百度上搜一字線激光器，各種廠家和圖片琳瑯滿目，可以說相當(dāng)?shù)呢S富，但很多機(jī)器視覺設(shè)備制造領(lǐng)域的技術(shù)人員仍然經(jīng)常傷透腦筋，鬧心的厲害，為什么呢？請看圖：

大家可以發(fā)現(xiàn)，都是一線，線型看上去都挺“一字”的，那為啥還鬧心？且看：第1類鬧心事：均勻性指標(biāo)之謎，見上圖找茬，能發(fā)現(xiàn)：
【1】兩端亮或中間亮，粗細(xì)不均勻，亮度不均勻【2】兩端有斷線，中間還挺好【3】背景雜散光比較多第2類鬧心事：容易壞，用著就變暗了，激光器還活著但僅微微發(fā)光
【1】安裝調(diào)試時今天是好的，第二天就壞了
【2】放到客戶現(xiàn)場，過幾天就壞了
【3】隨著時間，逐漸變暗第3類鬧心事：紅綠藍(lán)紫，價格從幾十塊錢到上萬塊錢，咋選擇？
【1】為啥別人說藍(lán)光好，我要不要用藍(lán)光？
【2】為啥一臺要8~9千上萬，而另一家只要300？
下面逐一分享我們研發(fā)工業(yè)機(jī)器視覺激光器的經(jīng)驗(yàn)，希望能作為小知識貢獻(xiàn)給大家！

【基礎(chǔ)】一字線激光是如何生成的？

能生成一字線激光器的器件有柱鏡/波浪鏡、鮑威爾棱鏡和DOE衍射元件，這三種方式比較常見，器件材料有塑料和玻璃。其中前2種方法都屬于幾何光學(xué)的內(nèi)容，DOE屬于衍射光學(xué)的技術(shù)，它們各有優(yōu)劣，我們重點(diǎn)講述以鮑威爾棱鏡為主的一字線激光器，其他方法生成一字線的產(chǎn)品，不建議甚至反對用到工業(yè)機(jī)器視覺領(lǐng)域，特別是3D測量領(lǐng)域，用了后說鬧心是非常正常的結(jié)果，用了肯定鬧心，技術(shù)理論就決定了這類方法就是青銅，你一定要當(dāng)其為王者，這能不鬧心嗎？貼網(wǎng)上流傳的鮑威爾棱鏡實(shí)現(xiàn)光束一字線原理示意圖，可以看到鮑威爾棱鏡有個曲線的屋脊，該屋脊曲線的加工品質(zhì)將決定一字線激光的品質(zhì)。如果您熟悉Zemax，模擬設(shè)計(jì)一下該屋脊曲線的分布函數(shù)并與柱鏡進(jìn)行對比分析，就能明白他們的差異。不熟悉也不要緊，記住了三種方法里，鮑威爾棱鏡是王者，選它是不鬧心的第一步。

【1類鬧心事解謎】

第1類鬧心事的核心還是在于生成一線的器件品質(zhì)不匹配，比如柱鏡天然特性就是邊緣會慢慢變暗，波浪鏡可以理解為多個柱鏡連一起，改善了邊緣變暗的程度，但依然存在不均勻。因此，這類器件生成的一字線，其均勻性指標(biāo)很難達(dá)到85%以上，比如容易出現(xiàn)兩端斷線，但這類產(chǎn)品在直線指示如劃線引導(dǎo)等場景，足以滿足用戶需求，加上用量巨大價格便宜，喜聞樂見，是最常見的一類一線激光器。DOE類型的一字線，好處是薄，超級薄，也便宜，但容易出現(xiàn)中央零級光斑，在暗物體上易出現(xiàn)離散斷點(diǎn)，這類器件也屬于指示光源，給人看可以，做個指示光， 無法作為機(jī)器視覺3D測量中的信息光源。
鮑威爾棱鏡生成的一線激光，才是滿足高端工業(yè)需求的不二之選，但一樣會出現(xiàn)兩端亮或兩端暗的情況。加工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求的鮑威爾棱鏡，可以實(shí)現(xiàn)對高斯光束整形為一型光束實(shí)現(xiàn)95%以上的均勻性，最佳情況可以實(shí)現(xiàn)99%的均勻性指標(biāo)。出現(xiàn)上述問題的原因取決于鮑威爾棱鏡設(shè)計(jì)參數(shù)與入射光束參數(shù)的匹配度，簡單講：假定鮑威爾棱鏡設(shè)計(jì)入射光斑直徑D=3mm，如果實(shí)際入射光束直徑R=為3.2mm，那么就會出現(xiàn)兩端暗，如果實(shí)際入射光斑為2.8mm，則會出現(xiàn)兩端亮，偏差越大，這種不勻程度越大。如下圖是調(diào)試中，D和R之間0.1mm差異即可分辨出明顯的不均勻性。

明白了這個道理，挑選時就問廠家“你們?nèi)绾伪ＷC入射光斑直徑和鮑威爾棱鏡匹配”？問的專業(yè)，答得專業(yè)才是你不鬧心的根本。對于廠家而言，如何提高這種匹配度，則就是核心競爭力了。

【2類鬧心事解謎】

這個挺鬧心，但原因非常簡單：電流過閾值導(dǎo)致LD被擊穿或LD長期處于規(guī)格書中Max上限值工作！網(wǎng)上一搜一大把的驅(qū)動電路原理圖，可以用，但魔鬼隱藏于細(xì)節(jié)。出現(xiàn)這種情況的情形包括：電路設(shè)計(jì)有問題，無ESD保護(hù)或使用了不恰當(dāng)?shù)碾娙萜骷D激光二極管屬于靜電敏感器件，很脆弱嬌貴怕靜電。分析了很多恒流源設(shè)計(jì)電路，有PWM信號調(diào)節(jié)存在過沖電流、剛上電瞬間峰值電流尖刺、外接地電流泄露等各種問題，甚至有些驅(qū)動板針對A廠LD很穩(wěn)定，B廠LD就容易出現(xiàn)問題，存在這些問題的電路如果有廠家封好為成品無需外接控制卡時，不容易暴露出問題，但機(jī)器視覺領(lǐng)域總是要外接控制卡與相機(jī)同步，這樣就會暴露出這類產(chǎn)品的局限性。怎么解決和避免這類事情？做好防靜電措施，安裝調(diào)試環(huán)境必須良好接地、人員帶靜電環(huán)操作、增加釋放靜電裝置，可以有效避免安裝調(diào)試中的問題。同時，選擇合理的設(shè)計(jì)也非常關(guān)鍵，最為核心的是器件標(biāo)準(zhǔn)必須采用工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)的元器件，任何一個小器件的品質(zhì)不過關(guān)都會導(dǎo)致設(shè)計(jì)品質(zhì)失效。檢測上，激光器模組通過ESD4KV靜電測試、電壓浪涌檢測等環(huán)節(jié)非常重要，這需要廠家設(shè)計(jì)與組裝工藝的共同打磨，缺乏設(shè)計(jì)能力無法從根上解決此類問題。這類鬧心事遇到了，從用戶角度就只能抓緊換廠家，選擇專業(yè)的工業(yè)機(jī)器視覺激光器廠家。從廠家角度則必須抓緊檢討設(shè)計(jì)、測試出隱患，通過高強(qiáng)度的測試驗(yàn)證來查找出設(shè)計(jì)缺陷，包括電路和結(jié)構(gòu)體。因?yàn)橛脩魣鼍扒姘俟郑ㄒ荒茏龅氖虑榫褪遣粩喾e累經(jīng)驗(yàn)快速迭代提高品質(zhì)。

【第3類鬧心事解謎】
這類事情純屬經(jīng)驗(yàn)不足，希望看完本篇小知識就能解決。波長的選擇是依賴于應(yīng)用場景的，紅光在塑料等非金屬材料表面具有良好的可識別性，加上很多相機(jī)的響應(yīng)曲線在紅色波段比較好，因此，您會看到非常多的機(jī)器視覺項(xiàng)目采用紅光。藍(lán)光在金屬材料表面具有更加好的可識別性。綠光波長處在紅藍(lán)之間，人眼感知最強(qiáng)烈，功率非常小的綠光人眼感知會覺得亮度非常高，希望人眼感知強(qiáng)烈的場景綠光當(dāng)然是首選，但不希望人眼感知的場景，則選擇800~940nm這樣不可見光波段的激光器。因此，核心因素還是應(yīng)用場景和相機(jī)配置，這兩個因素決定了應(yīng)選擇那個波長的激光器。
至于價格是否鬧心，則仁者見仁智者見智。1萬的激光器，能被市場接受的原因在于：線寬非常細(xì)10~100um、一致性非常高千套指標(biāo)的偏差可以維持在5%之類、均勻性95%以上、直線度不超過千分之一，加上品牌溢價，本質(zhì)是花錢賣安心，花錢用別人的長處來增加自己產(chǎn)品的競爭力。撇開品牌溢價，上千的激光器，其性能指標(biāo)絕對要比幾百的激光器要高出不少，因此，脫離性能指標(biāo)的討論價格，就是鬧心根源。解決辦法就是返回第1類、第2類問題上仔細(xì)學(xué)習(xí)，把原因和技術(shù)原理搞清楚了，然后再去選擇合適的產(chǎn)品，根據(jù)指標(biāo)做合理預(yù)算，自然就不會在價格上鬧心。