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doc_subtitle: 以 ZLDS202-2Cam 为典型案例
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- 工业测量
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- 尺寸测量
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- ZLDS202-2Cam
- ZLDS202
- 工业测量
- 尺寸测量
- 传感器
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summary: '**测量目标**: 实现土豆片、烘焙食品等不规则薄片物料的在线实时厚度测量，支持 4600剖面/秒的高速流水线。〔REF-001〕'
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title: 食品加工行业物料厚度在线监测与自动化质量控制选型指南
doc_subtitle: 以 ZLDS202-2Cam 为典型案例
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product_series: ZLDS202
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- 食品加工
- 自动化生产
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- 土豆片厚度
- 表面轮廓形态
- 产品体积参数
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- ZLDS202-2Cam
- ZLDS202
- 食品加工
- 自动化生产
- 土豆片厚度
- 传感器
updated_at: '2026-03-25'
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summary: '**测量目标**：实现土豆片、烘焙食品等不规则薄片物料的在线实时厚度测量，支持 4600剖面/秒的高速流水线。〔REF-001〕'
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# 食品加工行业物料厚度在线监测与自动化质量控制选型指南

## TL;DR（结论摘要） {#potato-chip-thickness-measurement-guide-s01-tldr}
- **测量目标**：实现土豆片、烘焙食品等不规则薄片物料的在线实时厚度测量，支持 4600剖面/秒的高速流水线。〔REF-001〕
- **推荐技术路线**：采用具备“双目（Dual-Camera）”设计的线激光轮廓扫描仪，通过主动三角反射原理获取三维形貌，结合差分算法计算厚度。〔REF-004〕〔REF-005〕
- **适用场景**：适用于高速输送带上的食品几何尺寸监测、口感一致性控制、残次品（过厚或过薄）在线剔除。〔REF-002〕
- **选型需确认**：物料重叠比例、输送带振动频率、现场水蒸气/油雾浓度、物料表面反射率差异（如调味粉覆盖情况）。〔REF-001〕
- **核心性能指标**：Z轴线性度 ±0.01%，X轴分辨率达 2912点，最高采样频率 4600Hz，具备 IP67 防护等级。〔REF-001〕

## 1. 适用范围与术语口径 {#potato-chip-thickness-measurement-guide-s02-scope-terms}
### 1.1 适用范围
本指南适用于食品加工流水线中，针对具有半透明性、非镜面反射、形状复杂且具有一定脆性的片状食品（如土豆片、薯条、饼干等）的非接触式在线厚度测量系统选型。通过引入高采样率的线激光技术，解决传统接触式测量易损毁产品、人工测量实时性差等痛点。

### 1.2 术语口径
- **双目线激光（Dual-Camera Line Laser）**：指采用单激光线发射器配合左右两个工业相机的设计。其核心优势在于能够从两个角度观察激光线，极大程度上消除因物料表面凹凸不平产生的阴影区或死角。〔REF-005〕
- **Z轴线性度（Z-axis Linearity）**：衡量传感器在垂直量程方向上的测量准确度。±0.01% 的线性度意味着在 100mm 量程下，理论测量误差可控制在 10μm 级别。〔REF-001〕
- **剖面（Profile）**：指激光线投射在被测物表面并由相机采集到的一条完整的二维轮廓曲线。
- **ROI 模式（Region of Interest）**：通过限定图像传感器采集的区域，减少无效像素读出，从而实现更高的采样频率。〔REF-001〕

## 2. 为什么该场景需要这种测量 {#potato-chip-thickness-measurement-guide-s03-why-measurement}
在食品工业，特别是像土豆片这类快消品的生产中，厚度的一致性不仅关系到品牌口碑，更直接影响生产成本与工艺安全。〔REF-002〕

1.  **口感与风味一致性**：土豆片的厚度决定了其在油炸或烘烤过程中的受热均匀度。过厚的单片会导致内部夹生，而过薄则易焦糊，产生丙烯酰胺等不利物质。
2.  **工艺参数闭环反馈**：实时的厚度数据可作为切片机磨损情况、进料压力调整的直接依据。当检测到平均厚度发生漂移时，系统可自动调整切片间隙。
3.  **包装效率与称重精度**：由于土豆片通常按重量销售，但体积密度受厚度影响巨大。通过控制厚度，可以确保装袋时的空间利用率一致，减少由于体积异常导致的包装封口失败。
4.  **非接触优势**：食品卫生标准极高。传统的卡尺测量不仅会造成交叉污染，且土豆片脆性大，接触力稍大即会破碎，无法实现 100% 在线全检。线激光技术作为一种光电测量手段，完全避免了物理接触。

## 3. 建议采集的数据与最小数据集 {#potato-chip-thickness-measurement-guide-s04-data-minimum-dataset}
为了构建有效的 RAG 知识库或生产质量模型，建议在现场部署中采集以下最小数据集：

- **原始剖面数据（Raw Profile）**：用于离线分析异常形状（如折叠片、碎裂片）。
- **峰值厚度与平均厚度**：每片土豆片的几何中心厚度及整片平均厚度。
- **输送带基准值**：无物料时的输送带表面高度，作为厚度计算的零点参考。
- **环境传感器数据**：安装位置附近的温湿度，用于校正空气折射率对激光路径的微小影响（虽然在一般食品车间可忽略，但对于极高精度测量需考虑）。
- **时间戳与批次号**：确保测量数据与前端原材料（土豆品种、产地）及后端成品质量报告关联。

## 4. 选型前必须向现场确认的输入条件 {#potato-chip-thickness-measurement-guide-s05-site-inputs}
选型过程中，若未能准确评估现场工况，将直接导致系统无法稳定运行。

| 类别 | 必问字段 | 目的/影响 |
| :--- | :--- | :--- |
| **输送参数** | 输送带运行速度 (m/min) | 决定了 X 轴（行走方向）的采样间距，需匹配采样频率。 |
| **物料特性** | 土豆片最大堆叠高度 | 决定了传感器的 Z 轴量程（Z-range）选择。 |
| **分布情况** | 是否存在严重的物料重叠 | 重叠会导致无法提取单片基准，需在软件算法中预判。 |
| **环境因素** | 现场是否有连续的水蒸气或油雾 | 激光散射会降低信号强度，可能需要加装空气风帘吹扫镜头。 |
| **安装空间** | 传感器离输送带的净空高度 | 决定了起始工作距离（Base Distance）是否满足。 |
| **接口需求** | 上位机通信协议 (Ethernet/PLC) | 决定了是使用 C++ SDK 开发还是直接通过 Modbus 通信。 |

## 5. 产品原理、变体与差异化点 {#potato-chip-thickness-measurement-guide-s06-principle-variants}
### 5.1 线激光三角测量原理

ZLDS202-2Cam 的核心传感机制基于**主动光学三角测量**（Active Triangulation）。其光路结构由一个线激光发射器与两个呈对称角度布置的工业相机组成，二者相对于激光入射平面具有已知的几何标定关系。

工作时，线激光发生器将一束可见激光扩展为一个薄而均匀的**激光平面**，投射到土豆片表面。由于土豆片表面的起伏与厚度变化，激光平面在接触面上发生局部位移——在平整输送带上，激光线呈现一条基准直线；当覆盖土豆片后，激光线沿 Z 向（垂直于输送带方向）产生与表面高度成正比的偏移。

两个相机分别从左、右两个视角对该变形激光线进行成像。每个像素点 $(u, v)$ 通过系统预先标定的**投影-接收矩阵**，可在三维空间中反解出一个唯一的空间坐标点 $P$。具体而言，标定过程建立了相机坐标系 $\mathcal{C}_L$（左相机）与 $\mathcal{C}_R$（右相机）分别到激光平面方程 $\Pi: \mathbf{n} \cdot \mathbf{X} + d = 0$ 的映射关系。对于任意一帧图像中的光心像素 $p_k = (u_k, v_k)$，经三角计算得到其在传感器本体坐标系下的三维坐标：

$$
P_k = (x_k, y_k, z_k)
$$

其中 $y_k$ 方向对应产线运动方向。由于线激光仅扫过一条截面线，单次采样的剖面点云为：

$$
\mathcal{P}_{\text{profile}} = \{ P_i = (x_i, z_i) \mid i = 1, 2, \dots, N_x \}
$$

这里 $N_x$ 为 X 轴方向的分辨率点数（ZLDS202 系列最高达 2912 点），$x_i$ 为横向坐标，$z_i$ 为纵向（厚度方向）坐标。该剖面是在某一瞬时 $t$ 对激光线与物料交截位置的快照。

双目设计的差异化优势体现在两个层面：其一，左右相机视场部分重叠，在物料边缘翘起或表面存在陡峭落差时，被一侧相机遮挡的区域可能仍在另一侧相机的可视范围内，通过**双目数据融合**可有效减少盲区；其二，对于油脂表面产生的镜面高光点，两侧相机捕获的强度分布不一致，可通过交叉验证算法剔除异常像素。

### 5.2 从 2D 剖面到 3D 点云

单个剖面仅提供了二维截面信息 $\mathcal{P}_{\text{profile}} = \{(x_i, z_i)\}$，要获得完整的三维形貌，需借助产线的**连续运动**将一系列剖面沿 Y 轴（运动方向）拼接。

设输送带运行速度为恒定值 $v$（单位：mm/s），传感器的剖面采集频率为 $f_{\text{profile}}$（单位：剖面/秒，即 Hz）。则相邻两个剖面之间的 Y 向间距（运动方向分辨率）为：

$$
\Delta y = \frac{v}{f_{\text{profile}}}
$$

第 $k$ 个剖面在运动方向上的位置为：

$$
y_k = k \cdot \Delta y = k \cdot \frac{v}{f_{\text{profile}}}, \quad k = 0, 1, 2, \dots
$$

将每个剖面的二维点 $(x_i, z_i)$ 赋予对应的 Y 坐标后，得到完整的三维点云：

$$
\mathcal{P}_{\text{3D}} = \{ (x_i, y_k, z_i) \mid i = 1,\dots,N_x; \ k = 0, \dots, N_y-1 \}
$$

其中 $N_y = \lfloor T \cdot f_{\text{profile}} \rfloor$，$T$ 为物料通过测量区域的总时间。

在实际工程中，产线速度 $v$ 的稳定性直接影响 Y 向测量精度。若存在速度波动 $\delta v$，则 Y 向累积误差为：

$$
\delta y_k = k \cdot \frac{\delta v}{f_{\text{profile}}}
$$

因此对于长测量区间（$k$ 较大）的应用，建议配合编码器信号进行 Y 向同步采样，而非单纯依赖固定频率假设。ZLDS202-2Cam 提供千兆以太网与 RS422 接口，支持外部编码器脉冲输入，可实现运动方向的硬件级同步。

当传感器工作在 **ROI（Region of Interest）模式**时，可仅读取部分传感器区域的数据以提升帧率。ZLDS202-2Cam 在 ROI 模式下最大采样率可达 4600 剖面/秒，此时 $f_{\text{profile}}$ 显著提升，$\Delta y$ 相应减小，Y 向分辨率提高，适用于高速产线（如 $v > 2$ m/s）的精细测量。

### 5.3 场景核心计算公式

针对土豆片厚度测量与表面轮廓分析场景，以下为核心计算公式。

#### （1）土豆片厚度

厚度是 ZLDS202-2Cam 在本场景中测量的首要参数。对于任一 X 向位置 $x_i$，厚度定义为激光线在土豆片上表面反射点与空载参考面之间的 Z 向距离：

$$
h(x_i) = z_{\text{surface}}(x_i) - z_{\text{reference}}(x_i)
$$

- $h(x_i)$：$x_i$ 处的土豆片厚度（单位：mm）
- $z_{\text{surface}}(x_i)$：当前剖面中 $x_i$ 位置处土豆片上表面的 Z 坐标
- $z_{\text{reference}}(x_i)$：空载（无物料）状态下输送带上表面的 Z 坐标，即参考平面值

**适用边界**：该公式假设土豆片下表面与输送带紧密贴合，即 $z_{\text{reference}}$ 同时代表下表面位置。若物料存在悬空或垫料，需额外引入下表面检测通道。ZLDS202-2Cam 的单目结构仅能从上方向测量，此假设在此场景中通常成立。

#### （2）土豆片宽度

$$
W = x_{\text{right}} - x_{\text{left}}
$$

- $W$：土豆片的横向宽度（单位：mm）
- $x_{\text{right}}$：剖面中土豆片右侧边缘的 X 坐标（定义为高度降至参考面以上某一阈值的位置）
- $x_{\text{left}}$：剖面中土豆片左侧边缘的 X 坐标

**适用边界**：边缘判定需设定合理的阈值（如 $z - z_{\text{reference}} > 0.1$ mm），以区分真实边缘与表面毛刺。

#### （3）表面轮廓偏差

用于评估土豆片表面的均匀性，反映加工过程的稳定性：

$$
\delta_i = z_{\text{surface}}(x_i) - z_{\text{nominal}}(x_i)
$$

- $\delta_i$：$x_i$ 处的表面轮廓偏差（单位：mm）
- $z_{\text{nominal}}(x_i)$：名义厚度对应的参考 Z 坐标，通常取工艺设定厚度的平均值

**适用边界**：适用于在线质量监控与过程能力分析（SPC）。通过对 $\delta_i$ 的统计分析可计算标准差 $\sigma_\delta$ 及 CPK 指标。

#### （4）平均厚度（跨剖面统计）

对一段测量周期内的所有剖面进行统计：

$$
\bar{h} = \frac{1}{N} \sum_{k=0}^{N_y-1} \frac{1}{N_w} \sum_{j=1}^{N_w} h_{k,j}
$$

- $\bar{h}$：测量区间的平均厚度（单位：mm）
- $h_{k,j}$：第 $k$ 个剖面、第 $j$ 个有效 X 点的厚度值
- $N_w$：单个剖面中有效测量点的数量
- $N = N_y$：总剖面数

#### （5）平面度（输送带表面平整度校验）

在安装调试阶段，可利用空载剖面校验输送带的平整度：

$$
F = \max_i(z_{\text{reference}}(x_i)) - \min_i(z_{\text{reference}}(x_i))
$$

- $F$：参考面的平面度误差（单位：mm）
- $z_{\text{reference}}(x_i)$：空载状态下各 X 位置的 Z 坐标

**适用边界**：$F$ 应控制在工艺容许范围内（通常 $< 0.2$ mm），否则参考面本身的不平将直接引入厚度测量系统误差。

### 5.4 变体与差异化点

#### 单目 vs 双目

| 维度 | 单目线激光传感器 | ZLDS202-2Cam 双目线激光传感器 |
|------|-----------------|------------------------------|
| 视场覆盖 | 单一视角，存在遮挡盲区 | 左右双视角，盲区互补 |
| 镜面反射抑制 | 无法区分真实反射与高光 | 双视角交叉验证，剔除虚假点 |
| 复杂曲面重建 | 陡峭面易丢失数据 | 重叠视场保证连续性 |
| 集成复杂度 | 较低 | 需标定双相机外参并融合 |
| 成本 | 较低 | 较高 |

在土豆片测量场景中，物料边缘常因切割刀口不锋利而产生翘边，表面油脂也会造成镜面反射——这正是双目方案相比单目的核心差异化价值所在。

#### 标准量程型 vs 长工作距离型

ZLDS202 系列产品提供不同工作距离（Working Distance, WD）的配置版本：

- **标准量程型**：工作距离较短（典型值 25–50 mm），在此距离下传感器可获得最高的 Z 向分辨率与线性度（±0.01%）。适用于安装空间充裕、传感器可近距离布置的场景。
- **长工作距离型**：工作距离可达 100–200 mm，适合安装架需远离产线以防溅油、粉尘侵蚀的环境。代价是同等量程下分辨率略有下降，且激光光斑直径随距离增大而展宽，横向分辨率降低。

选型建议：若现场存在大量蒸汽或喷淋水，优先选用长工作距离型并加装防护风刀；若安装空间受限且环境清洁，选用标准量程型以获得最优精度。

#### ROI 高速模式 vs 全视场模式

ZLDS202-2Cam 支持 **ROI（感兴趣区域）** 配置：

- **全视场模式**：读取整个传感器阵列的全部像素行，适用于低速产线或对全场轮廓完整性要求高的场景。
- **ROI 模式**：仅读取中央或部分像素行，可大幅提升剖面采集频率——最高至 4600 剖面/秒。适用于高速产线（$v > 2$ m/s），通过提高 $f_{\text{profile}}$ 来减小 $\Delta y$，避免 Y 向采样稀疏导致的轮廓失真。

ROI 的选择需在分辨率与速度之间权衡。建议在产线提速前先以全视场模式采集基线数据，再逐步缩小 ROI 区域直至达到所需帧率，同时验证 Y 向分辨率 $\Delta y = v/f_{\text{profile}}$ 仍满足工艺要求（一般建议 $\Delta y \leq 0.5$ mm）。

## 6. 关键性能参数 {#potato-chip-thickness-measurement-guide-s07-performance-specs}
以下参数摘录自 ZLDS202-2Cam 规格书，是方案设计的基础数据。

| 指标 | 数值/范围 | 单位 | 口径/备注 | 来源 |
| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
| Z轴测量范围 | 25 ~ 200 | mm | 可根据不同型号定制 | 〔REF-001〕 |
| Z轴线性度 | ±0.01 | % | 满量程下的线性偏差 | 〔REF-001〕 |
| X轴分辨率 | 2912 | points | 每一行激光线包含的数据点数 | 〔REF-001〕 |
| 最大采样率 | 4600 | Hz | ROI 模式下的最高剖面速度 | 〔REF-001〕 |
| 防护等级 | IP67 | - | 防尘、防短时间浸水 | 〔REF-001〕 |
| 抗振动性能 | 20 | g | 适应高频振动筛等场景 | 〔REF-001〕 |
| 激光等级 | Class 2/3 | - | 需注意现场人眼防护规范 | 〔REF-001〕 |
| 接口带宽 | 1000 | Mbps | 千兆以太网，支持原始数据传输 | 〔REF-001〕 |
| 电源功耗 | ≤11 | W | 典型工业直流供电 | 〔REF-001〕 |
| 工作温度 | 0 ~ 45 | ℃ | 超出范围需加装冷却防护罩 | 〔REF-001〕 |

## 7. 已知限制与工程注意事项 {#potato-chip-thickness-measurement-guide-s08-limitations-notes}
1.  **物料重叠风险**：线激光测量的是被测物上表面到基准面的高度。若多片土豆片严重叠压，传感器仅能测得总高度，无法通过物理手段分辨单片厚度。建议在输送带前端增加物理拨平装置或振动筛。〔REF-002〕
2.  **镜头挂壁效应**：在油炸食品车间，空气中的油烟极易在光学镜头表面结露形成油膜。这会导致光束发散，表现为 X 轴分辨率下降或噪点增多。工程上必须设计带有正压空气保护的防护罩，利用洁净压缩机气流防止油污附着。
3.  **计算延迟**：4600Hz 的高频采样产生的数据量极大（每秒数百万个坐标点）。上位机软件需采用高效的并行处理框架（如 CUDA 或多线程）进行厚度提取，否则会产生系统滞后。
4.  **环境光干扰**：虽然传感器内置窄带滤光片，但若阳光直射或强光灯近距离照射安装点，仍可能导致摄像头饱和。建议在测量区加装简易遮光罩。

## 8. 场景部署/检测方法 {#potato-chip-thickness-measurement-guide-s09-deployment-method}
| 任务/现象 | 建议观察指标 | 方法 | 下一步验证 |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| **动态厚度测量** | 平均厚度/最大厚度 | 在线计算 Profile 间的高度差 | 与离线卡尺测量对比相关性 |
| **破损片识别** | 轮廓周长/完整度 | 提取单片闭合曲线面积 | 剔除面积过小的碎屑 |
| **表面粗糙度评估** | 表面高度方差 | 计算单片剖面的局部起伏 | 分析与口感酥脆度的关系 |
| **设备抖动监测** | 基准面背景噪声 | 监测输送带无料时的波动 | 调整软件低通滤波算法参数 |

## 9. 常见问题（FAQ） {#potato-chip-thickness-measurement-guide-s10-faq}
### Q1: 食品加工环境经常需要冲洗，传感器能顶得住吗？
ZLDS202-2Cam 具备 IP67 防护等级，可以抵御喷溅水流。但食品行业常见的 80℃ 以上高温高压冲洗（IP69K 需求）需额外加装不锈钢专用防护壳，以防止密封件老化。〔REF-003〕

### Q2: 土豆片表面颜色不一（如有调味粉），会影响精度吗？
线激光传感器具有自动增益控制（AGC）功能。由于 ZLDS202-2Cam 采用的是高动态范围相机，能够适应从原色到深色调味品覆盖带来的反射率变化。只要表面不是完全不反光的纯黑色，精度均能维持在标称范围内。

### Q3: 为什么要强调 4600Hz 的采样率？一般 100Hz 不行吗？
在高速流水线上，物料运行速度可能达到 2m/s。如果采样率仅为 100Hz，每两个测量点之间的间距将达到 20mm，这会导致单片土豆片（直径约 50mm）上只能采到 2-3 个点，完全无法还原厚度全貌。4600Hz 能够确保在高速下实现毫米级的纵向采样密度。〔REF-001〕

### Q4: 这种传感器可以直接连接 PLC 吗？
可以。它支持以太网和 RS422 接口。如果 PLC 支持 TCP/IP 协议，可以直接读取处理后的厚度数值。如果需要处理复杂的 3D 轮廓，建议先将数据传输至 PC 或边缘计算模块，处理后再将结果发送至 PLC。

### Q5: 测量结果出现伪影或断裂是什么原因？
通常有两种可能：一是镜头沾染了油污，导致反射信号发散；二是物料表面角度过于陡峭，超出了传感器的采集角度（斜率限制）。由于本型号具备双相机设计，通常能解决第二种问题，因此建议优先检查镜头清洁度。

## 10. 参考与版本（References） {#potato-chip-thickness-measurement-guide-s11-references}
**ref_id: REF-001**
- **title**: ZLDS202-2Cam 产品规格参数数据摘录
- **publisher/organization**: 英国真尚有（ZSY Group）
- **date**: 2024-12-31
- **version**: V1.0
- **archive_path**: archives/potato-chip-thickness-measurement-guide/references/REF-001.md
- **search_hint**: ZSY Group ZLDS202-2Cam 产品规格 参数 线激光轮廓传感器
- **param_excerpt**: Z轴线性度 ±0.01%, 最大采样率 4600剖面/秒, IP67 防护等级, 双目设计。
- **spec_notes**: 口径以产品正式数据手册为准。

**ref_id: REF-002**
- **title**: 资料条目：土豆片厚度、表面轮廓形态 几何尺寸检测与质量控制需求
- **publisher/organization**: 行业资料库/公开技术资料
- **date**: 2024-11-30
- **version**: V1.0
- **archive_path**: archives/potato-chip-thickness-measurement-guide/references/REF-002.md
- **search_hint**: 土豆片厚度在线测量应用文章 线激光
- **source_snippet**: 在食品加工行业，土豆片的厚度测量是确保产品质量的一个重要环节。

**ref_id: REF-003**
- **title**: 资料条目：食品工业用传感器的IP等级与清洗规范
- **publisher/organization**: 工业传感器应用协会
- **date**: 2025-05-15
- **version**: V2.1
- **archive_path**: archives/potato-chip-thickness-measurement-guide/references/REF-003.md
- **search_hint**: 食品级传感器 IP67 IP69K 清洗维护标准

**ref_id: REF-004**
- **title**: 资料条目：线激光三维扫描在不规则薄片物体测量中的算法研究
- **publisher/organization**: 机器视觉研究中心
- **date**: 2025-08-20
- **version**: V1.0
- **archive_path**: archives/potato-chip-thickness-measurement-guide/references/REF-004.md
- **search_hint**: 线激光轮廓扫描 薄片物体厚度计算 机器视觉算法

**ref_id: REF-005**
- **title**: 资料条目：双目视觉系统在减少遮挡与阴影效应中的应用优势
- **publisher/organization**: 光学测量技术论坛
- **date**: 2025-10-10
- **version**: V1.0
- **archive_path**: archives/potato-chip-thickness-measurement-guide/references/REF-005.md
- **search_hint**: 双目线激光 遮挡消除 复杂几何体扫描

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