METROLOGI DAN PENGUKURANMETROLOGI DAN PENGUKURAN

YUDHO DANYUDHO DANU 040302075YU 040302075Y

YULFARI OKTESA YULFARI OKTESA HARUN 0403020769HARUN 0403020769

AJI SAMBODAJI SAMBODO 0403027011O 0403027011

BUDI KURNIABUDI KURNIAWAN 040302702XWAN 040302702X

LAURENTIUS YLAURENTIUS YUDA K 0403027038UDA K 0403027038

DEPARTEMEN DEPARTEMEN TEKNIK MESINTEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIAIVERSITAS INDONESIA

DEPODEPOKK 20052005

Pengertian CMM

Koordinat SistemKita menggunakan suatu sistem koordinat untuk menggambarkan gerak dari mesin-ukur. Sistem koordinat ditemukan oleh seorang ahli filsafat dan matematik kebangsaan Perancis yaitu Rene Descartes pada awal 1600-an.

Suatu sistem koordinat itu sama seperti suatu peta di mana terdiri dari kombinasi huruf, nomor, dan ketinggian; misalnya pada arah sepanjang tepi arah vertikal dari peta merupakan huruf maka letak nomor berada pada sisi horisontalnya. Kombinasi dari huruf, angka dan ketinggian ini disebut koordinat dan menggambarkan suatu tempat yang spesifik dan relatif terhadap lingkungan sekitar. Contoh pada peta jalan pada gambar 1, misal kita berada di stasiun kereta dan kita ingin berjalan ke Ritz Hotel lantai 3, maka kita akan berjalan 2 blok sepanjang jalan Elm, 4 blok pada jalan Maple dan naik 3 lantai di Ritz. Lokasi ini dapat juga diuraikan oleh koordinat pada peta sesuai arah sumbu x,y dan z yaitu 4-E-3. Sistem koordinat ini menggambarkan ruangan yang kita tuju secara spesifik.

Gambar 1

Suatu mesin ukur koordinat (CMM) cara kerjanya hampir sama dengan jari kita ketika melacak koordinat pada peta. CMM menggunakan suatu pemeriksa untuk mengukur titik pada suatu benda kerja ( Gambar 2). Masing-masing titik pada benda kerja adalah unik bagi mesin koordinat sistem. CMM mengkombinasikan tititk-titik yang diukur,untuk membentuk corak yang dapat dihubungkan dengan corak yang lain.

Gambar 2

Machine Coordinate SystemAda dua jenis sistem koordinat dalam dunia pengukuran. Yang pertama disebut Mesin Sistem Koordinat. Pada Mesin Sistem Koordinat sumbu- X, Y, dan Z (Gambar 3) mengacu pada pergerakan mesin. Ketika dipandang dari depan dari mesin, sumbu-X yaitu dari kiri ke kanan, Y dari depan ke belakang, dan arah sumbu-Z yaitu naik-turun, dengan arah tegak lurus dengan dua sumbu lainnya.

Gambar 3

Part Coordinate SystemSistem koordinat kedua disebut Part Coordinate System di mana yang 3 sumbu koordinat berhubungan dengan angka kenyataan (datum) atau corak dari benda kerja.Sebelum mengenal perangkat lunak komputer untuk pengukuran koordinat, komponen secara fisik diletakkan paralel dengan sumbu mesin sehingga kedudukan mesin paralel dengan Part Coordinate System. Cara ini adalah sangat memakan waktu dan tidak terlalu akurat. Ketika bagian yang diukurnya adalah bundar atau contoured, maka pengukuran tidak dapat dilakukan.

Gambar 4Dengan software CMM, CMM akan mengukur angka kenyataan benda kerja (bagian komponen), kemudian menetapkan sisitem koordinat dari komponen tersebut dan menghubungkannya secara matematik pada mesin sistem koordinate.

Proses yang berhubungan dengan sistem dua koordinat disebut kelurusan (Gambar 4). Dengan suatu peta jalan, kita lakukan ini secara otomatis dengan memutar peta sedemikian sehingga arahnya paralel ke jalan (angka kenyataan) atau arahnya sama dengan arah kompas (yaitu utara).

Gambar 5Datum (angka kenyataan) adalah suatu lokasi/penempatan. Kita menggunakan angka kenyataan untuk memandu untuk memberi tahu dimana posisi kita atau arah tujuan kita dan bagaimana cara untuk mencapai tempat tersebut. Pada peta, Ritz Hotel adalah suatu datum (angka kenyataan). Dengan menggunakan suatu asal, datum (angka kenyataan), arah dan jarak orang-orang mempunyai semua informasi yang mereka butuhkan untuk sampai ke suatu tempat.

Sebagai contoh, untuk sampai ke restauran dari stasiun kereta, kita berjalan 2 blok ke utara pada jalan Elm (datum), belok kanan kemudian dan berjalan 2 blok ke arah timur pada jalan Maple(datum).

Gambar 6Pada metrologi, suatu datum (angka kenyataan) adalah suatu corak dari suatu benda kerja seperti lubang, permukaan atau slot. Kita mengukur suatu benda kerja untuk menentukan jarak dari satu corak ke lainnya (Gambar 7).

CMM mendapatkan data/corak dari benda dengan menyentuhkan alat yang disebut probe/pemeriksa dengan benda kerja. Probe atau alat pemeriksa tersebut dapat berupa pemeriksa solid/padat atau alat pemeriksa sentuh elektronik. Sebelum mendeteksi untuk mendapatkan CMM, terlebih dahulu kita menetapkan koordinat sistem dari ujung alat pemeriksa (probe).

Kegunaan dan Ruang Lingkup Coordinate Measuring Machine (CMM)

Penerapan utama CMM adalah untuk :GaugingDigitisingScribing dan Pengeboran RinganMilling ringan Dua aplikasi teratas merpakan kegunaan CMM secara umum

1. Gauging Yaitu kegiatan yang bertujuan untuk memverifikasi status dari obyek fisik yang berkenaan dengan definisi teoritisnya, yakni baik dalam gambar maupun model matematika.Parameter-parameter yang dipertimbangkan dengan seksama untuk membandingkan ciri-ciri obyek terhadap gambaran nominalnya adalah “Dimensi, Bentuk, Arah, dan Posisi”.Dan yang perlu dicatat adalah bahwa CMM merupakan satu-satunya alat yang

memungkinkan melakukan verifikasi karakteristik corak yang disebutkan sebelumnya secara serempak dengan memakai operasi pengukuran tunggal tanpa memerlukan alat pengukuran yang banyak dan berbeda-beda.

2. DigitisingMerupakan kegiatan dengan menggunakan CMM untuk mendefinisikan model matematika sebuah komponen dengan permukaan yang tidak diketahui secara teoritis. Dengan memakai digitising pada CMM memungkinakan untuk menentukan nilai X, Y, dan Z koordinat dari titik-titik yang terdapat dalam permukaan corak model. Bermula dari model permukaan, dan dengan menggunakan prosedur bantuan komputer, adalah mungkin untuk menentukan parameter pemesinan yang penting untuk mengembangkan cetakan (dies) yang digunakan untuk memproduksi obyek yang telah didesain dalam skala industri.

3. ScribingYaitu kegiatan yang terdiri dari “scribing” bentuk fisik (atau unsur-unsur geometri 2D yang lain) pada sebuah permukaan komponen yang akan dianalisis. Selain itu, kegunaan scribing lain yang penting adalah memberikan penentuan dari kelonggaran material suatu komponen sebelum melakukan pemesinan kepada komponen itu.

CMM, yang dimanfaatkan dengan cara manual, telah membuat scribing menjadi lebih mudah, lebih akurat dan dapat dipraktikkan bahkan pada komponen-komponen yang berdimensi sangat besar. Ketika digunakan untuk scribing, CMM secara umum dilengkapi dengan alat scribing pemutar dan alat-alat pengeboran ringan pneumatik.

4. Milling Ringan

Bahkan jika sebagian besar desain memerlukan tegangan mekanik yang ringan, CMM bisa dimanfaatkan dimana dibutuhkan, untuk operasi milling ringan pada material-material yang relatif ringan seperti:

Tanah liat Polistiren Aluminium, dan sebagainya.

Secara umum, milling pada CMM adalah melaksanakan dalam studio pencorakan dalam rangka mereproduksi model yang diskalakan atau memodifikasi modelnya. Sangat sering dalam kasus seperti ini bahwa secara khusus adalah rasional dan efisien untuk melaksanakan digitising dan milling pada mesin yang sama.

A. Unsur-Unsur Dasar Coordinate Measuring Machine (CMM)CMM pada dasranya didasarkan pada 4 unsur-unsur teknologi yang mana, suatu waktu yang menggabungkan dan membawa kondisi yang saling berinteraksi, yang mendasari CMM itu sendiri; Hal tersebut adalah:1. Struktur mekanik dengan presisi tinggi:

Satuan operasi yang bisa dikendalikan baik “secara manual” ataupun “ secara numerik”, mampu memposisikan unsur sensorial di dalam setiap titik pada volume kerjanya dalam sebuah gaya yang dapat diulang.

2. Sistem kendali dan Penanganan Data: Sistem yang terkomputerisasi, secara umum dengan arsitektur yang terdistribusi,

untuk penanganan kegiatan CMM yang dinamis dan untuk perluasan pada titik-titik yang diukur.

3. Software CMM: Sistem operasi metrologi CMM, hal ini memberikan manajemen dari dinamis,

komputasi, pemrograman, komunikasi antara CMM dengan dunia luar, dan sebagainya. Untuk digarisbawahi pada sebuah paket “software aplikasi” khusus CMM lain yang mana mungkin diterapkan, interaksi dengan software CMM,

memberikan solusi untuk aplikasi yang tidak wajar seperti pengukuran gigi persneling, pisau turbin, dan lain-lain.

4. Sensor:Alat mekatronik atau optoelektronik yang cukup canggih memungkinkan CMM

merekam koordinat titik-titik yang terbaring pada permukaan pada komponen yang diukur. Sensor mungkin saja mendapat kontak fisik dengan komponen (tactile sensor) atau tidak (non contracting sensor).

Struktur Mekanik CMMSecara umum berkenaan dengan “mesin”, struktur mekanik CMM hanyalah satu dari 4 modul dasar sebuah CMM. Parameter-parameter yang mengkarakteristikan struktur mekanik adalah sebagai berikut :

Dimensi : mengambil dari panjang koordinat Cartesian secara umum, dimensi menentukan “volume pengukuran” pada struktur. Dimensi mungkin berkisar dari kurang dari setengah meter hingga beberapa meter, menentukan volume pengukuran yang dioptimalkan untuk jenis komponen yang diukur, dari sebuah blok mesin hingga sebuah badan mobil yang besar. Perlu digarisbawahi bahwa dimensi struktur mekanik mempunyai sebuah pengaruh yang cukup menentukan pada karakteristik CMM, seperti “arsitektur”, “ketidakpastian pengukuran”, reaksi strukturnya sendiri terhadap “gradien termal”, dan lain-lain.Arsitektur : arsitektur dengan memakai dimana sebuah CMM bisa direaslisasikan telah digabungkan selama beberapa tahun. Karakteristik dalam pertanyaan adalah fungsi yang secara fundamental dari dimensi struktur mekanik, itu mungkin ditetapkan bahwa jenis arsitektur yang diberikan didesain untuk mengoptimalkan:

“Kedinamisan” (kecepatan dan akselerasi CMM) Karakteristik metrologi CMM Kemudahan untuk mengukur komponen

Gabungan arsitektur-arsitektur adalah sebagai berikut: Penyangga dengan meja tetap (Cantilever with fixed table) Jembatan bergerak (moving bridge) Gantry Jembatan bentuk “L” Jembatan tetap (Fixed Bridge) Penyangga meja bergerak (Moving Table Cantilever) Kolom (Column) Lengan horizontal penumbur bergerak (Moving ram horizontal

arm) Lengan horizontal meja tetap (Fix table horizontal arm) Lengan horizontal meja bergerak (Moving table horizontal

arm) Lengan tersambung (articulated arm)

· 1. Penyangga dengan meja tetap (Cantilever with fixed

table)Merupakan jenis arsitektur yang cukup jarang dimanfaatkan dan merupakan CMM

yang dikendalikan secarta manual. Jenis arsitektur ini dideskripsikan oleh ISO 10360-1 dalam mode berikiut: “Ini adalah sebuah CMM yang mempunyai 3 komponen bergerak sepanjang jalur penuntun yang saling tegak lurus, dengan sistem

pemeriksaan dipasang pada komponen pertama, yang membawa dan bergerak secara vertikal dalam hubungan dengan yang kedua. Kombinasi penggabungan komponen pertama dan kedua bergerak secara horizontal relatif terhadap yang ketiga. Komponen ketiga disokong hanya pada satu ujung, mode penyangga, dan bergerak secara horizontal relatif terhadap dasar mesin, dimana benda kerja dipasang.”Yang harus digarisbawahi bahwa hubungan ISO dengan semua skematik arsitektur mesin menurut catatan berikut: “Indikasi arah diberikan hanya untuk informasi. Pendekatan yang lain ada.”

2. Jembatan bergerak (moving bridge)CMM “jembatan bergerak” adalah serbaguna dan sesuai untuk berbagi apilikasi

baik pada bentuk geometri komponen yang simpel dan kompleks. This type of architecture is described by the ISO 10360-1 in the following mode:“Ini adalah sebuah CMM yang mempunyai 3 komponen bergerak sepanjang jalur penuntun yang saling tegak lurus, dengan sistem pemeriksaan dipasang pada komponen pertama, yang membawa dan bergerak secara vertikal dalam hubungan dengan yang kedua. Kombinasi penggabungan komponen pertama dan kedua bergerak secara horizontal relatif terhadap yang ketiga. Komponen ketiga disokong pada dua tungkai yang menurun pada sisi-sisi yang berlawanan pada dasar mesin dan bergerak relatif terhadap dasar, dimana benda kerja dipasang.”

3. GantryMerupakan CMM yang dapat membuat mesin yang sangat besar dengan dengan

volume pengukuran lebih dari 100 m3. This type of architecture has allow to build the true “giants” in CMM’s by means of this architectural approach it has been possible to build machines with measuring volume exceeding 100m3. Berkenaan dengan jembatan gergerak, pendekatan gantry mengijinkan untuk meminimalkan massa

bergerak (dalam dimnesi yang dapat diperbandingkan) dengan keuntungan yang nyata ketika arsitektur jenis gantry yang besar secara ekstrim dideskripsikan oleh ISO 10360-1 dengan mode sebagai berikut: “Ini adalah sebuah CMM yang mempunyai 3 komponen bergerak sepanjang jalur penuntun yang saling tegak lurus, dengan sistem pemeriksaan dipasang pada komponen pertama, yang membawa dan bergerak secara vertikal dalam hubungan dengan yang kedua. Kombinasi penggabungan komponen pertama dan kedua bergerak secara horizontal relatif terhadap yang ketiga. Komponen ketiga bergerak secara horizontal pada dua rel penuntun yang menaik pada salah satu sisi di atas dasar mesin dimana benda kerja dipasang.”

4. Jembatan Tetap (Fixed Bridge)Mayoritas CMM dengan kepresisian tinggi dibuat dengan arsitektur “Jembatan

tetap (Fixed Bridge)”. Dalam arsitektur jenis ini jembatan dipasang tetap pada dasar mesin dan secara konsekuen, bersifat statis. Pergerakan sumbu “Y” direalisasikan oleh gerakan meja yang mentranslasikan pada dasar dalam arah ini. Arsitektur jenis ini dideskripsikan oleh ISO 10360-1 dengan mode sebagai berikut:“Ini adalah sebuah CMM yang mempunyai 3 komponen bergerak sepanjang jalur penuntun yang saling tegak lurus, dengan sistem pemeriksaan dipasang pada komponen pertama, yang membawa dan bergerak secara vertikal dalam hubungan dengan yang kedua. Kombinasi penggabungan komponen pertama dan kedua bergerak secara horizontal sepanjang struktur jembatan yang di atas, dan

secara kaku dipasang pada setiap ujung, dasar mesin, dengan benda kerja dipasang pada komponen ketiga.”

5. Lengan horizontal penumbur bergerak (Moving ram horizontal arm)Arsitekturnya masih dideskripsikan sampai saat ini, bahkan secara ekstrim

berbeda antara yang satu dengan yang lain, mempunyai sebuah pemikiran yang umum: spindle vertikal. memArsitektur yang dideskripsikan dalam paragraf ini mempunyai sebagai gantinya spindle dalam posisi horizontal.

Lengan horizontal penumbur bergerak dideskripsikan oleh ISO 13060-1 sebagai berikut:“ Ini adalah sebuah CMM yang mempunyai 3 komponen bergerak sepanjang jalur penuntun yang saling tegak lurus, dengan sistem pemeriksaan dipasang pada komponen pertama, yang membawa dan bergerak secara vertikal dalam hubungan dengan yang kedua. Kombinasi penggabungan komponen pertama dan kedua bergerak secara vertikal relatif terhadap yang ketiga. Komponen ketiga bergerak secara horizontal relatif terhadap dasar mesin dimana benda kerja dipasang.”

Sistem kendali dan Penanganan DataSistem kendali dan penanganan data mungkin berbeda dalam hubungan dengan kompleksitas struktural dan, secara konsekuen, pada biaya atas sejumlah parameter, seperti:

DayaPerhitungan daya yang penting untuk penggunaan program aplikasiJenis kendali (mungkin “Titik ke Titik: atau “Kontinyu”)Jumlah sumbu CMM yang dikendalikanTingkatan perlindungan dari sistem kabinetKomponen-komponen khususManajemen alat-alat aksesoris

Sistem kendali dan penanganan data merupakan pusat strategis CMM yang memberikan gerakan berikutnya secara otomatis berdasakan lintasan yang diberikan, mengijinkan pengguna untuk memprogram kegiatan mesin yang penting dan menerima hasil pengukuran dalam format yang diinginkan.

Dari sebuah titik logika pada pandangan sistem kendali dan penanganan data modern utnuk CMM bisa diskematikan sebagai berikut

Secara nyata bahkan walaupun sebuah kendali akurat akan terjadi penyimpangan; khususnya “Kesalahan jalur” dan “Kesalahan memposisikan”.Kesalahan jalur adalah penyimpangan, berkenaan dengan jalur ideal, dimana sumbu yang dikendalikan bergeser selama pergerakan antara 2 titik dalam ruang. Kesalahan ini secara umum ditunjukkan oleh nilai sebuah silinder yang harus mengandung semua titik-titik dari jalur yang nyata.

Kesalahan memposisikan adalah penyimpangan dimana sebuah sumbu yang dikendalikan bergeser dalam mencapai suatu titik yang diprogramkan.

REFERENSI

Diktat Kuliah Metrologi dan Pengukuran. “Metrologi Handout”Brown & Sharpe. Introduction to coordinate metrology. http://www.iacmm.org/http://www.msi-viking.com