAT UKUR
Alat ukur yang digunakan harus mendapat tera teliti.Dengan demikian, proses pengukuran akan bebas dari pe-nyimpangan yang merugikan yang biasanya berasal (ber-sumber) dari alat ukur. Apabila alat ukur sering dipakai danbelum dikalibrasi ulang ada kemungkinan timbul sifat - si-fat yang merugikan seperti histerisis, kepasifan, pergeserandan kestabilan nol yang jelek.
1.60 PrrucurunRN TrrNrr Krsnuunu/PTNylMpANGAN Pnosrs PrrucuxuRnu I rctI
Kesalahan/ penyimpangan sistematik dalam proses
pengukuran dapat bersumber dari alat ukur. Keausan bi-
dang kontak sensor mekanik merupakan contoh sederhana
yang dapat diketahui dengan mudah dengan memeriksa
posisi-nol. Misal nya, jika sensor-gerak mikrometer, berkapa-
sitas 0-25 mm, ditempelkan pada sensor-tetap (rahang-
ukur dikatupkan), saat itu garis indeks untuk pembacaan
"kasar dan halus" pada skala mikrometer harus menunjuk-
kan nol. Jika tidak menunjuk nol berarti ada penyimpangan
yang menjadi sumber kesalahan sistematik. Kesalahan je-
nis 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 kes-
aksamaan 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 di-perhatikan, dicegah, dan diperbaiki bilamana muncul.
Kesalahan ram bang meru paka n hal yang waja r dalam
proses pengukuran dengan memakai komparator. Kontri-
busialat ukur sehingga muncul kesalahan rambang dalam
proses pengukuran umumnya relatif kecil, asalkan alat ukur
digunakan dan dipelihara dengan baik.
6.2 PENYIMPANGAN YANG BERASAL DARIBENDA UKUR
Setiap benda elastik akan mengalami deformasi (pe-
rubahan bentuk) apabila ada beban yang beraksi padanya.
Beban ini dapat disebabkan oleh tekanan sensor-kontak
alat ukur, berat benda ukur sendiri (yang diletakkan di an-
tara tumpuan), dan tekanan penjepit penahan benda ukur.
Meskipun harga deformasi ini dianggap kecit dan seringdiabaikan dalam hal perhitungan kekuatan, dalam hal pen-gukuran geometrik yang cermat membuat deformasi ini
menjadi bermakna untuk diperhitungkan dan dapat men-jadi sumber kesalahan sistematik.
Supaya perubahan dimensi dapat dirasakan, sensor
kontak perlu memberikan tekanan pada permukaan objekukur.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 ukurjenis mikrometer akan memberikan tekanan yang sangat
besar pada permukaan objek ukur. Hal ini dapat menye-
babkan deformasi pada permukaan objek ukur yang rela-
tif lunak (aluminium) ataupun perubahan bentuk silinderberdinding tipis. Mikrometer harus diputar melalui pemutar
bergigi-gelincir (racet) atau pemutar jenis gesekan supaya
momen puntir terbatasi sehingga tekanan pengukuran se-
lalu sesuaidengan rancangan (ringan dan tetap harganya).
Bila pengukuran dilakukan dengan prosedur yang benarpenyimpangan yang diakibatkan oleh deformasi benda
162 PrNcurunRu Trrrurr KrsnmHnru/PTNyTMpANGAN Pnosrs PruouxunRru 163
ukur akan terhindarkan, akibatnya ketepatan atau keteru-
langan proses pengukuran akan terjaga.
Deformasi karena tekanan pengukuran dapat dihilan-gkan jika digunakan sensor non-kontak misalnya jenis optikatau pneumatik. Jadi, perhatian dapat dicurahkan pada dua
faktor yang masih bisa menjadi sumber kesalahan yaitu be-
rat benda ukur dan tekanan penjepit benda ukur.
Batang-ukur, sebagai alat ukur standar dengan
penampang yang sama sepanjang sumbunya, bila dil-
etakkan pada dua tumpuan akan melentur akibat berat-
nya 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 duar{ung batang t€tapselalar meskipun adalenturan
lonturan dl uJung samadengan lonturan dlte -ngah dan merupakanharga lentrran minlmum
pemendokan garlsnofd aHbat lenturanadalah yang ted(odl
l,s-0,5593J
c. Batang unilorm yang ditumpu simefik
Gambar 6.2 Pengoruh elastisitas benda ukurpada saat pengukuran
Jika ke dua permukaan di ujung batang-ukur diingink-an sejajar, jarak ke dua tumpuan (sl harus sama dengan 0.577 kali panjang batang (s=0.577 0). Ke dua titiktumpuan ini disebut dengan Titik Airy (Airy points) danbatang-ukur biasanya diberi tanda yang menyatakanletak titik tersebut. Akibat kesejajaran muka-uku-rnya beberapa batang-ukur, masing-masing ditumpupada titik Airy-nya, dapat dipersambungkan tanpakekhawatiran akan timbulnya kesalahan akibat dari
1.a Pengaruh tekenankonlak pada bendaukur yang lunak.
Penganrh tekanan kontakpada benda ukur (slllndet)yang berdindlng fpls.
1.65
tllk Bessel
L64 I Prror*r*oNTrrrurxI
Krsnmneru/PTNytMpANGAN Pnosrs Perucuxunrru
ketidaksempurnaan penempelan (untuk menjamin
ketelitian jarak antara ke dua ujung bebas).
2. 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 Len-
turan Minimum) kelurusan batang penggaris dapat
dipakai sebagai acuan pengukuran kelurusan permu-
kaan di bawahnya (dengan memakai komparator, diu-
kur 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 bo-
leh bergerak pada arah yang sama dengan garis penguku-
ran (garis dimensi objek ukur). Untuk memastikan hal ini,
dalam beberapa kasus diperlukan alat pemegang benda
ukur (pencekam, penjepit). Karena penjepit juga memberi-
kan tekanan pada benda ukur, maka posisi penjepit harus
ditentukan sedemikian rupa sehingga tidak menimbulkan
deformasi yang merugikan.
Berbekal pengetahuan dasar mengenai mekanikateknik, cukup dengan memahami hal-hal pokok mengenaigaya dan lenturan tanpa harus melakukan penghitunganteoretik, seorang teknisi metrologi akan dapat meren-canakan lokasi pencekaman yang aman.
6.3 PENYIMPANGAN YANG BERASAL DARIPOSISI 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 garispada mana skala ukur dibuat atau garis gerakan sensor, ti-dak berimpit dengan garis dimensi objek ukur melainkanmembuat sudut sebesar B, hasil pengukuran akan lebihbesar daripada dimensi sebenarnya. Semakin besar sudut 6
kesalahan ini akan membesar sesuai dengan membesarnyasisi miring pada segitiga siku-siku mengikuti rumus kosinus.
OIeh karena itu, kesalahan ini sering dinamakan sebagaikesalahan kosinus (cosine error), lihat gambar 6.3.
MrLrs -lBadau Perpustf,knaa
IPropinsl Jawa Timur i
166 PencurunRn Terutx KesauHnr.r/PTNyIMpANGAN Pnosrs PrncuxunRx 1.67
kaan sensor,lihat gambar 6.4b). Keadaan seperti inidapatdicegah dengan teknik yang sesuai dengan jenis alat ukurdan cara pemegangannya yaitu; lihat gambar 6.4 (A & B):
gadsdimettg
I garis dimensii;;-
L-Mor0-d$n0L . M - d.0
(untuk 0 kecil)
garls dlmensl
gade ukurfT- Mj.ol
garis ukur
fiflk kontal(
Gambar 6.3 Kesalohan Kosinus
"Kesalahan Kosinus" muncul akibat dari tidak di-penuhinya prinsip ABBE (garis ukur harus berimpit dengan
garis dimensi). Hasil pengukuran M akan lebih besar dari-pada dimensi sebenarnya L. Meskipun secara teoretik mu-
dah 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 dilaku-
kan adalah mengusahakan prinsip ABBE inidipenuhi.Kesalahan kosinus kelihatannya akan diperparah jika
sensor menempel di permukaan benda ukur tidak pada titikdigaris-ukur melainkan di sampingnya (ditepi luar permu-
1.68 I Pr*or*r*ou Trxr.lrrI
0ga tensor.trn€fil( putrr dongEn uJulo a€earuh ilndermerupskan r6nts yang btra me4arr rencirl poalsinta
Gambar 6.4 Jenis sensor kontak disesuaikan dengan permosola-hon pengukuran untuk menjamin kebenaran posisi pengukuran
aailord'rgpfrrrg unld(mncarl harla tf,lccl
smss bola lebh baik
,:,rfisor dEerald(8n kr ldd*rnan
KrsamuaN/PeNyrMpANGANPnosesPeNcuxuRRr.r I MgI
A. Jika posisi alat ukur relatif terhadap benda ukur tak bisa
diubah (sesuai dengan pengaturan terakhir yang dii-
kuti 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 sen-
sor 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:
Menggerakkan sensor ke kiri-kanan untuk mencari
harga terbesar. Kemudian, dengan posisi akhir sep-
erti yang .pengukur yakini sebagai posisi pengukuran
samping terbaik, dilanjutkan dengan:
Menggoyangkan (menganggukkan) sensor ke depan-
belakang untuk mencari harga terkecil. Harga terakhir
inilah yang dianggap paling mewakili harga diameter
lubang.
Pemraktekan cara C diikuti D tidaklah mudah. Pen-
gukur harus berkali-kali melatih sampai ketepatan (keteru-
langan)-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 sen-
sor pada benda ukur akan membuat alat ukur mampu me-
nyesuaikan 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 dipilihdaripada alat ukur dua sensor kontak. Tiga sensor kontakdalam hal ini pun memenuhi segiteori geometri, "melalui
tiga titik yang tak segaris hanya dapat dibuat satu lingka-
ran'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) lebihpraktis bila dipakai untuk pengukuran lubang berdiameterbesar (tak ada alat ukur jenis 3 sensor yang dibuat untukukuran besar), atau untuk pengukuran tinggi celah.
c.
D.
170 I Pr*ou*r*tt TtxutrI
6.4 PENYIMPANGAN YANG BERASAL DARI
LINGKUNGAN'Li n g ku n ga n ha ru s mem berikon ke nyo m an o n
bagi pengukur!'
Jika persyaratan ini dipenuhi, pada umumnya akan
memenuhi persyaratan yang diminta alat ukur dan benda
ukur.
1. Kebersihan; kita menyenanginya dan demikian pula
yang diminta oleh alat ukur dan benda ukur. Debu,
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 ling-
kungan 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
{gauge-block).2. Tingkat kebisingan yang rendah; semua menyenangi.
Getaran lemah yang tak membisingkan pun tidak dis-
enangi oleh alat ukur cermat dan peka sebab akan me-
nimbulkan pengambangan (ketakpastian, fl oating).
3. Pencahayaan yang mencukupi; supaya operator mam-
pu melaksanakan pengukuran dan membaca hasil
pengukuran. Memang alat-ukur dan benda ukur dalam
hal ini tak mempedulikan pencahayaan. Untuk sistem
pengukuran yang berlangsung secara otomatik yangtergabung dalam sistem produksi otomatik seperti FMS
(Flexible Manufacturing System) dapat bekerja siangmalam tanpa pencahayaan yang mencukupi karena ti-dak memerlukan operator (unmanned foctory). Penca-
hayaan diperlukan saat operator mengambil produk,menyiapkan dan menyetel benda-kerja, perkakas-po-
tong, alat ukur, dan tindakan pembetulan (pengkorek-
sian proses).
Temperatur 25-27 "C, kelembaban 70-75 o/o; Bagi alatukur dan benda ukur temperatur berapapun sebena-rnya tak dipentingkan asalkan harganya tidak berubah-ubah (berfluktuasi). Jadi, kesamaan dan ketetapantemperatur bagi seluruh komponen dalam sistempengukuran perlu diperhatikan. Kelembaban sebena-rnya juga tak berperan dalam pengukuran geometri.Akan tetapi, kelembaban yang terlalu tinggi dalamjangka waktu lama merupakan media yang baik bagiperkembangan proses korosi. Kebanyakan komponenalat ukur maupun benda kerja yang terbuat dari baja(kecuali stainless-steel) yang permukaannya ternodaioleh asam (termasuk yang berasal dari keringat manu-sia) lewat tangan tangan kotor akan mengalami proses
korosi. Kesaksamaan dalam penyimpanan alat ukuramat perlu diperhatikan. Bila tidak, sewaktu blok-ukurdisimpan "proses korosi mulai melukis sidik jari bekastangan operator ceroboh"di muka-ukur yang tak diber-sihkan dan tak dilindungi dengan lapisan tipis minyak(vaseline).
Krseuxer.r/PENyrMpANGANPRosrsPrxcuxuReru I UgI
172 PrncuruRnn Trrutr
Pengaruh temperatur merupakan faktor yang perlu
mendapat perhatian karena semua benda padat, terutama
logam, akan berubah geometrinya (ukuran, bentuk, posisi)
jika temperaturnya berubah. Untuk menjaga kesamaan ha-
sil pengukuran, telah disetujui secara internasional bahwa
temperatur ruang untuk pengukuran geometrik dibakukan
sebesar 20 "C dengan kelembaban 55-60 o/o.
Apakah syarat ini harus selalu dipenuhi untuk se-
tiap pengukuran geometri benda-ukur? Perhatikan analisis
sederhana berikut.
Perubahan panjang yang terjadi pada pengukuran
langsung dapat dihitung melalui rumus teoretik:
a,=ec(,-',)
= 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 mem-
punyai 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.
Apabila pengukuran dilakukan secara perbandingan(pengukuran tak langsung) besar perbedaan panjang an-
tara objek ukur dengan blok ukur (ukuran standar) dapatdihitung dari rumus berikut:
o = ( tz - 0, ) * ( !, d,2 - Qt d,r )(r - r,1di mana,
a = porbedaan paniang yang diukur oleh alat ukur pemban-ding; mm
t 2 = panjang benda ukur; mmt 1 = panjang blok ukur; mmo2 = koefisien-muai-panjang benda ukur; oC'r
ot = koefisien-muai-panlang blok ukur; oC't
A, = ( - t, = perbedaan temperatur pengukurandengan temperatur standar.
Apabila koefisien-muai-panjang benda ukur samaatau 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 sendiriadalah kecil bagian kedua rumus di atas dapat diabaikan.
Dengan demikian pengukuran secara perbandinganakan memberikan harga yang mendekati harga sebena-
di mana :
Attc,
KrsnmunN/PeNyTMpANGAN Pnosrs PexcuxuRnru I ySI
174 I P."or*r*oruTrrxtxI
l
rnya meskipun pengukuran tidak dilakukan pada tem-
peratur 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 mis-
alnya sebesar 25 "C, alat ukur dan berbagai peralatan lain
yang disimpan dalam kamar ukur akan juga bersuhu 25oC. Bila benda ukur, terutama yang berdimensi besar yang
dibawa masuk dari ruang pabrik yang bersuhu 30 oC, perlu
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 ber-
suhu 25 "C. Adalah merupakan kebiasan yang baik untuk
bersikap saksama, sebab pada hakekatnya kesaksamaan
adalah pencegah munculnya kesalahan sistematik maupun
kesalahan rambang.
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 per-
bedaan 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 ke-
saksamaan.
Dengan demikian, orang yang pekerjaannya melaku-
kan pengukuran harus:
1. Mempunyai pengalaman praktek yang didasari
teori yang mendukung penguasaan pengetahuan
akan proses pengukuran. Hal ini bisa dicapai le-
wat pelatihan pengukuran dan dipelihara, diman-
tapkan, serta dikembangkan lewat pekerjaan yang
berkesesuaian,
2. Mempunyai dasar-dasar pengetahuan akan alat
ukur, cara kerja alat ukur, cara pengukuran, cara
mengkalibrasi dan memelihara alat ukur,
3. Waspada akan kemungkinan letak sumber peny-
impangan dan tahu bagaimana cara mengeliminir(mengurangi sampai sekecil mungkin sehingga
praktis dapat diabaikan) pengaruhnya terhadap
hasil pengukuran,
4. Mampu menganalisis suatu persoalan pengukuran
yakni dalam membaca acuan kualitas (gambar tek-
176 I Pr*ou*r*oNTrruxI
KeseuHeu/PeNylMpANGAN Pnosrs PrNcuxunen ln
nik lengkap dengan spesifikasi geometriknya), me-nentukan cara pengukuran sesuai dengan tingkatkecermatan yang dikehendaki, memilih alat ukurdan kemudian melaksanakan pengukuran dengan
kesaksamaan dan kedisiplina.n tinggi, dan
5. Sadar bahwa hasil pengukuran adalah sepenuh-nya merupakan tanggung jawabnya dalam per-
wujudan 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, Metrologi& Kontrol Kualitas Geo-
metrik, Penerbit lTB.
178 PErucurunlru Trxrlrx
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 ber-
bagai 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 inijuga banyak terlibat dalam aktifitas sosial seperti anggota
tim pemberantasan kemiskinan dan keterlantaran akade-mis 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 Uni-
versitas 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 Mali-
kussaleh. Penelitian penulis telah banyak diakui di tingkatnasional dan disponsori oleh beberapa perusahaan multi-nasional. Saat ini penulis diprediksikan sebagai pemimpin
fakultas masa depan karena sifat arifnya sesama teman se-
fakultas.
ir.ei.,r lu*" rglll
182 PerucuxunRu Trxux
