고니오미터
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1. 개요
고니오미터는 각도를 측정하는 데 사용되는 도구 또는 장치를 통칭하는 용어이다. 종류로는 각도기, 베벨 각도기, 고니오미터 헤드, 포지셔닝 고니오미터 등이 있다. 고니오미터는 측량, 결정학, 광측정, 의료, 재활 치료, 표면 과학, 칼날 각도 측정, 닥터 블레이드 검사 등 다양한 분야에서 활용된다.
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| 고니오미터 | |
|---|---|
| 계측 | |
| 종류 | 각도 측정 도구 |
| 용도 | |
| 사용 분야 | 결정학 광학 공학 천문학 |
| 측정 대상 | 각도 표면 광선 |
| 결정학 | |
| 결정면 측정 | 결정면 사이의 각도를 측정하는 데 사용 |
| 측정 원리 | 광선을 사용하여 반사각 측정 |
| 종류 | 반사 고니오미터 투과 고니오미터 |
| 천문학 | |
| 용도 | 천체의 각 위치 측정 |
| 다른 이름 | 천문 관측 기기 |
| 광학 | |
| 용도 | 렌즈, 프리즘 등의 광학 부품의 각도 측정 |
| 공학 | |
| 용도 | 다양한 각도 측정 및 제어 시스템에 사용 |
2. 종류
고니오미터는 시료 단결정의 중심을 맞추거나 결정축을 회전축에 맞추기 위한 장치로, 시료 지지대 기능도 한다. 서로 직교하는 두 회전축으로 결정을 ±20° 정도 기울일 수 있는 아크와, 결정을 입사 선속의 중심에 이동시키는 병진 기능을 갖추고 있다. 병진 기능은 전후, 좌우, 상하 방향으로 미세하게 움직일 수 있다. 시료 방위는 10분 이내, 병진에 의한 어긋남은 0.1mm 이내로 맞출 수 있으며, 보통 여러 회절 장치에 탈부착할 수 있다. 사축형 자동 회절계용으로는 아크가 없는 병진 기능만 있는 것, 또는 병진 기능이 아크 상단에 있는 유심 중심 헤드가 사용된다.
2. 1. 각도기
'''각도기'''는 일반적으로 투명한 플라스틱으로 만들어져 각도를 측정하는 측정 도구이다.
대부분의 각도기는 도 (°) 단위로 각도를 측정한다. 라디안 눈금 각도기는 라디안 단위로 각도를 측정한다. 대부분의 각도기는 180개의 동일한 부분으로 나뉜다. 일부 정밀 각도기는 도를 아크분으로 더 나눈다. 센티턴으로 나뉜 각도기는 일반적으로 "백분율 각도기"라고 불린다.
2. 1. 1. 베벨 각도기
베벨 각도기는 한쪽 팔이 회전하는 눈금이 매겨진 원형 각도기로, 각도를 측정하거나 표시하는 데 사용된다. 때로는 더욱 정확한 판독을 위해 버니어 척도가 부착되기도 한다. CAD와 같은 현대적인 드로잉 소프트웨어의 등장으로 사용 빈도가 줄어들고 있지만, 건축 및 기계 도면 분야에서 널리 사용된다.범용 베벨 각도기는 공구 제작자가 사용하며, 기계적 접촉을 통해 각도를 측정하므로 기계식 각도기로 분류된다.[2][3]
베벨 각도기는 매우 정밀한 각도 설정 및 테스트에 사용된다. 5분(5′ 또는 1/12°)까지 판독 가능하고, 0°에서 450°까지 측정 가능하다.
베벨 각도기는 빔, 눈금이 매겨진 다이얼, 그리고 엄지 너트와 클램프로 회전판(버니어 척도 포함)에 연결된 블레이드로 구성된다. 빔과 블레이드의 가장자리가 평행일 때, 회전판의 작은 표시는 눈금이 매겨진 다이얼의 0선과 일치한다. 빔과 블레이드 사이의 90° 이하의 각도를 측정하려면, 회전판의 표시가 가리키는 다이얼의 눈금에서 직접 판독할 수 있다. 90° 이상의 각도를 측정하려면, 다이얼이 양쪽 0점에서 각각 90°까지 눈금이 매겨져 있으므로, 다이얼에 표시된 각도를 180°에서 뺀다.
주 눈금과 버니어 척도 모두의 간격에 0을 기준으로 왼쪽과 오른쪽에 번호가 매겨져 있기 때문에, 어떤 각도든 측정할 수 있다. 주 눈금의 0이 이동하는 방향에 따라 오른쪽 또는 왼쪽으로 판독할 수 있다.
2. 2. 고니오미터 헤드
고니오미터의 회전부 중심에 위치하여 시료 단결정의 중심을 맞추거나, 결정축을 고니오미터의 회전축에 맞추기 위한 장치이다. 시료 지지대 기능도 있다. 서로 직교하는 2개의 회전축으로 결정을 ±20° 정도까지 기울일 수 있는 아크와, 결정을 입사 선속의 중심에 이동시키는 병진 기능을 갖추고 있다. 병진 기능은 서로 직교하는 전후, 좌우, 상하 방향으로 미세하게 움직일 수 있다. 이를 통해 시료의 방위를 10분 이내, 병진에 의한 어긋남을 0.1mm 이내로 일치시킬 수 있다. 보통은 여러 회절 장치에 부착할 수 있도록 탈착이 가능하다. 사축형 자동 회절계용으로는 아크가 없는 병진 기능만 있는 것, 또는 병진 기능이 일반적인 형태와 반대로 아크의 상단에 있는 유심 중심 헤드가 사용된다.2. 3. 포지셔닝 고니오미터
포지셔닝 고니오미터(각도 측정 스테이지)는 공간에서 고정된 축을 중심으로 물체를 정확하게 회전시키는 장치이다. 선형 스테이지와 유사하지만, 스테이지 플랫폼은 베이스에 상대적으로 선형으로 움직이는 대신 플랫폼의 장착 표면 위에 고정된 축을 중심으로 부분적으로 회전한다. 포지셔닝 고니오미터는 일반적으로 스테이지 플랫폼 하단에 고정된 부분 웜 휠과 베이스의 웜이 맞물리는 웜 드라이브를 사용한다. 웜 기어는 수동으로 또는 자동 포지셔닝 시스템의 모터로 회전할 수 있다.
고니오미터는 회전부 중심에 위치하여 시료 단결정의 중심을 맞추거나, 결정축을 고니오미터의 회전축에 맞추기 위한 장치이다. 또한 시료 지지대로서의 기능도 한다. 서로 직교하는 2개의 회전축으로 결정을 ±20° 정도까지 기울일 수 있는 아크와, 결정을 입사 선속의 중심에 이동시키는, 서로 직교하는 전후, 좌우, 상하 방향으로 미세하게 움직일 수 있는 병진 기능을 갖추고 있다. 이를 통해 시료의 방위를 10분 이내, 병진에 의한 어긋남을 0.1mm 이내로 일치시킬 수 있다. 보통은 여러 회절 장치에 부착할 수 있도록 탈착이 가능하다. 사축형 자동 회절계용으로는 아크가 없는 병진 기능만 있는 것, 또는 병진 기능이 일반적인 형태와 반대로 아크의 상단에 있는 유심 중심 헤드가 사용된다.
3. 응용
고니오미터는 조사, 통신, 결정학, 광측정, 의료 등 다양한 분야에서 활용된다.[1] 광측정은 고니오포토미터를 통해 수행된다.
- 의료: 고니오미터는 직업 부상 시 초기 및 후속 운동 범위를 기록하고, 장애 평가자가 영구적인 장애를 결정하는 데 사용된다. 와델 징후 평가에도 활용된다.
- 표면 과학: 접촉각 고니오미터는 정적 접촉각, 전진 및 후퇴 접촉각, 때로는 표면 장력을 측정하는 기기이다.
- 칼날 각도 측정: 영국 칼붙이 및 관련 무역 연구 협회(CATRA)에서 개발된 레이저 반사 고니오미터는 모든 종류의 날카로운 칼날의 예각을 측정하는 데 사용된다. 칼날의 예각은 절삭 능력과 날의 강도를 제어하는 데 중요하다.
- 닥터 블레이드 검사: 닥터 블레이드는 그라비어 및 기타 인쇄 및 코팅 공정에서 사용된 후, 고니오미터를 사용하여 검사할 수 있다.
3. 1. 측량
데오돌라이트가 발명되기 전에는 고니오미터가 측량에 사용되었다. 삼각 측량법의 측지학 적용은 페트리 아피아니가 16페이지 부록으로 작성한 프리시우스의 "Libellus de locorum describendorum ratione"라는 제목의 두 번째(1533) 에디션인 "Cosmograficus liber"에 설명되어 있다.[4]3. 2. 결정학
결정학에서 고니오미터는 결정 면 사이의 각도를 측정하는 데 사용된다. 또한 X선 회절에서 시료를 회전시키는 데에도 사용된다. 1912년 물리학자 막스 폰 라우에와 동료들의 결정 구조에 대한 획기적인 연구에는 고니오미터가 사용되었다.3. 3. 광측정
고니오포토미터는 특정 각도 위치에서 인간의 눈에 보이는 빛(주로 광도)의 공간적 분포를 측정하며, 일반적으로 모든 구면 각도를 포함한다.[1]3. 4. 의료
고니오미터는 직업 부상 시 초기 및 후속 운동 범위를 기록하고, 장애 평가자가 영구적인 장애를 결정하는 데 사용된다. 이는 진행 상황을 평가하고 의학적, 법적 목적으로 사용되는 도구이며, 와델 징후(증상 확대 가능성을 나타내는 소견)를 평가하는 데에도 활용된다.물리 치료, 작업 치료, 보조기 및 의지, 운동 트레이닝에서 고니오미터는 신체의 사지와 관절의 가동 범위를 측정하여 재활 프로그램의 진행 상황을 추적하는 데 사용된다.
3. 4. 1. 재활 치료에서의 활용
환자의 가동 범위가 감소한 경우, 치료사는 중재를 수행하기 전에 관절을 평가하고, 진행 상황을 모니터링하기 위해 고니오미터를 사용한다. 치료사는 가동 범위 측정을 위해 신체의 해부학, 특히 뼈의 랜드마크에 대한 지식이 필요하다. 예를 들어 무릎 관절 측정 시, 대퇴골의 외측 상과에 축(회전 지점)을 놓고, 고정 팔을 대퇴골의 대전자에 맞춘다. 가동 팔은 비골의 외측 복숭아뼈에 맞추고, 각도 눈금을 사용하여 측정값을 기록한다.[6][7]고니오미터로 측정할 때 정확도는 검사자의 경험에 따라 달라질 수 있으며, 일부 연구에서는 5~10도 사이의 오차가 발생할 수 있다고 보고한다.
고니오미터의 종류
기존 고니오미터를 사용하는 경우 수동 측정에 시간이 소요되어 임상 환경에서 실용적이지 않을 수 있다는 단점이 있다.
3. 5. 표면 과학
표면 과학에서 접촉각 고니오미터는 정적 접촉각, 전진 및 후퇴 접촉각, 때로는 표면 장력을 측정하는 기기이다. 최초의 접촉각 고니오미터는 미국 해군 연구소의 윌리엄 지스만이 설계했으며, 미국 뉴저지의 ramé-hart (현재 ramé-hart 계측 회사)에서 제조되었다. 최초의 수동 접촉각 고니오미터는 현미경이 장착된 접안 렌즈를 사용했다. 오늘날의 접촉각 고니오미터는 카메라와 소프트웨어를 사용하여 액적 모양을 캡처하고 분석하며, 동적 및 고급 연구에 더 적합하다.
접촉각 측정기는 기체 내의 임의의 액체에 대한 표면 장력 또는 임의의 두 액체 사이의 계면 장력을 결정할 수도 있다. 두 유체 간의 밀도 차이를 알면, 펜던트 드롭법으로 표면 장력 또는 계면 장력을 계산할 수 있다. 종종 고니오미터/텐시오미터라고 불리는 고급 기기에는 접촉각 외에도 펜던트 드롭, 역 펜던트 드롭, 앉은 방울 방식을 사용하여 표면 장력 및 계면 장력을 측정하는 소프트웨어 도구가 포함되어 있다. 원심 접착 밸런스는 접촉각과 액적의 표면 부착력을 관련시킨다. 고니반사계는 여러 각도에서 표면의 반사율을 측정한다.
3. 6. 칼날 각도 측정
영국 칼붙이 및 관련 무역 연구 협회(CATRA)에서 개발된 레이저 반사 고니오미터는 모든 종류의 날카로운 칼날의 예각을 측정하는 데 사용된다. 이 장치는 칼날의 예각 프로파일을 정확하게 측정할 수 있으며, 팁의 둥글림 정도(½°까지)도 측정할 수 있다. 칼날의 예각은 절삭 능력과 날의 강도를 제어하는 데 중요하다. 즉, 예각이 작으면 부드러운 재료를 절단하는 데 최적화된 얇고 날카로운 날이 만들어지고, 예각이 크면 덜 날카롭지만 더 강한 두꺼운 날이 만들어져 더 단단한 재료를 절단하는 데 더 적합할 수 있다.3. 7. 닥터 블레이드 검사
닥터 블레이드는 그라비어 및 기타 인쇄 및 코팅 공정에서 사용된 후, 고니오미터를 사용하여 검사할 수 있다. 일반적으로 내장된 광원을 사용하여 블레이드 날의 마모 및 올바른 각도를 검사한다. 기계에 설정된 각도와 차이가 있는 경우 과도한 압력을 나타낼 수 있으며, 각도 범위("라운딩")는 블레이드 홀더 어셈블리의 강성 부족 또는 마모를 나타낼 수 있다.[1]참조
[1]
서적
Goniometer
[2]
간행물
Bridge City Protractor
https://archive.org/[...]
2020-04-12
[3]
서적
Handbook of Dimensional Measurement
https://books.google[...]
Industrial Press Inc
[4]
서적
André-Louis Cholesky: Mathematician, Topographer, and Army Officer
Birkhäuser
[5]
뉴스
Radio receiver workload accelerates
http://www.army.mil/[...]
2007-09-21
[6]
논문
Reliability and concurrent validity of knee angle measurement: Smart phone app versus universal goniometer used by experienced and novice clinicians
[7]
논문
Concurrent validity and reliability of the simple goniometer iPhone app compared with the universal goniometer
https://dspace.flind[...]
[8]
논문
Validation of a novel smartphone accelerometer-based knee goniometer
[9]
논문
Concurrent validity and reliability of the simple goniometer iphone app compared with the universal goniometer
https://dspace.flind[...]
2014
[10]
논문
Goniometer-apps in hand surgery and their applicability in daily clinical practice
[11]
웹사이트
Markerless Motion Capture. Biomechanical Analysis
https://www.eumotus.[...]
2018-01-15
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