PENERAPAN ALAT UKUR DASAR DAN PRESISI PADA PERANCANGAN GAMBAR

TUJUAN PEMBELAJARAN

BAHAN AJAR

Alat ukur merupakan instrumen penting dalam proses perancangan gambar. Baik alat ukur dasar maupun presisi memiliki peran yang krusial untuk memastikan ketelitian dan keakuratan dalam pembuatan gambar teknis.

A. PENGENALAN ALAT UKUR DASAR

Alat ukur dasar adalah perkakas yang digunakan untuk mengukur dan memeriksa dimensi suatu objek atau komponen. Dalam konteks perancangan gambar, alat ukur ini sangat penting untuk memastikan gambar teknis yang dibuat memiliki akurasi dan presisi yang sesuai dengan standar. Pemahaman tentang alat ukur dasar dan prinsip kerjanya memungkinkan para perancang dan teknisi untuk menerjemahkan gambar ke dalam bentuk fisik dengan tepat.

Berikut adalah beberapa alat ukur dasar yang sering digunakan dan prinsip kerjanya.

1. Jangka Sorong (Vernier Caliper)

Jangka sorong adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur panjang, tebal, diameter luar, diameter dalam, dan kedalaman suatu objek dengan tingkat akurasi yang lebih tinggi dibanding penggaris.

Sumber Gambar : https://www.rs-online.id/

Prinsip Kerja:

Alat ini bekerja berdasarkan pergeseran antara skala utama (skala tetap) dan skala nonius (skala geser).
Skala nonius memiliki pembagian yang lebih kecil dibandingkan skala utama, sehingga memungkinkan pembacaan yang lebih teliti. Saat rahang jangka sorong menjepit benda, posisi angka nol pada skala nonius menunjukkan nilai utama, sedangkan garis pada skala nonius yang sejajar dengan garis pada skala utama menunjukkan nilai desimalnya.

2. Mikrometer Sekrup (Micrometer Screw Gauge)

Mikrometer sekrup adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur dimensi kecil dengan tingkat presisi yang sangat tinggi, bahkan hingga seperseratus milimeter.

Sumber Gambar : https://kamadi.pk/products

Prinsip Kerja:

Mikrometer bekerja berdasarkan prinsip ulir sekrup (screw thread).
Putaran sekrup akan menggerakkan rahang geser. Jarak pergerakan rahang ini sebanding dengan putaran yang dilakukan.
Satu putaran penuh pada selubung putar akan menggerakkan rahang sebesar satu pitch ulir, yang biasanya adalah 0,5 mm. Pembacaan dilakukan dengan menjumlahkan nilai pada skala utama dan nilai pada skala putar yang sejajar dengan garis skala utama.

3. Busur Derajat (Protractor)

Busur derajat digunakan untuk mengukur dan menandai sudut pada gambar atau benda kerja.

Sumber Gambar : https://wiproshop.com/id

Prinsip Kerja:

Busur derajat memiliki skala berbentuk setengah lingkaran (180°) atau lingkaran penuh (360°). Skala ini dibagi dalam derajat.
Saat digunakan, titik pusat busur ditempatkan pada titik sudut yang ingin diukur, dan salah satu sisi busur disesuaikan dengan salah satu garis sudut. Pembacaan dilakukan pada skala yang menunjukkan posisi garis sudut lainnya.

4. Penggaris Baja (Steel Rule)

Penggaris baja adalah alat ukur panjang standar yang digunakan untuk pengukuran kasar.

Sumber Gambar : https://www.diamondjack.co.id/

Prinsip Kerja:

Penggaris baja memiliki skala yang dicetak pada permukaannya, biasanya dalam milimeter dan sentimeter (atau inci dan fraksi inci).
Prinsip kerjanya sangat sederhana: panjang benda diukur dengan menempatkan ujung penggaris pada salah satu ujung benda dan membaca nilai pada skala yang berimpit dengan ujung benda lainnya.

Dalam perancangan gambar teknik, setiap garis dan dimensi harus akurat. Alat ukur dasar ini menjadi jembatan antara ide di atas kertas (atau layar) dan realitas fisik. Penggunaan alat ukur ini memastikan bahwa:

Akurasi Dimensi: Gambar dapat diterjemahkan ke dalam produk nyata dengan dimensi yang tepat.
Standarisasi: Setiap orang yang bekerja dengan gambar yang sama akan menghasilkan produk yang identik, sesuai dengan standar yang ditetapkan.
Verifikasi: Setelah gambar selesai, alat ukur digunakan untuk memverifikasi apakah produk fisik yang dibuat sudah sesuai dengan spesifikasi gambar.

B. PENGENALAN ALAT UKUR PRESISI

Setelah memahami alat ukur dasar, penting untuk beralih ke alat ukur presisi. Alat-alat ini digunakan ketika toleransi dimensi sangat ketat dan akurasi yang lebih tinggi diperlukan. Dalam perancangan gambar, terutama untuk komponen mesin atau produk yang membutuhkan ketepatan tinggi, alat ukur presisi adalah kunci untuk memastikan produk akhir sesuai dengan spesifikasi.

Berikut adalah beberapa alat ukur presisi yang penting dalam konteks perancangan gambar dan manufaktur.

1. Dial Indicator (Indikator Putar)

Dial indicator, atau dial gauge, adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur variasi kecil pada suatu permukaan. Alat ini tidak dapat mengukur dimensi secara langsung, melainkan mengukur perbedaan atau deviasi dari suatu posisi referensi.

Sumber Gambar : https://alatproyek.id/

Prinsip Kerja:

Prinsip kerjanya adalah mengubah gerakan linier (lurus) dari spindel menjadi gerakan putar pada jarum penunjuk.
Saat ujung spindel menyentuh permukaan benda, pergerakan naik-turunnya spindel akan memutar jarum pada dial.
Skala pada dial sangat sensitif, dengan nilai skala terkecil biasanya 0,01 mm atau 0,001 mm. Dial indicator sering dipasang pada magnetic stand (dudukan magnet) untuk memastikan posisinya stabil saat mengukur.

Aplikasi pada Perancangan Gambar:

Dial indicator digunakan untuk memverifikasi tingkat kerataan permukaan, kebulatan poros (runout), kesejajaran, dan kelurusan suatu komponen sesuai dengan toleransi geometris yang digambarkan.

2. Gauge Block (Blok Ukur)

Gauge block adalah balok baja atau keramik dengan dimensi yang sangat presisi. Gauge block tidak digunakan untuk mengukur secara langsung, tetapi sebagai standar referensi untuk mengkalibrasi alat ukur lainnya.

Sumber Gambar : https://meteres.com/

Prinsip Kerja:

Gauge block memiliki dua permukaan yang sangat datar dan sejajar. Dengan menggunakan teknik wringing (menekan dan memutar), beberapa blok bisa digabungkan untuk mendapatkan dimensi yang spesifik dengan akurasi yang luar biasa.
Kombinasi ini memungkinkan pembentukan panjang referensi yang dibutuhkan.

Aplikasi pada Perancangan Gambar: Dalam perancangan, gauge block digunakan untuk:

Kalibrasi: Mengkalibrasi mikrometer, jangka sorong, dan alat ukur lainnya untuk memastikan akurasinya.
Penyetelan: Menyetel tinggi suatu alat atau jig agar sesuai dengan dimensi yang digambarkan.

3. Coordinate Measuring Machine (CMM)

CMM adalah mesin pengukur yang sangat canggih dan serbaguna, digunakan untuk mengukur dimensi objek dalam tiga dimensi (X, Y, Z). CMM adalah salah satu alat ukur paling akurat dan efisien di industri modern.

Sumber Gambar : https://www.bblm.go.id/

Prinsip Kerja:

CMM menggunakan probe (ujung sentuh) yang dipasang pada lengan mesin. Operator memprogram CMM untuk menyentuh titik-titik tertentu pada permukaan benda kerja.
Setiap kali probe menyentuh permukaan, CMM merekam posisi koordinat (X, Y, Z) dari titik tersebut. Data koordinat ini kemudian diolah oleh perangkat lunak untuk menghitung berbagai parameter, seperti diameter, jarak, sudut, dan bentuk geometri.

Aplikasi pada Perancangan Gambar: CMM adalah alat yang sangat berharga untuk:

Pengukuran Geometri Kompleks: Mengukur komponen dengan bentuk yang rumit, yang sulit diukur dengan alat konvensional.
Inspeksi Kualitas: Melakukan inspeksi kualitas yang cepat dan akurat untuk memastikan produk memenuhi spesifikasi gambar teknis.
Verifikasi Toleransi: Memverifikasi toleransi geometris (GD&T - Geometric Dimensioning and Tolerancing) yang sangat ketat, seperti kerataan, kebulatan, dan posisi lubang.
Reverse Engineering: Membangun model digital 3D dari komponen fisik yang sudah ada, yang kemudian dapat digunakan untuk membuat gambar teknisnya.

C. TOLERANSI GAMBAR DAN PEMILIHAN ALAT UKUR

Hubungan antara toleransi gambar dan pemilihan alat ukur adalah salah satu aspek paling krusial dalam dunia perancangan dan manufaktur. Keduanya memiliki keterkaitan yang sangat erat dan saling memengaruhi. Sederhananya, toleransi pada gambar teknis akan secara langsung menentukan alat ukur apa yang harus digunakan untuk memverifikasi apakah produk yang dibuat sudah sesuai dengan spesifikasi.

1. Pengertian Toleransi Gambar

Dalam perancangan gambar teknis, tidak ada satu pun komponen yang dapat dibuat dengan dimensi yang benar-benar sempurna. Selalu ada sedikit variasi atau kesalahan dalam proses produksi. Toleransi adalah rentang deviasi yang diizinkan dari dimensi nominal (dimensi ideal).

Toleransi dibagi menjadi dua jenis utama:

Toleransi Dimensi: Rentang variasi yang diperbolehkan untuk ukuran linier, seperti panjang, lebar, atau diameter. Contohnya, sebuah poros dengan dimensi $20 \pm 0, 02$ mm berarti diameter poros tersebut harus berada di antara $19, 98$ mm dan $20, 02$ mm.
Toleransi Geometris (GD&T - Geometric Dimensioning and Tolerancing): Toleransi yang mengontrol bentuk, orientasi, dan lokasi fitur suatu komponen. Ini termasuk kerataan, kebulatan, kesejajaran, dan posisi.

2. Prinsip Utama Toleransi

Prinsip utamanya adalah akurasi alat ukur harus jauh lebih tinggi daripada toleransi yang akan diukur. Sebagai aturan umum, akurasi alat ukur harus minimal 10 kali lebih baik dari toleransi yang ditentukan. Aturan ini dikenal sebagai "aturan 10 banding 1". Berikut adalah contoh penerapan prinsip ini:

a. Toleransi Kasar (Toleransi Besar)

Toleransi Gambar: Misalkan Anda memiliki komponen dengan toleransi dimensi $50 \pm 0, 5$ mm. Ini berarti dimensi yang diizinkan adalah antara $49, 5$ mm dan $50, 5$ mm, dengan rentang toleransi sebesar $1$ mm.
Pemilihan Alat Ukur: Untuk mengukur ini, Anda bisa menggunakan jangka sorong (vernier caliper) atau penggaris baja (steel rule). Jangka sorong memiliki akurasi sekitar $0, 02$ mm hingga $0, 05$ mm, yang jauh lebih baik daripada toleransi $1$ mm. Oleh karena itu, jangka sorong sudah lebih dari cukup untuk memastikan komponen berada dalam rentang yang diizinkan.

b. Toleransi Sedang

Toleransi Gambar: Sekarang, bayangkan toleransi yang lebih ketat, misalnya $25 \pm 0, 05$ mm. Rentang toleransinya adalah $0, 1$ mm.
Pemilihan Alat Ukur: Jangka sorong mungkin masih bisa digunakan, tetapi risikonya lebih tinggi. Untuk memastikan akurasi yang lebih baik, mikrometer sekrup adalah pilihan yang lebih tepat. Mikrometer sekrup memiliki akurasi $0, 01$ mm atau bahkan $0, 001$ mm, yang mana 10 kali lebih baik dari toleransi $0, 1$ mm, sehingga memenuhi aturan 10 banding 1.

c. Toleransi Presisi Tinggi

Toleransi Gambar: Untuk komponen presisi tinggi, seperti pada mesin pesawat atau medis, toleransi bisa sangat kecil, misalnya $10 \pm 0, 005$ mm. Rentang toleransinya hanya $0, 01$ mm.
Pemilihan Alat Ukur: Mikrometer sekrup mungkin masih dapat digunakan, tetapi untuk verifikasi yang lebih canggih dan untuk mengukur toleransi geometris, Anda memerlukan alat ukur yang lebih canggih seperti Dial Indicator, Gauge Block, atau bahkan Coordinate Measuring Machine (CMM). CMM, dengan akurasinya yang luar biasa ( $0, 001$ mm atau lebih baik), adalah pilihan ideal untuk mengukur dimensi dan geometri yang sangat ketat, memastikan komponen benar-benar sesuai dengan gambar.

D. PENGUKURAN DAN VERIFIKASI DIMENSI KOMPONEN FISIK

Dalam proses perancangan gambar, pengukuran dan verifikasi dimensi pada komponen fisik adalah tahap krusial yang menghubungkan antara desain teoritis (gambar teknis) dan produk nyata. Tahap ini memastikan bahwa komponen yang telah diproduksi benar-benar sesuai dengan spesifikasi yang tertera pada gambar. Jika sebuah komponen gagal melewati tahap verifikasi, artinya ada kesalahan dalam proses manufaktur atau bahkan dalam perancangan itu sendiri.

1. Tujuan Pengukuran dan Verifikasi

Tujuan utama dari pengukuran dan verifikasi adalah untuk:

Memastikan Kualitas: Memverifikasi apakah komponen yang dibuat memenuhi standar kualitas dan spesifikasi dimensi yang telah ditentukan.
Mencegah Kegagalan Produk: Komponen yang tidak sesuai dengan toleransi dapat menyebabkan kegagalan fungsional, bahkan membahayakan keselamatan. Verifikasi memastikan semua komponen dapat bekerja dengan baik.
Pengendalian Proses Manufaktur: Data dari pengukuran dapat digunakan untuk mengidentifikasi masalah dalam proses produksi. Misalnya, jika serangkaian komponen terus-menerus keluar dari toleransi, itu bisa menjadi indikasi adanya masalah pada mesin perkakas atau pengaturan.
Justifikasi Toleransi: Pengukuran membantu memvalidasi apakah toleransi yang digambarkan realistis dan dapat dicapai dengan metode manufaktur yang ada.

2. Proses Pengukuran

Proses pengukuran dimensi pada komponen fisik umumnya melibatkan langkah-langkah berikut:

a. Pemilihan Alat Ukur

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, pemilihan alat ukur sangat bergantung pada tingkat toleransi yang tertera pada gambar.

Untuk toleransi yang longgar ( $\pm 0, 1$ mm atau lebih), alat ukur dasar seperti jangka sorong sudah memadai.
Untuk toleransi yang ketat ( $\pm 0, 01$ mm), diperlukan alat ukur presisi seperti mikrometer sekrup atau dial indicator.
Untuk dimensi dan geometri yang kompleks, serta toleransi yang sangat kecil, CMM (Coordinate Measuring Machine) adalah pilihan terbaik.

b. Persiapan

Sebelum pengukuran, komponen fisik dan alat ukur harus dalam kondisi bersih dan suhu stabil. Perubahan suhu dapat menyebabkan pemuaian atau penyusutan material yang dapat memengaruhi hasil pengukuran.

c. Pengambilan Data

Pengukuran dilakukan pada titik-titik yang spesifik sesuai dengan dimensi yang tertera pada gambar. Data dimensi yang diambil harus dicatat dengan teliti. Untuk memastikan keandalan data, pengukuran sering kali diulang beberapa kali.

3. Proses Verifikasi

Verifikasi adalah tahap di mana data pengukuran dibandingkan dengan spesifikasi pada gambar.

Perbandingan Langsung: Data pengukuran (misalnya, diameter 19,99 mm) dibandingkan dengan rentang toleransi pada gambar (misalnya, $20 \pm 0, 02$ mm, atau 19,98 mm hingga 20,02 mm).
Keputusan Lulus/Gagal:

Jika data pengukuran berada dalam rentang toleransi, komponen tersebut dianggap "lulus" dan dapat digunakan.
Jika data pengukuran berada di luar rentang toleransi, komponen tersebut "gagal" dan harus diperbaiki (jika memungkinkan) atau dibuang.

4. Contoh dalam Konteks Perancangan Gambar

Bayangkan sebuah gambar teknis untuk sebuah poros yang memiliki :

a. Spesifikasi:

Diameter: $ϕ 25 \pm 0, 02$ mm
Kerataan permukaan: 0,01 mm

b. Proses verifikasi :

Pengukuran Diameter:

Menggunakan mikrometer sekrup (karena toleransi sangat ketat).
Mikrometer membaca diameter sebesar 25,01 mm.
Verifikasi: Rentang yang diizinkan adalah dari 24,98 mm hingga 25,02 mm. Karena 25,01 mm berada dalam rentang ini, pengukuran lulus.

Pengukuran Kerataan Permukaan:

Menggunakan dial indicator yang dipasang pada permukaan referensi yang datar.
Saat dial indicator digeser di atas permukaan, jarumnya menunjukkan deviasi maksimum 0,008 mm.
Verifikasi: Toleransi kerataan yang diizinkan adalah 0,01 mm. Karena deviasi yang terukur (0,008 mm) kurang dari 0,01 mm, verifikasi lulus.

Jika salah satu dari pengukuran di atas gagal, poros tersebut tidak akan diterima, dan departemen produksi akan diberi tahu untuk mengambil tindakan perbaikan.

Setelah memahami bahan ajar di atas, mari kita lanjutkan melakukan pengukuran:

1. Vernier Caliper 0.05

Sumber : www.metrology.com

Kalau kita perhatikan gambar di atas, maka terdapat bagian-bagian dari jangka sorong yaitu :

Langkah (Step), berfungsi untuk mengukur tingkat
Rahang luar (External jaws), berfungsi untuk mengukur ketebalan, jarak luar atau diameter luar
Rahang dalam (Internal jaws), berfungsi untuk mengukur Jarak celah atau diameter dalam
Sekrup penjepit (Clamp screw), berfungsi sebagai pengunci pada saat pengukuran
Skala geser (Sliding scale),
Pendorong melengkung (Curved pusher)
Skala utama (Main scale)
Batang kedalaman (Depth rod), berfungsi untuk mengukur kedalaman

Kemudian bagaimana cara mencari ketelitian dari sebuah jangka sorong? Mari perhatikan gambar berikut ini :

Perhitungan skala ketelitian :

39 skala utama / 20 skala nonius = 1.95
Cari strip yang hampir lurus, ketemu strip ke-2
Jadi 2 - 1.95 = 0.05 mm

Setelah memahami teori di atas, mari kita lanjutkan belajarnya dengan mengerjakan soal latihan dan melakukan pengukuran saat praktik di bengkel.

Soal Latihan 1 :

Hasil pengukuran :

Ukuran pada skala utama : 5.0
Ukuran pada skala nonius : 0.55
Ukuran total : 5.55mm

Soal Latihan 2 :

Hasil pengukuran :

Ukuran pada skala utama : 9.0
Ukuran pada skala nonius : 0.85
Ukuran total : 9.85mm

Anda juga bisa belajar alat ukur langsung menggunakan :

Video Pembelajaran Alat Ukur

2. Vernier Caliper 0.02

Ketelitian Jangka Sorong (Vernier Caliper) 0.02mm diperoleh dari :

Cara 1 : Ketelitian = 1 bagian Skala utama : jumlah skala nonius = 1/50 = 0,02 mm
Cara 2 : Ketelitian = 1 bagian skala utama - 1 nilai nonius = 1 - (49/50) = 1 - 0.98 = 0.02 mm

Latihan 1 :

Cari garis di belakang 0 (nol) skala nonius, yaitu :

3 Strip skala utama = 3.00 mm
Cari garis yang lurus, yaitu :
Angka 7 + 3 strip Skala nonius = 0.70 + (3 x 0.02) = 0.70 + 0.06 = 0.76
Sehingga di baca 3.76 mm

Latihan 2 :

Cari garis di belakang 0 (nol) skala nonius, yaitu :

12 Strip skala utama = 12.00 mm
Cari garis yang lurus, yaitu :
Angka 5 + 3 strip Skala nonius = 0.50 + (3 x 0.02) = 0.50 + 0.06 = 0.56
Sehingga di baca 12.56 mm

Anda juga bisa belajar alat ukur langsung menggunakan :

Video Pembelajaran Alat Ukur

3. Jangka Sorong 0.1mm

Berikut ini di sajikan cara mudah membaca Jangka Sorong (Vernier Caliper) dengan ketelitian 0.1mm

Mungkin pembaca bertanya-tanya dapat dari manakah ketelitian 0.1mm tersebut. Mari perhatikan gambar di bawah ini :

Perhitungan skala ketelitian :

9 skala utama / 10 skala nonius = 0.9mm

Skala nonius yang mendekati lurus skala utama adalah 1

Sehingga, 1 - 0.9 = 0.1mm

Contoh 01 :

Hasil pengukuran

Ukuran pada skala utama : 12.0

Ukuran pada skala nonius : 0.7

Ukuran total : 12.7mm

Latihan Soal 01 :

Latihan Soal 02 :

Latihan Soal 03 :

BACA JUGA

Latihan Soal 04 :

Latihan Soal 05 :

Simulasi Metrologi Pengukuran KLIK SINI

Sedangkan belajar mengukur mandiri KLIK SINI

4. Micrometer

Mikrometer merupakan alat ukur yang digunakan untuk mengukur ketebalan atau diameter. Ukuran micrometer mulai dari 0 - 25, 25 - 50 dan seterusnya dengan kepresisian 0.01mm. Bagian utama dari micrometer dapat dijelaskan pada gambar berikut :