หลักการ Two-Peg Test กล้องระดับ ทำไมตั้งกล้องกึ่งกลางจึงได้ค่าถูกต้อง

กล้องระดับอัตโนมัติ (Auto Level) ออกแบบให้เส้นเล็ง (Line of Sight) อยู่ในแนวราบเมื่อตัวชดเชย (Compensator) ทำงาน แต่ในทางปฏิบัติเส้นเล็งมักเอียงจากแนวราบเล็กน้อย ซึ่งเรียกว่าความคลาดเคลื่อนเส้นเล็ง (Collimation Error) การทดสอบสองหมุด (Two-Peg Test) คือวิธีวัดขนาดความเอียงนี้ในสนามโดยไม่ต้องมีเครื่องมือพิเศษ บทความนี้อธิบายว่าทำไมการทดสอบจึงได้ผล สูตรที่ใช้คำนวณ และสิ่งที่การทดสอบนี้บอกไม่ได้

1. ความคลาดเคลื่อนเส้นเล็งเพิ่มตามระยะ

ทฤษฎี: ถ้าเส้นเล็งเอียงจากแนวราบเป็นมุม α ค่าอ่านบนไม้สต๊าฟที่ระยะ D จะผิดจากค่าจริงเท่ากับ

e = D × tan α ≈ D × α″ / ρ″  เมื่อ  ρ″ = 206,265

• ตัวอย่าง: เส้นเล็งเอียง 10″ ที่ระยะ 30 m ค่าอ่านผิดราว 1.5 mm และที่ระยะ 60 m ผิดราว 2.9 mm ความผิดจึงเป็นสัดส่วนกับระยะโดยตรง
• Procedure: เพราะค่าความผิดขึ้นกับระยะ การทดสอบจึงต้องสร้างสถานการณ์ที่ระยะเท่ากันหนึ่งครั้ง และระยะไม่เท่ากันอีกหนึ่งครั้ง
• ข้อควรระวัง: ความคลาดเคลื่อนเส้นเล็งไม่ปรากฏเมื่ออ่านไม้สต๊าฟจุดเดียว เพราะไม่มีค่าอ้างอิงให้เทียบ ต้องดูจากผลต่างระดับระหว่างสองจุดเท่านั้น

2. ตั้งกล้องกึ่งกลาง: ความผิดหักล้างกัน

ทฤษฎี: ตอกหมุด A และ B ห่างกันราว 30 ถึง 60 m แล้วตั้งกล้องที่กึ่งกลางพอดี ค่าอ่านที่ A และ B ผิดไปเท่ากันคือ e เพราะระยะเท่ากัน เมื่อหาผลต่างระดับ ค่า e จึงหักล้างกัน

ΔH_true = (a₁ − e) − (b₁ − e) = a₁ − b₁

• Procedure: วัดระยะจากกล้องถึงหมุดทั้งสองด้วยเทปหรือสายวัด ไม่ใช้วิธีนับก้าว และอ่านค่าซ้ำหลายครั้งเพื่อลดความคลาดเคลื่อนการอ่าน
• Tolerance: ผลต่างระดับจากตำแหน่งนี้ถือเป็นค่าอ้างอิง จึงควรอ่านซ้ำจนค่าที่ได้สอดคล้องกันในระดับมิลลิเมตร
• ข้อควรระวัง: หลักการเดียวกันนี้คือเหตุผลที่งานเดินระดับทั่วไปต้องรักษาระยะอ่านหลังและอ่านหน้าให้เท่ากัน

ตำแหน่งกึ่งกลางไม่จำเป็นต้องอยู่บนแนวตรงระหว่างหมุดพอดี สิ่งสำคัญคือระยะถึงสองหมุดต้องเท่ากัน กล้องจึงตั้งเยื้องออกจากแนวได้ถ้ามีสิ่งกีดขวาง แต่ต้องวัดระยะทั้งสองข้างให้เท่ากันจริง และเลือกจุดที่มองเห็นไม้สต๊าฟทั้งสองอันได้ชัด

3. ตั้งกล้องนอกกึ่งกลาง: ความผิดปรากฏออกมา

ทฤษฎี: ย้ายกล้องไปตั้งใกล้หมุดหนึ่ง หรือตั้งนอกแนวช่วง AB ระยะถึงสองหมุดจะต่างกัน ค่าความผิดที่สองหมุดจึงไม่เท่ากันอีกต่อไป ผลต่างระดับที่ได้ (a₂ − b₂) จะต่างจากค่าอ้างอิง และความคลาดเคลื่อนต่อหน่วยระยะคำนวณได้จาก

c = [(a₂ − b₂) − (a₁ − b₁)] / (D_A2 − D_B2)

เมื่อ D_A2 และ D_B2 คือระยะจากกล้องตำแหน่งที่สองถึงหมุด A และ B และมุมเอียงของเส้นเล็งคือ α″ ≈ c × ρ″

• ตัวอย่าง: ตำแหน่งกึ่งกลางได้ a₁ − b₁ = +0.412 m ตั้งกล้องใกล้ A โดย D_A2 = 5 m และ D_B2 = 45 m ได้ a₂ − b₂ = +0.414 m ผลต่าง +2 mm หารด้วย −40 m ได้ c = −0.05 mm/m คิดเป็นมุมราว 10″ เครื่องหมายลบหมายถึงเส้นเล็งเอียงลง
• Procedure: คำนวณค่าอ่านที่ควรได้ที่หมุดไกลโดยประมาณ คือ b_2,correct ≈ a₂ − (a₁ − b₁) เพราะค่าอ่านที่หมุดใกล้ผิดเพียงเล็กน้อย ค่านี้ใช้เป็นเป้าหมายเมื่อปรับตั้งสายใย (Reticle)
• ข้อควรระวัง: ระวังเครื่องหมายบวกลบ ให้กำหนดทิศทางผลต่างระดับเป็น A ลบ B เหมือนกันทั้งสองตำแหน่ง

ถ้าพื้นที่แคบจนตั้งกล้องใกล้หมุดไม่ได้ ให้ตั้งนอกช่วง AB โดยต่อแนวออกไปด้านหลังหมุดหนึ่ง สูตรเดียวกันยังใช้ได้ เพราะสิ่งที่ต้องการคือผลต่างระยะถึงสองหมุดที่มากพอ ผลต่างระยะยิ่งมาก ค่า c ที่คำนวณได้ยิ่งเชื่อถือได้ เพราะความคลาดเคลื่อนจากการอ่านไม้สต๊าฟถูกหารด้วยตัวเลขที่ใหญ่ขึ้น

4. เกณฑ์ยอมรับและมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง

หลักการ: ISO 17123-2 อธิบายวิธีทดสอบภาคสนามของกล้องระดับ ทั้งแบบทดสอบอย่างง่ายและแบบเต็ม ส่วนเกณฑ์ยอมรับความคลาดเคลื่อนเส้นเล็งมักกำหนดโดยคู่มือผู้ผลิตหรือข้อกำหนดของโครงการ ซึ่งแปลงจากความผิดของค่าอ่านที่ยอมรับได้เป็นมุมได้ด้วยสูตร

α″_max = (e_allow / D_max) × ρ″

• ตัวอย่าง: สมมติโครงการยอมให้ความผิดของค่าอ่านไม่เกิน 1 mm ที่ระยะเล็งสูงสุด 30 m มุมเอียงที่ยอมรับได้คือราว 6.9″ ถ้าผลทดสอบได้ 10″ ควรปรับตั้งก่อนใช้งาน หรือจำกัดให้ใช้กับงานที่รักษาระยะอ่านหลังและอ่านหน้าให้สมดุลเท่านั้น
• Procedure: บันทึกผล Two-Peg Test ทุกครั้งพร้อมวันที่และหมายเลขเครื่อง เพื่อดูแนวโน้มว่าค่าเปลี่ยนเร็วผิดปกติหรือไม่
• ข้อควรระวัง: การปรับสายใยด้วยตนเองต้องทำอย่างระมัดระวัง ถ้าค่าเปลี่ยนไปมาก หรือปรับแล้วค่ายังไม่นิ่ง ควรส่งตรวจกับผู้ให้บริการที่ทำงานตามระบบ ISO/IEC 17025

ความถี่ในการทดสอบควรเพิ่มขึ้นเมื่อกล้องถูกขนส่งบ่อยหรือเคยตกกระแทก หลายทีมทำ Two-Peg Test ทุกครั้งที่เริ่มโครงการใหม่ และทำซ้ำเป็นระยะระหว่างโครงการที่ยาวหลายเดือน เมื่อเห็นว่าค่าขยับเข้าใกล้เกณฑ์ จะได้วางแผนปรับตั้งก่อนที่กล้องจะหลุดเกณฑ์กลางงาน

5. สิ่งที่ Two-Peg Test บอกไม่ได้

ทฤษฎี: การทดสอบนี้วัดความเอียงของเส้นเล็ง ณ ช่วงเวลานั้น แต่ไม่ได้ตรวจทุกส่วนของกล้อง ตัวชดเชยของกล้องระดับอัตโนมัติมีช่วงทำงาน (Working Range) ที่ผู้ผลิตมักระบุในช่วงประมาณ ±10′ ถึง ±15′ ถ้าฟองกลม (Circular Bubble) ไม่ได้ปรับ หรือตัวชดเชยติดขัด ค่าที่ได้จะไม่คงที่ระหว่างการตั้งกล้องแต่ละครั้ง

• Procedure: ตรวจตัวชดเชยด้วยการเล็งไม้สต๊าฟ แล้วหมุนสกรูตั้งระดับเล็กน้อยหรือแตะตัวกล้องเบา ๆ ค่าอ่านต้องกลับมาที่เดิม และตรวจฟองกลมด้วยการหมุนกล้อง 180° ฟองต้องยังอยู่ในวงกลม
• Tolerance: ถ้าทำ Two-Peg Test ซ้ำในวันเดียวกันแล้วได้ค่าต่างกันมาก ให้สงสัยตัวชดเชย ขาตั้งหลวม หรือภาพสั่นจากความร้อน ก่อนจะสรุปว่าสายใยเคลื่อน
• ข้อควรระวัง: ทำการทดสอบบนพื้นที่ค่อนข้างราบและพื้นแน่น ในช่วงเช้าหรือเย็นที่ภาพไม่สั่น เพราะความร้อนจากพื้นทำให้แสงหักเหต่างกันที่ระยะใกล้และไกล