Metrologi Industri

Aji DewantoroMATERI TEKNIK PENGUKURAN DAN INSPEKSI


Metrologi Industri


METROLOGI INDUSTRI1.METROLOGI GEOMETRIK2.KLASIFIKASI METROLOGI GEOMETRIK3.KONSTRUKSI UMUM ALAT UKUR4.SIFAT UMUM ALAT UKUR5.KESALAHAN / PENYIMPANGAN DALAM PROSES PENGUKURAN


Pengukuran :Membandingkan suatu besaran yang tidak diketahui harganya dengan

besaran lain yang telah diketahui harganya. Alat ukur digunakan untuk keperluan pengukuran.

Alat ukur :Instrumen untuk mengetahui harga suatu besaran atau suatu variabel.

Prinsip kerja alat ukur harus dipahami agar alat ukur dapat digunakan dengan cermat dan sesuai dengan pemakaian yang telah direncanakan.

Metrologi :Ilmu pengukuran besaran teknik .

1. METROLOGI GEOMETRIK


Metrologi Geometrik merupakan Ilmu & Teknologi untuk :1. Melakukan pengukuran karakteristik geometrik suatu produk (komponen

mesin / peralatan) dengan alat dan cara yang benar.2. Mengolah data pengukuran sehingga analisis datanya menghasilkan harga yang

dianggap sebagai yang paling dekat dengan geometri sesungguhnya dari objek ukur yang bersangkutan.

Fungsi metrologi geometrik:untuk mengukur apakah karakter geometri masih memenuhi spesifikasi geometrik

yaitu acuan yang berupa toleransi geometrik.


2. KLASIFIKASI METROLOGI GEOMETRIKKlasifikasi alat ukur menurut sifatnya:

alat ukur langsung: mempunyai skala ukur yang telah dikalibrasi & hasil pengukuran dapat langsung dibaca pd skala tersebut.alat ukur pembanding: mempunyai skala ukur yang telah dikalibrasi, karena daerah skala ukurnya terbatas makaalat ini hanya digunakan sbg pembacaan besarnya selisih suatu dimensi thd ukuran standar.alat ukur standar: digunakan sebagai standar atau acuan dlm proses pengukuran tak langsung, digunakanbersama-sama dgn alat ukur pembanding untuk menentukan dimensi suatu obyek ukur.alat ukur batas / kaliber: untuk menunjukkan apakah suatu dimensi terletak didalam / diluar daerah toleransiukuran.alat ukur bantu: untuk membantu pelaksanaan pengukuran terutama dlm proses pengukuran tak langsung.


Klasifikasi proses pengukuran berdasarkan sifat alat ukur yang digunakan:

- Pengukuran Langsung: hasil pengukuran dapat langsung dibaca pada skala alat ukur yang digunakan (alat ukur langsung).

- Pengukuran Tak Langsung: pengukuran yang menggunakan alat ukur dari jenis pembanding, standar & pembantu, perbedaan harga yang ditunjukkan skala alat ukur pembanding dan ukuran standar (pada alat ukur standar) digunakan untuk menentukan dimensi dari obyek ukur.

- Pengukuran dengan Kaliber Batas: pengukuran yang digunakan hanya menunjukkan apakah dimensi yang diukur terletak didalam atau diluar daerah toleransi ukuran yang ditentukan, cara ini untuk mempercepat pemeriksaan produk dan alat ukur yang digunakan dari jenis kaliber (go & not go gauges) .

- Perbandingan dengan bentuk standar: membandingkan bentuk produk terhadap bentuk standar, misal dilakukan pada layar.

- Pengukuran Geometri Khusus- Pengukuran dengan Mesin Ukur Koordinat


Proses pengukuran geometrik dapat dilakukan secara langsung, tak langsung, pemeriksaan dengan kaliber batas, atau perbandingan dengan bentuk acuan. Berdasarkan ilustrasi ini dapat disimpulkan bahwa teknologi pengukuran geometrik harus dirancang/dipilih sesuai dengan masalah yang dihadapi, supaya efektif dan efisien. Efektif bermakna menghasilkan data pengukuran/pemeriksaan yang dapat diyakini kebenaran dan keterulangannya. Efisien berarti dapat dilakukan dengan usaha yang benar dan dapat dipertanggung-jawabkan cara pelaksanaannya


Kebulatan hanya bisa diukur dengan benar dengan alat ukur kebulatan jenis sensor putar atau meja putar. Berdasarkan profil kebulatan yang terekam pada grafik polar bisa ditentukan harga parameter kebulatannya. Jenis sensor putar bisa digunakan untuk mengukur benda yang panjang dan berat. Titik berat benda tidak perlu harus berimpit dengan sumbu putar sensor, lihat gambar disamping. Pemakaian jenis meja putar dibatasi oleh berat benda serta titik beratnya tidak bisa terlalu jauh terhadap sumbu putar. Meskipun demikian, jenis meja putar lebih mudah dalam pemakaiannya (penyetelan kemiringan dan kesenteran benda ukur). Penggabungan gerakan translasi sensor dapat dilakukan sehingga bisa digunakan untuk pengukuran kelurusan serta kesalahan bentuk yang lain. Pemakaian komputer untuk analisis data memang sangat membantu seperti halnya dalam pengukuran kebulatan.


Dengan alat ukur kebulatan jenis meja putar dimungkinkan pengukuran berbagai kesalahan bentuk. Misalnya, kebulatan, kesejajaran, ketegak-lurusan, kesamaan sumbu & kelurusan.


KECERMATAN ALAT UKUR DIPILIH BERDASARKAN BESAR KECILNYA DAERAH TOLERANSI OBJEK UKUR

Yang diperlukan dalam suatu proses pengukuran1. Alat ukur yang berfungsi baik dengan kecermatan yang memadai, disesuaikan dengan permintaan.2. Pelaksanaan pengukuran yang seksama dengan prosedur tertentu untuk menghindarkan terjadinya

kesalahan pengukuran3. Pengukuran yang tak hanya dilakukan setelah produk selesai dibuat, tetapi juga dilaksanakan sewaktu

produk sedang dibuat.

Kecermatan alat ukur sebaiknya sekitar 1/10 daerah toleransi objek ukur.

(bila tak ada alat ukur yang memadai, maka alat ukur dengan kecermatan 1/5 daerah toleransi masih bisa dimanfaatkan)

KECERMATAN ALAT UKUR

Contoh :

Ukuran Ø 65 g6 atau Ø 65 - 0.029- 0.010

Sebaiknya diukur dengan komparator dengan kecermatan ≤ 0.002 mm


Klasifikasi Alat Ukur berdasarkan prinsip kerjanya :

- Mekanik

- Elektrik

- Optik

- Hidrolik

- Pneumatik atau Aerodinamik


Contoh Alat ukur dengan prinsip mekanik (kinematik) :

Prinsip pengubah kinematik yang diterapkan pada jarum ukur (dial indicator).Perhatikan rancangan pencegah keterlambatan gerak balik (back-lash compensator) bagi gerakan sensor yang diteruskan sebagai putaran jarum penunjuk.


Contoh Alat ukur dengan prinsip mekanik (kinematik) :

Mikrometer merupakan alat ukur dengan pengubah berprinsip mekanik/kinematik. Satu putaran poros ukur secara teoritik akan menggeserkan poros ini sebesar satu pits ulir utama (0.5 mm). Skala yang dibuat pada silinder putar dapat dibagi menjadi 50 bagian yang berarti 1 bagian skala setara dengan gerakan translasi sebesar 0.01 mm. Kebenaran kecermatan pengukuran ini dapat dicapai berkat ulir utama yang dibuat dengan geometri yang teliti serta pemakaian racet untuk menjaga keterulangan pengukuran. Meskipun namanya mikrometer, karena alasan kendala pembuatan dan kepraktisan pemakaian, alat ukur ini umumnya dibuat dengan kecermatan tidak mencapai 1 mikrometer.


Contoh Alat ukur dengan prinsip optik :

Pembesaran (magnification) ditentukan dengan rumus :

OPMN

= Df



RSMN

= RSPQ

PQMN

x

dimana :

RSMN

= pembesaran total

RSPQ

= pembesaran okuler

PQMN

= pembesaran objectif



Prinsip proyektor profil. Jenis CNC dilengkapi dengan sistem kontrol gerakan meja yang menggerakkan bayangan relatif terhadap fotosel yang ditempelkan di layar.


3. KONSTRUKSI UMUM ALAT UKUR

Tiga komponen alat ukur :- Sensor- Pengubah- Penunjuk / Pencatat


Sensor

Sensor adalah “peraba” dari alat ukur, yaitu yang menghubungkan alat ukur dengan benda ukur.

Contoh:sensor mekanik: ujung-ujung kontak dari mikrometer; kedua lengan dari mistar ingsut (vernier caliper) sensor optik: sistem lensa (obyektif)sensor pneumatik: poros dengan lubang-lubang kecil dimana udara tekan mengalir


Pengubah

Pengubah adalah bagian terpenting alat ukur, dimana isyarat dari sensor diteruskan, diubah atau diolah yang kemudian diteruskan kebagian lain dari alat ukur (bagian penunjuk).

Tugas utama pengubah adalah untuk memperbesar dan memperjelas perbedaan yang kecildari geometri suatu obyek ukur.


Penunjuk/pencatat adalah bagian dari alat ukur dimana harga hasil suatu pengukuran ditunjukkan atau dicatat (penunjuk berskala dan berangka / digital).

Contoh : skala nonius, dial, counter, & digital

Penunjuk/Pencatat

BerangkaBerangkaBerskalaBerskala

Graduated Scale (Nonius)Graduated Scale (Nonius) Circular Scale (Dial)Circular Scale (Dial) Mechanic (Counter)Mechanic (Counter) Electric (Digital)Electric (Digital)

PenunjukPenunjuk


Skala adalah jajaran garis yang beraturan dengan jarak antara garis (pits) yang tertentu dan mempunyai arti tertentu (kecermatan).

Jajaran garis ini terletak pada suatu bidang, yaitu bidang skala.

Garis-garis ini bisa berjajar lurus (skala lurus) atau melengkung (skala busur).

Pembacaan dilakukan pada bidang baca yang tegak lurus atau normal terhadap bidang skala.

Jarak fisik (mm) antar garis skala (pits) dirancang dengan memperhatikan aspek keterbacaan, kepekaan dan kecermatan alat ukur.

Dalam proses pengukuran, aspek ketepatan dan ketelitian perlu diperhatikan.

Penunjuk berskala


Saat pembacaan skala dilakukan, garis indeks tidak selalu persis segaris dengan garis skala, melainkan terletak di antaranya. Dalam hal seperti ini, ditempuh cara sbb :

1.Memenggal (truncating) ; menuliskan harga skala di sebelah kiri garis indeks, bila garis indeks belum sampai pada garis skala di sebelah kanan.2.Membulatkan (rounding) ; a.menuliskan harga skala di sebelah kiri garis indeks (membulatkan ke bawah ; rounding-down) bila garis indeks diperkirakan belum sampai pertengahan jarak antara dua garis skala.b.menuliskan harga skala di sebelah kanan garis indeks (membulatkan ke atas ; rounding-up) jika garis indeks terletak di pertengahan atau melewatinya .3.Menginterpolasikan (interpolating) ; menuliskan harga skala di sebelah kiri garis indeks dan menambahkan fraksi (bagian) yang merupakan perkiraan posisi garis indeks di antara kedua garis skala. Biasanya jarak garis indeks tersebut diperkirakan dahulu relatif terhadap garis skala di kiri, garis skala di kanan, atau di pertengahan.

-Cara 1 & 2 , digunakan bila keterulangan (ketepatan) proses pengukuran relatif rendah.-Cara 3 digunakan bila ketepatan proses pengukuran relatif tinggi, dengan menuliskan harga interpolasi sbg angka terakhir yang ditaruh dalam tanda kurung.

Teknik Pembacaan Skala


Contoh penulisan ukuran hasil interpolasi : 19.(8)

-Bila cara 1 yang digunakan, contoh ini akan dituliskan sebagai 19.

-Bila cara 2 yang digunakan, contoh ini akan dituliskan sebagai 20.

DILARANG KERAS MENCAMPUR ADUKKAN KE TIGA CARA INI PADA SUATU PROSES PENGUKURAN YANG BERULANG !!!

Skala nonius kadang disebut skala vernier sesuai dengan nama penemu teknik interpolasi posisi garis indeks (Nonius dan Vernier).

Untuk memperbaiki interpolasi secara kira-kira menjadi interpolasi yang lebih pasti, garis indeks dibantu dengan jajaran beberapa garis yang dibuat menyerupai skala .

Skala ini disebut dengan skala nonius.

Teknik Pembacaan Skala


Garis nol nonius ( garis indeks ) segaris dengan garis A skala utama.

u = jarak satu bagian skala utaman = jarak satu bagian skala noniusk = u – n

-Bila garis indeks (garis nol nonius) berada pada posisi segaris dengan salah satu garis pada skala utama, pada saat itu hasil pengukuran dibaca sama dengan nilai garis skala utama, misalnya A.-Bila garis nol nonius tergeser ke kanan sebesar k, garis pertama nonius akan menjadi segaris dengan skala utama berikutnya (A + 1).-Bila garis nol nonius tergeser ke kanan sebesar 2k (dari posisi garis A), garis kedua nonius akan menjadi segaris dengan skala utama (A + 2).-Proses pergeseran ini dapat dilakukan terus sampai akhirnya garis nol nonius menjadi segaris kembali dengan garis skala utama (A + 1).

Pembacaan hasil pengukuran adalah dengan mencari garis nonius yang keberapa yang benar-benar berimpit dengan salah satu garis skala utama.

Prinsip Skala Nonius (satu dimensi)


Jarak k menggambarkan kecermatan pembacaan posisi garis indeks dengan memakai skala nonius.

Pengaruh pemakaian skala nonius adalah menaikkan kecermatan alat ukur.

Bila hanya ada garis indeks saja, maka kecermatan alat ukur sama dengan kecermatan skala (arti jarak antar garis-garisnya).


Semakin kecil k, kecermatannya semakin tinggi.

Tetapi semakin kecil k, memerlukan lebih banyak garis pada skala nonius; dengan demikian k tidak boleh terlalu kecil dengan tujuan :

1.mempermudah pembacaan, yaitu dalam menentukan 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 oleh panjangnya skala nonius.


Supaya skala nonius tidak begitu panjang (tidak memakan tempat dan mengurangi keefektifan skala utama), skala nonius dapat dirancang hanya dengan setengah panjang keseluruhan.

1. Garis nol nonius belum melewati setengah bagian skala utama.

2. Garis nol nonius telah melewati setengah bagian skala utama, pembacaan diulang mulai dari garis nol nonius.

Skala utama harus dibagi menjadi dua bagian


Contoh Tabel Skala Nonius (satu dimensi)

* Skala nonius yang menunjukkan setengah harga jarak skala utama.+ digunakan pada alat ukur sudut dengan skala yang dibuat pada busur dengan radius yang besar, misalnya pada projektor profil.** u sama dengan dua bagian skala utama.


Pembacaan hasil pengukuran adalah dengan mencari garis nonius yang keberapa yang benar-benar berimpit dengan salah satu garis skala utama.


Skala MikrometerSkala pada semua jenis mikrometer dibuat pada dua bagian mikrometer :1.Skala pada silinder tetap (skala tetap)2.Skala pada silinder putar (skala putar)

Tepi silinder putar berfungsi sebagai garis indeks untuk pembacaan skala tetap (pembacaan “kasar”).

Garis aksial sepanjang skala tetap berfungsi sebagai garis indeks untuk pembacaan skala putar (pembacaan “halus”)


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 nol ( 0 ) yang juga berarti angka 50 apabila pembagian skala putar adalah 50 buah.

Dengan demikian, satu bagian skala putar setara dengan jarak 0.01 mm.

Apabila tepi silinder putar telah melewati setengah bagian skala tetap, angka pada skala putar yang ditunjuk garis indeks ( misalnya 48 ) harus ditambah dengan 50 ( menjadi 98 )

* Ulir utama mikrometer mempunyai pits sebesar 0.5 mm.Beberapa mikrometer mempunyai pits sebesar 1 mm, dalam hal ini untuk satu kali putaran akan menggeser silinder putar sebesar 1 mm.


Beberapa mikrometer mempunyai silinder putar dengan diameter yang relatif besar, dengan demikian pembagian skala putar dapat diperhalus.

Kecermatan sampai 0.002 mm dapat dicapai dengan membuat pembagian skala putar menjadi 250 buah. *

Jika silinder putar berdiamater kecil, maka pembagian skala putar tidak bisa terlalu cermat (misalnya hanya 10 bagian).

Dalam hal ini dapat digunakan bantuan skala nonius (satu dimensi).

Mikrometer dengan Skala Nonius.

* Bila 0.5 mm dibagi menjadi 250 bagian, berarti 1 bagian skala putar setara dengan 0.002 mm.

Kecermatan yang setinggi ini dapat dipertanggung-jawabkan jika pits mikrometer dibuat dengan ketelitian yang sangat tinggi dan pemakaiannya dilaksanakan sesaksama mungkin.


- Garis indeks pembacaan halus (garis aksial pada skala tetap) menjadi garis nol nonius.- Garis-garis lainnya berjajar aksial mengelilingi silinder tetap, di dekat tepi silinder putar- Gambar di atas adalah contoh pembacaan skala mikrometer dengan skala nonius- Kecermatan mikrometer dinaikkan dari 0.01 mm menjadi 0.001 mm


Penunjuk berangka

Penunjuk digital dengan sistem mekanik :1.Sinyal gerakan dari bagian pengubah diteruskan secara bertingkat ke silinder 1, 2 , dst.2.Satu putaran silinder akan memutar 1/10 putaran silinder di sebelah kirinya.

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.Keuntungan Penunjuk Digital Elektronik :1.Keterbacaan yang tinggi ; tak sesulit membaca skala melalui jarum penunjuk atau garis indeks dengan skala nonius2.Pengenolan / reset ; pada setiap saat zero reset dapat dilakukan guna memulai penghitungan sinyal gerakan.3.Sistem angka / bilangan yang fleksibel ; tergantung rangkaian elektronik.


Pencatat

Untuk merekam / mencatat harga-harga yang berpasangan, yaitu pasangan harga berupa posisi sensor relatif terhadap objek ukur dan besar kecilnya isyarat sensor pada posisi tersebut.Data tersebut umumnya merupakan sinyal listrik analog yang dapat direkam langsung pada kertas grafik (kertas berskala) dengan memakai alat pencatat.Keuntungan Pencatat Elektrik :1.Polaritas dapat dibalik dengan mudah ; memungkinkan pembalikan arah positif pada grafik yang dibuat.2.Pembesaran ( magnification ) dapat diatur dengan attenuator ; berarti kecermatannya pun dapat diatur dengan mudah.3.Kecepatan kertas dapat diatur ; bentuk grafik dapat disesuaikan dengan memperhatikan kecepatan gerak sensor relatif terhadap benda ukur4.Beberapa servo motor dapat dirancang menggerakkan beberapa pena pencatat sesuai dengan jumlah input yang akan dibuat grafik pengukurannya pada saat bersamaan.


4. SIFAT UMUM ALAT UKUR• Rantai Kalibrasi / Mampu Usut / Keterlacakan (Traceability)• Kepekaan (Sensitivity)• Keterbacaan (Readability)• Histerisis• Pergeseran (Shifting, Drift)• Kestabilan Nol (Zero Stability)• Pengambangan (Floating)• Kepasifan• Kecermatan


ELEMEN PENGUKURAN-Benda Ukur-Alat Ukur-Pengukur / Pengamat

Ketelitian (accuracy) adalah kemampuan proses pengukuran untuk menunjukkan harga yang sebenarnya.

Ketepatan (precision, repeatability) adalah kemampuan proses pengukuran untuk menunjukkan hasil yang sama dari pengukuran yang dilakukan berulang dan identik.


Penyimpangan adalah Perbedaan antara harga yang ditunjukkan alat ukur dengan harga yang dianggap benar.

Faktor-faktor penyebab proses pengukuran menjadi tidak teliti dan tidak tepat:

-faktor alat ukur

-faktor benda ukur

-faktor posisi pengukuran

-faktor lingkungan

-faktor pengukur

5. KESALAHAN / PENYIMPANGAN DALAM PROSES PENGUKURAN


Penyimpangan yang Bersumber dari Alat Ukur

Penyebab:-keausan bidang kontak (sensor)-histerisis-kepasifan-pergeseran-kestabilan nol

Cara menghindari kesalahan:-kalibrasi alat ukur secara berkala dan teratur melakukan pengukuran berulang dan identik


Penyimpangan yang Bersumber dari Benda Ukur

Penyebab:perubahan bentuk / dimensi (deformasi) benda ukur akibat gaya pengukuran, perubahan temperatur dan berat benda ukur.

Cara menghindari kesalahan:pada mikrometer ada pembatas momen putar untuk menjaga tekanan pengukuran sekecil mungkin dan konstan penjepit / pemegang benda ukur.


Penyimpangan yang Bersumber dari Posisi Pengukuran

Prinsip ABBE menyatakan bahwa garis pengukuran harus berimpit dengan garis dimensi. Kesalahan posisi pengukuran dapat mengakibatkan sudut sebesar Θ dengan garis dimensi sehingga terjadi kesalahan yang disebut dengan kesalahan kosinus (cosine error). Penggunaan mikrometer dengan posisi pengukuran yang salah dapat mengakibatkan kombinasi kesalahan kosinus dan kesalahan sinus (sine error)


Penyimpangan Akibat Pengaruh Lingkungan

Syarat yang diminta alat ukur dan benda ukur :• Kebersihan, debu yang menempel pada permukaan sensor mekanis &

permukaan obyek ukur

• Penerangan & pencahayaan yang mencukupi

• Getaran/Vibrasi

• Temperatur 20 °C, kelembaban 70-75%

“ Lingkungan harus memberikan kenyamanan bagi pengukur ”


Penyebab:-Cara Mengukur-Pengalaman-Keahlian serta kemampuan pengukur

Cara menghindari kesalahan tersebut, setiap pengukur harus:-Memiliki dasar-dasar pengetahuan alat ukur, cara kerja alat ukur, cara pengukuran, cara mengkalibrasi dan memelihara alat ukur.

Kesalahan pembacaan yang dikenal dengan nama parallaks, dapat terjadi pada waktu membaca posisi jarum penunjuk relatif terhadap skala.

Parallaks akan terjadi bila pengamat tidak mengusahakan (salah satu) matanya kira-kira terletak pada bidang baca (bidang yang mengandung garis jarum penunjuk dan tegak lurus bidang skala).

Penyimpangan yang Bersumber dari Pengukur


Cara-cara menghindari kesalahan Parallaks :1. Menggunakan cermin yang dilekatkan pada

bidang skala untuk membantu pengamat supaya dapat memosisikan matanya sebelah kanan/sebelah kiri sehingga berada pada bidang baca.Bila mata pengamat tidak berada pada bidang baca, ia akan melihat bayangan jarum penunjuk pada cermin.Pembacaan posisi jarum penunjuk pada skala boleh dilakukan setelah jarum penunjuk menutupi bayangannya.

2. Jarum penunjuk menempel pada bidang skala

Metrologi Industri

Documents

Transcript of Metrologi Industri