1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Permukaan adalah batas yang memisahkan suatu benda dengan

sekelilingnya. Karakteristik suatu permukaan memegang peranan penting dalam

perancangan komponen mesin/peralatan. Banyak hal yang perlu dinyatakan

dengan jelas tentang karakteristik permukaan misalnya dalam kaitannya dengan

gesekan, keausan, pelumasan, tahanan kelelahan, perekatan dua atau lebih

komponen-komponen mesin dan sebagainya. Karateristik permukaan yang

dimaksud oleh si perancang ini sedapat mungkin harus dapat dipenuhi oleh si

pembuat komponen (produsen). Salah satu karakteristik permukaan yang penting

adalah kekasaran permukaan. Kekasaran permukaan sangat penting pula bila

dihubungkan dengan fungsi komponen. Pembuatan komponen tidak semata-mata

harus semuanya dengan nilai kekasaran yang kecil atau halus, tetapi harus benar

sesuai fungsi dan permintaan si perancang (designer). Untuk mendapatkan

karakteristik permukaan yang diinginkan tidak terlepas dengan alat ukur dan cara

atau metode pengukurannya. Pemotong permukaan perlu parameter tertentu untuk

mendapatkan karakteristik permukaan terutuma tentang kekasaran permukaan

yang diinginkan dapat tercapai. Hal ini berhubungan dengan waktu proses serta

alat ukur yang tepat sebagai hasil pengukuran yang diinginkan sesuai permintaan

atau keiinginan si perancang. Kekasaran permukaan sangat berhubungan erat

dengan masalah keausan komponen terutama misalnya komponen yang dipakai

untuk slot, maka perlu permukaan dengan nilai kekasaran kecil (halus atau nilai

2

Ra yang kecil). Permukaan suatu komponen sangat penting diukur nilai

kekasaran permukaannya. Apabila itu berhungan dengan masalah cetakan, untuk

pasangan poros, bantalan (bearing), maka perlu permukaan dengan nilai kekasaran

yang kecil atau halus (nilai Ra kecil). Jika nilai kekasaran permukaan tersebut

tidak terukur dengan benar dapat mengakibatkan banyak efek yang terjadi

misalnya pada bantalan (bearing) akan cepat aus dan umur bantalan menjadi

pendek. Nilai kekasaran permukaan pada cetakan plastik maupun untuk cetakan

logam akan berpengaruh terhadap hasil cetakan yang tidak perlu proses

pemesinan lagi.

Setiap proses pengerjaan mempunyai ciri tertentu atas permukaan benda

kerja yang dihasilkannya. Oleh karena itu dalam memilih proses pengerjaan aspek

kekasaran permukaan ini perlu dipertimbangkan. Aspek lain yang tidak boleh

diabaikan adalah ongkos pembuatan. Kompromi haruslah didapat antara

persyaratan fungsional komponen dengan ongkos pembuatan.

Ketidaksempurnaan alat ukur dan cara pengukuran maupun cara evaluasi

hasil pengukuran, maka suatu permukaan sesungguhnya (real surface) tidaklah

dapat dibuat tiruan atau duplikatnya secara sempurna. Tiruan permukaan hasil

pengukuran hanya bisa mendekati bentuk atau konfigurasi permukaan yang

sesungguhnya dan disebut sebagai permukaan terukur (measured surface).

Sebagai contoh suatu celah atau retakan yang sempit pada permukaan tidak akan

dapat diikuti oleh jarum peraba (stylus) alat ukur karena dimensi ujung jarum

peraba ini lebih besar dari pada ukuran celah. Ini adalah salah satu kelemahan

pengukuran permukaan dengan jarum peraba (stylus) yang dikenal dengan

pengukuran kontak langsung antara alat ukur dan obyek ukur.

3

Perkembangan industri menuntut hasil proses akhir pemesinan dengan

kualitas baik dengan parameter nilai kekasaran permukaan (surface roughness)

yang dihasilkan sesuai dengan keinginan konsumen atau industri. Nilai kekasaran

permukaan merupakan faktor penting yang perlu penanganan serius: terutama

untuk komponen yang bergerak dan kontak langsung dengan pasangannya

atau komponen lainnya.

Radhakrishan, 1970 dan Mc Cool, 1984, mengungkapkan bahwa dalam

pengukuran secara kontak (mekanik), ukuran dari stylus tip mempunyai pengaruh

yang besar terhadap hasil pengukuran kekasaran permukaan obyek ukur. Ukuran

stylus tip yang tidak sesuai dengan karakteristik profil permukaan akan

menghasilkan ketidakakuratan hasil pengukuran kekasaran permukaan obyek

ukur. Dari hasil penelitiannya yang dilakukan ukuran stylus tip yang besar hanya

sesuai digunakan pada profil permukaan yang mempunyai celah dan jarak puncak

(peak) yang besar. Untuk permukaan yang mempunyai celah dan antar puncak

(peak) yang kecil, maka ukuran stylus yang besar tentu akan menyebabkan

ketidakakuratan hasil pengukuran kekasaran permukaan. Sedangkan bila dibuat

stylus tip yang kecil timbul masalah lain yakni selain stylus tip harus kecil juga

harus tahan aus.

Poon dan Bhushan, 1995, dan Bushan, 1996, juga menyatakan bahwa

stylus yang keras dan tajam akan merusak permukaan obyek ukur. Kerusakan

yang terjadi disebut dengan micro-scrathes. Dengan keberadaan atau kehadiran

micro-scrathes akan menghasilkan data pengukuran yang tidak akurat, karena

ujung stylus tip tidak memgukur permukaan melainkan menggores pada

permukaan obyek ukur. Kehadiran adanya micro-scrathes, bila dilakukaan

4

pengukuran berulang pada permukaan yang sama akan menghasilkan nilai

kekasaran yang berbeda pula.

Moh. Yusuful Khoir, 2002, dalam tugas akhirnya (TA) [8],

mengemukakan pengukuran kekasaran permukaan logam dengan tanpa kontak

antara alat ukur dan obyek ukur yaitu dengan metode korelasi spekel hasil

pergeseran celah persegi pada fotografi penyinaran ganda dengan analisa

kekontrasan pola frinji hasil rekonstruksi. Pengambilan gambar dilakukan masih

dengan teknik merekam menegatifkan film dan selanjutnya di lihat

kekontrasannya. Nilai kekontrasan ini dianalisa melalui pola frinji yang dapat

diamati pada layar (screen). Didalam sarannya untuk peneliti selanjutnya

diharapkan memakai kamera CCD (charge coupled device).

Sutikno, 2004, dalam tesisnya [9], pengembangan metode pengukuran

kekasaran dan kerataan permukaan dengan prinsip pengolahan image. Pada

tesisnya penelitian dilakukan dengan tanpa kontak antara alat ukur dan obyek

ukur. Image dihasilkan dari scanning permukaan obyek ukur. Image diolah

dikomputer dan hasil pengukuran dalam satuan gray level.

Mengingat pentingnya kekasaran permukaan dalam aplikasi komponen

industri dan dari kelemahan yang ada pada uraian diatas terutama pengukuran

secara kontak (mekanik) yang terlihat adanya hasil pengukuran yang kurang

akurat, maka perlu dilakukan model pengukuran tanpa kontak yang lainnya.

Pada tesis ini dilakukan penelitian dengan judul : ”Studi Eksperimental

Pengukuran Kekasaran Permukaan Dengan Metode Electronic Speckle Pattern

Interferometry (ESPI)”. Metode ini pengukuran dilakukan tanpa kontak antara

alat ukur dan obyek ukur. Prinsip kerja dari pengukuran kekasaran permukaan

5

dengan metode ESPI ini adalah cahaya laser He Ne yang mengenai obyek ukur

menimbulkan hamburan cahaya pada permukaan obyek ukur. Hamburan cahaya

dari permukaan obyek ukur akibat interferensi membentuk pola spekel (speckle

pattern). Pola spekel ditangkap oleh kamera CCD (charge coupled device)

selanjutnya di simpan (record) dan diolah di komputer melalui image.

Pengolahan image dikomputer menghasilkan nilai kekasaran dalam satuan tingkat

keabuan (gray level). Nilai kekasaran tersebut akan dikonversikan dalan satuan

panjang (µm).

1.2. Perumusan Masalah

Dengan mengacu pada latar belakang masalah, maksud dari penelitian

pada tesis ini adalah mengangkat permasalahan sebagai berikut :

a. Bagaimana set-up pengukuran kekasaran permukaan dengan metode

ESPI, sehingga didapatkan hasil pencitraan (image) permukaan obyek

ukur dengan cahaya Laser He Ne.

b. Bagaimana menentukan nilai kekasaran permukaan obyek ukur dengan

metode ESPI, sehingga didapatkan nilai kekasaran permukaan obyek

ukur dalam satuan tingkat keabuan (gray level).

c. Bagaimana menentukan nilai kekasaran permukaan dalam satuan tingkat

keabuan (gray level) agar dapat dipakai dilapangan dalam satuan

panjang (µm).

6

1.3. Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini adalah :

a. Mengukur kekasaran permukaan dengan tanpa kontak antara alat ukur

dan obyek ukur “Dengan Metode Electronic Speckle Pattern

Interferometry (ESPI)”. Obyek ukur yang diukur adalah kekasaran

permukaan standar (surface roughness standards) hasil proses Flat

Lapping, Grinding, Horizontal Milling dan Vertical Milling dengan

parameter kekasaran rata-rata aritmatik (Ra) dalam satuan tingkat

keabuan (gray level) . Kemudian dikonversikan dalam satuan panjang

(µm) berdasarkan nilai Ra surface roughness standards.

b. Untuk menentukan kelebihan dan kekurangan pengukuran kekasaran

permukaan dengan metode ESPI, maka dilakukan pembandingan :

- Dengan alat Mitutoyo Surftest 301.

- Dengan alat Mitutoyo Surftest 401.

1.4. Manfaat

Manfaat yang diharapkan pada penelitian ini adalah :

a. Untuk membantu masyarakat umum, akademis dan industri dalam hal

pengukuran kekasaran permukaan (surface roughness) obyek ukur

dengan metode ESPI.

b. Untuk menambah salah satu teknik pengukuran kekasaran permukaan

obyek ukur tanpa kontak dengan metode ESPI dan dapat membantu

dunia pendidikan (akademis) atau intansi industri sebagai ilmu

pengetahuan dan dasar kajian penelitian selanjutnya.

7

1.5. Batasan Masalah

Pembatasan permasalahan penelitian yang dilakukan dengan asumsi :

a. Obyek ukur hanya dilakukan pada kekasaran permukaan standar (surface

roughness standards) hasil proses akhir pemesinan yaitu proses Flat

Lapping, Grinding, Horizontal Milling dan Vertical Milling

b. Permukaan obyek ukur tidak bertekstur yang disebabkan oleh warna lain

tetapi hanya yang terjadi akibat proses pemesinan (machining).

c. Pola Spekel (Speckle pattern) di rekam menggunakan kamera CCD

(charge coupled device) dan menggunakan Laser He Ne dengan panjang

gelombang 633 nm dan output daya 35mW sebagai sumber cahaya

penyinaran permukaan obyek ukur.

d. Resolusi hasil pengukuran dibatasi oleh kemampuan kamera CCD

(charge coupled device) sebagai alat untuk mengambil image dan

komputer sebagai penyimpan data image dan pengolah data image.