หลักการทำงานของกล้องระดับ (AUTOMATIC LEVEL)

หลักการทำงานของกล้องระดับ (AUTOMATIC LEVEL)

กล้องวัดระดับ หรือที่เรียกกันติดปากว่า AUTOMATIC LEVEL เป็นเครื่องมือพื้นฐานที่จำเป็นอย่างยิ่งในงานสำรวจและงานก่อสร้าง มีบทบาทสำคัญในการหาค่าความแตกต่างของระดับ หรือกำหนดค่าระดับของจุดต่างๆ อย่างแม่นยำ กล้องประเภทนี้ได้รับการพัฒนาให้มีความสะดวกสบายและรวดเร็วกว่ากล้องระดับรุ่นเก่าอย่างมาก ซึ่งความพิเศษนี้มาจากกลไกสำคัญที่เรียกว่า "ตัวชดเชย" (Compensator)

บทความนี้จะอธิบายถึงหลักการทำงานและส่วนประกอบหลักที่ทำให้กล้อง Auto Level สามารถสร้างแนวเล็งที่เป็นระนาบแนวนอนได้อย่างอัตโนมัติ

Auto Level คืออะไร และ "อัตโนมัติ" ที่ว่าคืออะไร?

โดยพื้นฐานแล้ว กล้องวัดระดับมีหน้าที่สร้าง "แนวเล็ง" ที่ขนานไปกับพื้นผิวโลก หรืออยู่ในระนาบแนวนอนที่แท้จริง เพื่อใช้เป็นเส้นอ้างอิงในการอ่านค่าบนไม้สต๊าฟ ส่วนคำว่า "อัตโนมัติ" นั้น หมายถึงความสามารถของกล้องในการปรับแนวเล็งให้เป็นแนวราบที่สมบูรณ์แบบได้ด้วยตัวเอง หลังจากที่ผู้ใช้งานได้ตั้งระดับกล้องอย่างคร่าวๆ แล้ว โดยไม่ต้องทำการปรับระดับอย่างละเอียดก่อนการอ่านค่าทุกครั้งเหมือนกล้องรุ่นเก่า

ส่วนประกอบสำคัญและบทบาท:

• กล้องเล็ง (Telescope): เป็นส่วนที่ใช้มองผ่านเพื่อเล็งไปยังไม้สต๊าฟ มีระบบเลนส์สำหรับปรับความคมชัด และที่สำคัญคือมีเส้นกากบาท (Crosshairs) สำหรับใช้เป็นเครื่องหมายในการอ่านค่าบนไม้สต๊าฟ
• ฐานกล้องและสกรูตั้งระดับ (Base and Leveling Screws): ใช้สำหรับยึดกล้องเข้ากับขาตั้งกล้อง และใช้สกรู 3 หรือ 4 ตัว เพื่อปรับฐานกล้องให้ได้ระดับอย่างคร่าวๆ โดยใช้ลูกน้ำฟองกลม
• ลูกน้ำฟองกลม (Circular Bubble): ใช้สำหรับปรับระดับฐานกล้องอย่างคร่าวๆ ให้ฟองอากาศอยู่ภายในวงกลมตรงกลาง ซึ่งเป็นการเตรียมความพร้อมเพื่อให้กลไกอัตโนมัติทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด
• ตัวชดเชย (Compensator): นี่คือหัวใจของกล้อง Auto Level! เป็นกลไกที่อยู่ภายในตัวกล้อง มักประกอบด้วยชุดของปริซึมหรือเลนส์ที่ถูกแขวนไว้ด้วยเส้นลวดที่ละเอียดอ่อน หรือใช้ระบบแม่เหล็กและของเหลวในการหน่วง เมื่อกล้องถูกตั้งระดับอย่างคร่าวๆ จนฟองอากาศในลูกน้ำฟองกลมอยู่ตรงกลาง ตัวชดเชยจะใช้แรงโน้มถ่วงเป็นตัวอ้างอิง โดยปรับแนวแสงที่ผ่านเข้ามาให้ไปตกกระทบเส้นกากบาทบนแนวราบที่สมบูรณ์แบบโดยอัตโนมัติ แม้ว่าตัวกล้องเองจะเอียงไปเล็กน้อยก็ตาม กลไกนี้จะมีระบบหน่วงเพื่อช่วยให้ปริซึม/เลนส์ที่แขวนอยู่หยุดนิ่งอย่างรวดเร็ว

หลักการทำงานของตัวชดเชย:

จินตนาการว่ากล้องตั้งอยู่โดยเอียงไปเล็กน้อย (แต่ยังอยู่ในขอบเขตการทำงานของลูกน้ำฟองกลม) แทนที่แนวแสงที่มาจากเป้าหมายจะผ่านเส้นกากบาทในแนวราบ มันจะเฉียงขึ้นหรือลงเล็กน้อย แต่ตัวชดเชยซึ่งปรับตำแหน่งตัวเองตามแรงโน้มถ่วง จะทำหน้าที่ "หักเห" หรือ "เลื่อน" แนวแสงนั้น ให้มาตกกระทบเส้นกากบาทในตำแหน่งที่ตรงกับแนวราบที่แท้จริงพอดี ด้วยเหตุนี้ ไม่ว่าผู้ใช้งานจะเล็งกล้องไปในทิศทางใด ตราบเท่าที่ตัวกล้องถูกตั้งระดับคร่าวๆ อยู่ในขอบเขตที่กำหนด แนวเล็งที่ผู้ใช้งานมองเห็นผ่านเส้นกากบาทจะยังคงเป็นระนาบแนวนอนเสมอ

กระบวนการวัดระดับโดยใช้กล้อง :

เมื่อกล้องถูกตั้งและปรับระดับคร่าวๆ จนตัวชดเชยทำงานได้อย่างถูกต้อง การวัดความแตกต่างของระดับจะทำได้ดังนี้:

1. ตั้งกล้องในจุดที่เหมาะสมระหว่างจุดเริ่มต้น (จุดที่ทราบค่าระดับ) และจุดที่ต้องการหาค่าระดับ
2. ตั้งไม้สต๊าฟในแนวตั้งฉากกับพื้น ณ จุดเริ่มต้น (Back Sight - BS) เล็งกล้องไปที่ไม้สต๊าฟและอ่านค่าตรงเส้นกากบาท
3. คำนวณหาความสูงของแนวเล็ง (Height of Instrument - HI) โดยนำค่าระดับของจุดเริ่มต้น บวกกับค่าที่อ่านได้บนไม้สต๊าฟ (BS)
4. ย้ายไม้สต๊าฟไปตั้งในแนวตั้งฉากกับพื้น ณ จุดที่ต้องการหาค่าระดับ (Fore Sight - FS) เล็งกล้องไปที่ไม้สต๊าฟและอ่านค่าตรงเส้นกากบาท
5. คำนวณหาค่าระดับของจุดที่ต้องการ (Elevation of FS) โดยนำค่าความสูงของแนวเล็ง (HI) ลบด้วยค่าที่อ่านได้บนไม้สต๊าฟ (FS)

ดังนั้น ความแตกต่างของระดับระหว่างจุด BS และจุด FS คือ: ความต่างระดับ = ค่า BS - ค่า FS

ข้อดีของการทำงานอัตโนมัติ:

การมีตัวชดเชยในกล้อง Auto Level ช่วยให้การปฏิบัติงานในภาคสนามรวดเร็วและสะดวกอย่างมาก เพราะไม่ต้องเสียเวลาในการปรับระดับกล้องอย่างละเอียดก่อนการอ่านค่าทุกครั้ง เพียงแค่ตั้งระดับคร่าวๆ ตัวกล้องก็จะจัดการปรับแนวเล็งให้แม่นยำโดยอัตโนมัติ ลดความเหนื่อยล้าและโอกาสเกิดข้อผิดพลาดจากการปรับระดับด้วยมือได้อย่างมีนัยสำคัญ

โดยสรุป กล้องวัดระดับอัตโนมัติทำงานโดยอาศัยกลไกตัวชดเชยที่ใช้แรงโน้มถ่วงปรับแนวแสงให้แนวเล็งอยู่ในระนาบแนวนอนที่แท้จริงโดยอัตโนมัติหลังจากตั้งระดับคร่าวๆ แล้ว ทำให้เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสูงในการวัดความแตกต่างของระดับในงานสำรวจและงานก่อสร้าง