INNOVATIVE: Journal Of Social Science Research Volume 3 Nomor 6 Tahun 2023 Page 9303-9312 E-ISSN 2807-4238 and P-ISSN 2807-4246
Website: https://j-innovative.org/index.php/Innovative

## Inspeksi Geometrik Sudu Rotor Primary Air Fan Dengan Alat Ukur Laser Scanner
Brilliant Dwinata
Dosen Teknik Mesin Universitas Jenderal Achmad Yani Email : briliant.dwinata@lecture.unjani.ac.id
Abstrak
Teknologi  baru  terkait  instrumen  inspeksi  geometri  yang  memiliki  sifat  kecermatan,  ketelitian, ketepatan, kecepatan, serta fleksibilitas yang baik dilakukan pada Mesin Ukur Koordinat (Coordinate Measuring Machine). Penggunaan laser scanner sebagai instumen ukur memiliki kelebihan kecepatan akuisisi  titik  pengukuran  cepat  sehingga  sesuai  untuk  menginspeksi  komponen  yang  memiliki permukaan yang kompleks. Dalam penelitian ini, dikaji metode pengukuran profil pada komponen sudu rotor Primary Air Fan yang tergolong sebagai salah satu mesin turbo. Fokus pada penelitian ini adalah penjabaran mengenai proses inspeksi toleransi profil garis pada umumnya sudu mesin turbo, khususnya sudu Primary Air Fan PLTU 660 MW dengan mengacu pada ISO TR 5460 dengan alat ukur 3D laser  scanner.  ISO  TR  5460  merupakan  standard  laporan teknis  yang berisikan  panduan  untuk memverifikasi toleransi geometri yang terdeskripsi pada ISO 1101. Proses inspeksi geometri profil garis pada  sudu  mesin  turbo  dengan  alat  ukur  3D laser  scanner  secara  umum  bekerja  dengan  cara membandingkan  antara reference  data  dengan  measured  data.  Reference  data  merupakan  CAD model  sedangkan measured  data  merupakan  point  clouds  yang  sudah  dilakukan  proses triangulasi/ meshing yang didapatkan dari hasil pengukuran objek ukur. Hasil inspeksi toleransi profil garis  pada  sudu Primary  Air  Fan  menunjukkan  bahwa pada  setiap  section  dinyatakan  tidak  lolos inspeksi.
Kata Kunci : Inspeksi Geometri, toleansi profil garis, laser scanner, Primary Air Fan

## Abstract
New  technology related to geometry inspection instruments that have the characteristics of good accuracy, speed, and flexibility are done on Coordinate Measuring Machine. The use of a laser scanner as a measuring instrument has the advantage of the speed of acquisition so that it is suitable for inspecting components that have a complex surface. In this study, the profile measurement method in the Primary Air Fan rotor blade component which was classified as one of the turbo engines was examined. The focus of this research is the description of the tolerance inspection process line profile in general turbo engine blades, specifically the Primary Air Fan blade of the 660 MW Steam Power Plant with refer to the ISO TR 5460 using a 3D laser scanner measuring instrument. ISO TR 5460 is a technical report standard that contains guidelines for verifying geometry tolerance that are described at ISO 1101. The process of inspection of line profile geometry on turbo engine blades with 3D laser scanner measuring instruments generally works by comparing the reference data with measured data. Reference  data  is  a  CAD  model  while  measured  data  is  point  clouds  that  have  been  carried  out triangulation / meshing process obtained from the measurement results of measuring objects. The results of the inspection of the line profile tolerance on the Primary Air Fan blade indicate that in each section it was declared not passed the inspection.
Keyword: Geometrical inspection, line profile tolerance, laser scanner, turbo engine blade, Primary Air Fan.

## PENDAHULUAN
Dalam era persaingan industri manufaktur yang ketat, tren pengembangan komponen bersifat high variety, high complexity, dan low volume. Salah satu contohnya adalah komponen sudu pada mesin turbo. Mesin turbo merupakan mesin yang mentransfer energi antara fluida kerja dan sudu. Fungsi dari mesin turbo adalah mesin yang berfungsi untuk memanipulasi energi dan kecepatan fluida kerja  melalui  sudu,  sehingga  pengendalian  geometri  permukaan  sudu yang  tergolong  kompleks ini perlu dilakukan dengan baik agar sudu dapat  berfungsi sesuai dengan design intent [1]. Begitu pula perkembangan teknologi instrumen pengukuran untuk proses  inspeksi  penyimpangan  geometri  perlu  menyesuaikan  untuk  menjamin  karakteristik geometri dari suatu komponen sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan [2]. Hal ini menuntut proses inspeksi  yang memiliki kecermatan, ketelitian,  ketepatan,  kecepatan,  serta  fleksibilitas yang lebih baik.
Penyimpangan  geometri  pada  komponen  sudu  mesin  turbo  secara  umum diklasifikasikan menjadi dua yakni penyimpangan ukuran (linier dan angular) dan penyimpangan karakteristik geometri (bentuk, orientasi, posisi, profil) [3]. Instrumen pengukuran atau metoda pengukuran  konvensional  untuk  proses  inspeksi  geometri  umumnya bersifat spesifik, artinya hanya dapat mengukur salah satu penyimpangan  geometri  saja,  contohnya: Vernier  caliper
hanya dapat mengukur penyimpangan dimensi linier, bevel protactor hanya dapat mengukur penyimpangan angular, kaliber GO-NOT GO hanya dapat menginspeksi ukuran pin dan lubang, dial indicator sebagai alat ukur pembanding yang digunakan untuk mengukur penyimpangan geometri tertentu, dan sebagainya [4].
Dalam kaitannya dengan proses inspeksi geometri pada komponen sudu mesin turbo , penggunaan  instrumen  pengukuran  konvensional  untuk  proses  inspeksi  menyebabkan tingginya  biaya  inspeksi  dan  produktifitas  yang  rendah. Penggunaan  instrumen  pengukuran konvensional sulit untuk diaplikasikan untuk menginspeksi karakteristik  geometri  pada  fitur permukaan  sudu  yang  kompleks [5].  Selain   itu, terdapat beberapa karakteristik geometri yang terdapat pada komponen sudu mesin turbo, sehingga dibutuhkan banyak instrumen ukur dan  memerlukan  waktu  inspeksi  yang  lama  jika  menggunakan  instrumen  pengukuran konvensional  [6].  Teknologi  baru  terkait  instrumen  inspeksi  geometri  yang  memiliki  sifat kecermatan,  ketelitian,  ketepatan,  kecepatan,  serta  memiliki  fleksibilitas  yang  baik  untuk mengukur berbagai karakteristik geometri pada suatu komponen dapat dilakukan pada Mesin Ukur Koordinat (Coordinate Measuring Machine). Terdapat dua sensor ukur pada mesin ukur koordinat,  yakni:  sensor  kontak (touch  probe) dan  sensor  non  kontak  (laser  probe).  Sensor kontak merupakan insrumen ukur yang paling umum digunakan di industri karena kecermatan, ketelitian,  ketepatan,  serta  fleksibilitas  pengukuran  yang  baik.  Kelemahan  utama  dari  sensor kontak adalah waktu operasi yang tinggi ketika jumlah akuisisi titik pengukuran yang dilakukan sangat  banyak  karena  kompkesitas  permukaan  komponen  yang  tinggi.  Sensor  non-  kontak memiliki  kelebihan  kecepatan  akuisisi  titik  pengukuran  yang  jauh  lebih  cepat  dibandingkan dengan  sensor  kontak  sehingga  lebih  sesuai  untuk  menginspeksi  komponen  yang  memiliki permukaan yang kompleks[7].
Dalam  penelitian  ini,  dikaji  metode  pengukuran  profil  pada  komponen  sudu  rotor Primary Air Fan yang tergolong sebagai salah satu mesin turbo. Proses inspeksi geometri sudu dilakukan  pada airfoil  yang  merupakan  penapang  sudu.  Jenis  pengendalian  geometri  yang diterapkan untuk menjamin fungsi dari sudu adalah toleransi profil garis.
Penelitian  ini  berikut  bertujuan  dalam  menjabarkan  berkenaan  proses  inspeksi toleransi profil garis pada umumnya sudu mesin turbo, khususnya sudu Primary Air Fan PLTU 660 MW dengan mengacu pada ISO TR 5460 dengan alat ukur 3D laser scanner.

## METODE PENELITIAN
Secara  umum  metode  penelitian  yang  dilakukan  dalam  penyusunan  karya  tulis  ini menggunakan cara-cara sebagai berikut:

## 1. Studi pustaka
Mempelajari  buku-buku  mengenai  pendimensian  dan  pentoleransian  geometri,  standard pengukuran toleransi profil garis, mekanika fluida dan perpindahan panas pada mesin turbo, serta mempelajari dokumen-dokumen teknis Primary Air Fan 660 MW[8].
2. Pengumpulan data
Data pengukuran diperoleh dari proses pengukuran menggunakan alat ukur laser scanner yang berupa point clouds[9].
3. Pengolahan data
Data-data tersebut dijadikan masukan untuk diolah dan dilakukan pemodelan dan  simulasi inspeksi geometri profil garis[10]

## 4. Analisis
Analisis  mengenai  hasil  pengukuran  dan  pengkajian  faktor-faktor  yang  mempengaruhi penyimpangan

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Inspeksi Toleransi Profil Garis
Hasil inspeksi toleransi profil garis dituangkan pada setiap section penampang sudu airfoil[11]. Berikut adalah gambar yang berisikan keterangan mengenai penerapan toleransi profil garis pada sudu rotor primary air fan:
Gambar 1: Lokasi section penerapan toleransi profil garis
Gambar 2: Penerapan toleransi profil garis setiap section
Bersumberkan gambar 1 menjabarkan posisi dari setiap section dengan view atas yang tiap-tiap section memiliki jarak tersendiri dari sudu rotor primary A:61, B:125, C:189, D:253, E:317, F:381. Berikutnya pada gamabr 2 diilustrasikan posisi tiap section dengan persamaan yang sama yakni 0,2 yang memiliki posisi pada titik berbeda tiap section[12].
Inspeksi  penyimpangan  profil  daris section  dengan  histogram,  dalam  contoh  ialah Section A-A dengan nilai 5,751 mm merepresntasikan section yang lain memiliki hasil inspeksi yang sama[13].
Section A-A (D = 1330 mm)
Gambar 3. Hasil inspeksi penyimpangan profil garis section A-A  dan B-B
Gambar 4. Hasil inspeksi penyimpangan profil garis section C-C  dan D-D
Gambar 5. Hasil inspeksi penyimpangan profil garis section E-E  dan F-F
Dari informasi diatas dapat diketahui bahwa total penyimpangan adalah:
𝛿𝑡𝑜𝑡 = | 𝛿𝑚𝑎𝑥 − 𝛿𝑚𝑖𝑛 | = section A | 3.205 − (−2.546) | = 5.751 𝑚𝑚
Section B | 2.433 − (−1.931) | = 4.364 𝑚𝑚
Section C | 1.901 − (−2.752) | = 4.653 𝑚𝑚
Section D | 1.623 − (−1.369) | = 2.992 𝑚𝑚 Section E | 1.621 − (−0.775) | = 2.396 𝑚𝑚
Section F | 1.924 − (−1.234) | = 3.158 𝑚𝑚
Dengan besar toleransi profil garis yang diizinkan sebesar t = 0.2 mm dan 𝛿𝑡𝑜𝑡 > 𝑡 , maka section A-A, B-B, C-C, D-D E-E, F-F tidak lolos inspeksi.

## Pembahasan
Berdasarkan data hasil inspeksi geometri profil garis pada sudu Primary Air Fan PLTU 660 MW seluruh section tidak lolos inspeksi atau memiliki penyimpangan total yang jauh melebihi batas
toleransi yang diizinkan[14]. Hal ini dipengaruhi berbagai macam hal, diantaranya:

## Gambar 6. Sumber-sumber penyimpangan
Dalam  analisis  pembahasan  dari  inpeksi  toleransi  profil  garis  hasil  terbagi  dalam  tiga bagian  besar  yakni  yang  pertama  Kesalahan  dalam  proses  peniruan  terdapat  2  point  yakni Desain Sketsa 2D. dalam pendeketana titik-titik pengukuruan dilakukan untuk membuat sketsa airfoil pada setiap section terbagi dalam 3 bagian Bagian pertama adalah upper & lower airfoil menggunakan metoda spline.  Bagian  kedua  adalah  leading  edge  dan  bagian  ketiga  adalah trailling  edge  dimana  keduanya  dilkanukan  pendekatan  menggunakan  metoda  3  point  arc. Pendekatan  pada  bagian  kedua  dan  ketiga  dilakukan  secara  manual  dengan  kendali  visual dalam penyesuaian variasi redius pada 3 point arc. Hal ini dapat menyebabkan ketidakpastian geometri pada leading edge dan trailing edge yang berdapak penurunan akurasi pada tahap identifikasi parameter NACA 4 Digit Series. Point berikutnya ialah metoda NACA 4 digit Series Peneliti melihat bahwa pada metoda identifikasi NACA 4 Digit Series, terdapat dua hal yang menyebabkan ketidaktelitian identifikasi NACA 4 Digit Series. Perbedaan ketebalan pada titik lokasi  ketebalan  maksimum  sebesar  ±1.8  mm  yang  menyebabkan  penyimpangan  geometri airfoil[15].
Kedua Kesalahan pada proses manufaktur (toleransi Proses Pemesinan), Sudu Primary Air Fan memiliki fitur permukaan yang kompleks. Fitur permukaan kompleks dapat dibuat melalui proses CNC Milling 5 axis dimana pada proses tersebut umumnya memiliki toleransi geometri sebesar 0.013-0.025 mm . Proses manufaktur sudu Primary Air Fan merupakan salah satu sumber
penyimpangan toleransi profil garis dengan penyimpangan sebesar 0.013-0.025 mm.
Tabel 1. Tipikal toleransi dimensi pada proses pemesinan
Terakhir, Kesalahan proses pengukuran ( measured data)
- Kesalahan alat ukur
Berdasarkan penelitian ketidakpastian pengukuran lasser scanner (Vukašinovic,2011) diketahui bahwa ketidakpastian maksimum sekitar 0.02 mm.
- Pengaruh lingkungan
Debu dan serpihan logam halus pada permukaan benda ukur akan “dirasakan” oleh sensor alat ukur cermat. Debu halus di udara pun berpotensi menghasilkan banyaknya noise pada point  clouds.  Selain  itu  fluktuasi  temperature  juga  menyebabkan  ketidakpastian  dalam proses pengukuran.
- Kesalahan proses pengolahan data pengukuran ( filerting dan sampling)
Proses  filtering  pada  pemindaian  untuk  mendapatkan point  clouds  bertujuan  untuk mengeliminasi noise  akibat  gangguan  yang  disebabkan  oleh  pengaturan  cahaya  yang kurang  baik  pada  saat  pemindaian.  Sedangkan  proses sampling  merupakan  proses pengurangan  jumlah point  clouds  berdasarkan  kurvatur  untuk  mereduksi  data  yang berlebihan.  Kedua  proses  tersebut  dapat  berpotensi  menghilangkan  titik-titik  aktual pengukuran sehingga menurunkan akurasi pengukuran point clouds pada measured data.
Gambar 7. Filtering dan sampling

## SIMPULAN
Bersumberkan  data  proses  inspeksi  toleransi profil  garis menggunakan mesin ukur koordinat  berbasis  sensor  non  kontak  yang  mengacu  pada  ISO  TR  5460  (Verification Principles  and  Method)  pada primary  air  fan  PLTU  660  MW  yang  dijabarkan  di  atas menyatakan bahwasanya keseluruhan section dari A-A hingga F-F tidak memenuhi standar dari ISO TR 5460 yang bisa dinyatakan bahwa primary air fan PLTU 660 MW tidak ada satupun yang  lolos  inspeksi.  Hal  berikut  dikarenakan  sejumlah  hal  yakni  Kesalahan  dalam  proses peniruan,  Kesalahan  dalam  proses  Manufaktur,  serta  kesalahan  pada  proses  pengukuran. Maka daripada hal itu peneltian berikut memberi saran untuk melaksanakan penelitian sejenis perlu  dilakukan  perencanaan  sudut  dan  jarak  pemindaian  yang  seksama  pada  objek pemindaian  untuk  meminimalisasi  ketidakpastian  pemindaian.  Ketidakpastian  pemindaian sangan dipengaruhi oleh parameter jarak dan sudut pemindaian. Berikutnya perlu adanya perbaikan metode rekayasa peniruan pada sudu primary air fan.

## DAFTAR PUSTAKA
Cogorno , G. R. (2011). Geometric Dimensioning and Tolerancing for Mechanical Design 2nd Ed. New York: Mc Graw Hill.
Ding ,  L.-j.  (2016). CAD-Based  Path  Planning  for  3D  Laser  Scanning  of  Complex.  2nd International  Conference  on  Intelligent  Computing,  Communication  &  Convergence (ICCC-2016). Odisha.
Henzold , G. (2006). Geometrical Dimensioning and Tolerancing for Design, Manufacturing and Inspection 2nd Ed . Amsterdam: Elsevier Ltd.
ISO 1101 : Geometrical Product Specifications (GPS) - Geometrical Tolerancing - Tolerances of Form,  orientation,  location,  and  run-out.  (2017).  Switzerland:  International  Standard Organization.
ISO/TR 5460: Technical drawings - Geometrical tolerancing - Tolerancing of form, orientation, location and run-out - Verification principles and methods - Guidelines. (1985).
Kalpakjian, S. (2016). Manufacturing Processes for Engineering Materials (6th Edition). Pearson.
Lewis,  R.  (1996). Turbomachinery  Performance  Analysis.  Newcastle:  Elsevier  Science  & Technology Books.
Martínez ,  S.  (2008).  Comparison  between  non  contact  and  contact  scanning  systems  for dimensional  control. Second  International  Conference  on  Multidisciplinary  Design Optimization and Applications,. Gijon.
Petitcuenot, M. (2015). ISO specifications of complex surfaces: Application on aerodynamic profiles. 13th CIRP conference on Computer Aided Tolerancing. Elsevier.
Setyawan,  S.  (2016). Rekayasa  Peniruan  Geometrik  Sudu  Primary  Air  Fan  PLTU  660  MW. Bandung.
Vuka šinovic , N. (2010). A new method for defining the measurement-uncert ainty model of CNC laser-triangulation scanner. Int J Adv Manuf Technol (2012) 58:1097 – 1104
Groh , B., Rylander, C. G., Cullinan, M., & Behera, D. (2023, June). Project-Focused Redesign of a First-Year Engineering Design Course for CAD and CAM in a Modern Era. In 2023 ASEE Annual Conference & Exposition.
Leach,  R.  K.,  Bourell,  D.,  Carmignato,  S.,  Donmez,  A.,  Senin,  N.,  &  Dewulf,  W.  (2019). Geometrical metrology for metal additive manufacturing. CIRP annals, 68(2), 677-700.
Toteva,  P.,  &  Koleva,  K.  (2019).  Application  of  new  generation  geometrical  product specifications in the practice in small and medium sized enterprises. In MATEC Web of Conferences (Vol. 299, p. 04006). EDP Sciences.
Gust, P., & Sersch, A. (2020). Geometrical product specifications (gps): A review of teaching approaches. Procedia CIRP, 92, 123-128.
Li, J., Zou, L., Luo, G., Wang, W., & Lv, C. (2023). Enhancement and evaluation in path accuracy of  industrial  robot  for  complex  surface  grinding. Robotics  and  Computer-Integrated Manufacturing, 81, 102521.
Eryantono , A. E., Virdhian, S., Cahyadi, D., & Oktavia, E. (2022). Pembuatan 3D Model Disc Refiner dengan Reverse Engineering untuk Mendukung Sustitusi Impor. Jurnal Teknik Mesin Indonesia, 17(1), 86-91.
Lu, L., Jiang, C., Hu, G., Liu, J., & Yang, B. (2021). Flexible noncontact sensing for human – machine interaction. Advanced Materials, 33(16), 2100218.