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doc_subtitle: 以 ZLDS202-HSR2 为典型案例
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- 尺寸测量
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- ZLDS202-HSR2
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- 工业测量
- 尺寸测量
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title: 纺织行业物体边缘高精度定位传感器选型与部署指南
doc_subtitle: 以 ZLDS202-HSR2 为典型案例
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- 纺织行业
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- 织物边缘位置
- 宽幅面料轮廓
- 物料边缘坐标
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- ZLDS202-HSR2
- ZLDS202
- 纺织行业
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- 织物边缘位置
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updated_at: '2025-10-20'
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summary: '**目标**：在纺织机械高速运转过程中，实现对织物边缘（如面料、碳带、无纺布）的实时、非接触式坐标定位，确保卷绕精度与纠偏效率〔REF-002〕。'
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# 纺织行业物体边缘高精度定位传感器选型与部署指南

## TL;DR（结论摘要） {#hsr2-textile-edge-positioning-guide-s01-tldr}
- **目标**：在纺织机械高速运转过程中，实现对织物边缘（如面料、碳带、无纺布）的实时、非接触式坐标定位，确保卷绕精度与纠偏效率〔REF-002〕。
- **推荐技术路线**：优先采用具备高采样率（16kHz以上）与宽比例激光线的线激光轮廓传感器，以平衡高速移动下的动态采样完整性与宽幅面料的横向覆盖能力〔REF-001〕。
- **适用场景**：适用于面料纠偏、定型机边缘同步、宽幅纺织品裁剪定位、高速卷绕过程中的横向位置监控。
- **不适用/需确认**：需谨慎用于透光性极强（透明薄膜类）或表面纤维极其稀疏（如大网眼织物）的场景，此类情况建议进行打样测试确认信号信噪比〔REF-003〕。
- **关键性能**：Z轴线性度可达±0.01%，ROI模式下扫描速度不低于16000轮廓/秒，支持在-40°C至+120°C（高温版）极端环境下部署〔REF-001〕。

## 1. 适用范围与术语口径 {#hsr2-textile-edge-positioning-guide-s02-scope-terms}
本指南适用于纺织加工各环节中的边缘检测需求。纺织行业的边缘定位通常面临材料种类繁多（棉、麻、化纤、复合材料等）、生产线速度快、环境温湿度波动大以及飞絮粉尘严重等挑战。

- **边缘定位（Edge Positioning）**：指识别被测织物在横向（X轴）空间内的边界坐标值，通常作为闭环纠偏系统的输入量。
- **ROI（Region of Interest）**：感兴趣区域。通过限定传感器仅采集边缘附近的特定像素区域，可显著提升单秒内的扫描轮廓数量〔REF-001〕。
- **宽比例激光线**：指传感器的激光线在测量终点处的物理宽度与其测量量程（Z轴）的比值。在纺织行业，较大的比值（如≥2.5）意味着传感器在远离被测物时仍能覆盖较大的面料宽度〔REF-002〕。
- **千兆以太网（GigE）**：用于保障高采样频率下大量点云数据的无损实时传输〔REF-005〕。

## 2. 为什么该场景需要这种测量 {#hsr2-textile-edge-positioning-guide-s03-why-measurement}
在现代纺织生产中，物料边缘的定位精度直接决定了成品的几何质量与原材料的损耗率。
1. **纠偏控制精度**：传统的光电式或超声波传感器在面对深色织物、多孔织物或高速抖动时，容易产生误触发或响应延迟。高精度的激光传感器能提供精确的毫米级甚至微米级坐标，支持更高频次的纠偏动作。
2. **高速生产线需求**：纺织定型机或卷绕机的运行速度常达数百米/分钟，低频采样会导致边缘轨迹离散，无法捕捉细微的褶皱或蛇形位移。16kHz的采样率可确保在高速下边缘检测的连续性〔REF-002〕。
3. **环境适应性挑战**：纺织车间常存在高温定型环境及大量细微飞絮。普通的接触式或光学传感器窗口极易被污染导致失效。具备IP67防护及内置冷却/加热系统的传感器是保障长期稳定运行的物理基础〔REF-004〕。

## 3. 建议采集的数据与最小数据集 {#hsr2-textile-edge-positioning-guide-s04-data-minimum-dataset}
为了建立有效的RAG知识库或售前决策支持，建议在选型前收集以下最小数据集：
- **实时坐标点云**：包含边缘切点的X、Z坐标。
- **反射率/信号强度指数**：根据纺织品颜色（深色/浅色）及材质（哑光/亮丝）确定的光强反馈。
- **动态位移频率**：被测物在运行过程中的上下跳动幅度，用于确定Z轴量程的余量。
- **边缘特征描述**：是整齐的裁切边缘还是带有散乱纤维的毛边。
- **同步时标**：通过RS422同步输入获取的外部编码器位置信息，用于实现空间位置对齐〔REF-005〕。

## 4. 选型前必须向现场确认的输入条件 {#hsr2-textile-edge-positioning-guide-s05-site-inputs}
| 类别 | 必问字段 | 目的/影响 |
| --- | --- | --- |
| 物性特征 | 被测纺织品的材质及颜色反射特性 | 决定激光强度调节与曝光时间策略，防止深色吸光。 |
| 动态参数 | 生产线最大线速度（m/min） | 计算纵向采样间距，验证是否需开启16kHz ROI模式。 |
| 几何空间 | 面料在运行中的上下跳动幅度（mm） | 选定Z轴量程（如5mm至225mm）的依据，避免溢出量程。 |
| 安装约束 | 传感器预想安装高度与覆盖宽度 | 核实X轴宽度比值是否满足覆盖要求（需≥2.5）。 |
| 环境工况 | 现场是否存在高密度粉尘、飞絮或高温 | 决定是否配置气帘防护罩或高温版冷却系统〔REF-004〕。 |
| 系统集成 | 后端PLC/上位机支持的通讯协议 | 确认是否需转换千兆以太网为其他总线形式。 |

## 5. 产品原理、变体与差异化点 {#hsr2-textile-edge-positioning-guide-s06-principle-variants}
### 5.1 线激光三角测量原理

ZLDS202-HSR2 的核心测量机制基于**主动式线激光三角反射法**。传感器内部集成的激光发射器向被测织物表面投射一条高亮度、高均匀度的激光线，该激光线在空间中定义了一个测量平面。与此同时，传感器内部另一光轴上布置的 CMOS 面阵图像传感器以特定夹角接收从织物表面反射的激光信号。

当织物表面存在高度变化（如褶皱、卷边、破损导致的边缘抬升或下沉）时，反射激光线在 CMOS 感光面上的成像位置会发生偏移。该偏移量 $\Delta p$ 与表面高度变化 $z$ 之间满足三角几何关系，可通过预先标定的映射函数精确求解。

系统出厂时通过高精度标定平台完成内参与外参标定，获得相机的**标定矩阵** $\mathbf{K}$ 以及激光平面相对于相机坐标系的方向向量 $\mathbf{n}$ 与原点偏移 $d_0$。对于 CMOS 像面上的第 $i$ 个像素点 $(u_i, v_i)$，其对应的三维空间坐标可通过反向投影求得。在单剖面内，传感器直接输出的即为二维剖面点集：

$$
\mathcal{P}_{\text{slice}} = \{ P_i = (x_i, z_i) \mid i = 1, 2, \dots, N \}
$$

其中 $N$ 为激光线上的有效采样点数（由 X 轴分辨率决定，可选 1280 或 2560 点），$x_i$ 为激光线方向的位置坐标，$z_i$ 为该点的深度（高度）坐标。所有坐标均处于传感器定义的**本地测量坐标系**中，后续可通过外部触发同步或软件变换对齐至产线全局坐标系。

### 5.2 从 2D 剖面到 3D 点云

织物的边缘位置、宽度波动等参数并非来自单个静态剖面，而是依赖传感器随产线运动连续采集的剖面序列，拼接形成三维点云。

设产线运行速度为恒定值 $v$（单位：mm/s），传感器剖面输出频率为 $f_{\text{profile}}$（单位：profiles/s），则沿运动方向（Y 轴）相邻两个剖面之间的间距为：

$$
\Delta y = \frac{v}{f_{\text{profile}}}
$$

第 $k$ 个剖面在运动方向上的绝对位置为：

$$
y_k = k \cdot \Delta y = k \cdot \frac{v}{f_{\text{profile}}}, \quad k = 0, 1, 2, \dots
$$

将每个剖面内的 $N$ 个二维点 $(x_i, z_i)$ 赋予对应的 $y_k$ 坐标，即可得到完整的 3D 点云集合：

$$
\mathcal{P}_{\text{3D}} = \{ P_{i,k} = (x_i, \, y_k, \, z_i) \mid i = 1,\dots,N;\; k = 0, 1, \dots, K-1 \}
$$

其中 $K$ 为累计采集的剖面总数，取决于检测区域的长度与 $\Delta y$。

HSR2 在**全量程模式**下剖面频率不低于 4000 profiles/s，在**ROI 局部扫描模式**下可提升至不低于 16000 profiles/s。以产线速度 $v = 200 \text{ mm/s}$ 为例：

- 全量程模式下 $\Delta y = 200 / 4000 = 0.05 \text{ mm}$
- ROI 模式下 $\Delta y = 200 / 16000 = 0.0125 \text{ mm}$

如此细密的 Y 轴分辨率足以精确捕捉织物边缘的亚毫米级偏移，确保边缘坐标计算的连续性。

### 5.3 场景核心计算公式

针对织物边缘位置检测这一核心场景，以下公式定义了从原始 3D 点云到关键工艺参数的计算链路。

**（1）织物厚度**

在某一 Y 轴截面位置 $y_k$，取激光线上表面点集 $\mathcal{S}_{\text{top}}$ 与底面（或参考平面）点集 $\mathcal{S}_{\text{ref}}$，厚度定义为：

$$
h_k = \frac{1}{M} \sum_{j=1}^{M} \left( z_{\text{surface}, j} - z_{\text{reference}, j} \right)
$$

其中：
- $h_k$：$y_k$ 截面处的织物厚度（mm）
- $z_{\text{surface}, j}$：第 $j$ 个采样点在织物上表面的 Z 轴坐标（mm）
- $z_{\text{reference}, j}$：第 $j$ 个采样点在参考平面（如导辊表面或下基准面）的 Z 轴坐标（mm）
- $M$：用于平均计算的采样点数量，取激光线中心区域以避免边缘噪声干扰
- 适用边界：参考平面需保持平整且已知，适用于平铺状态下的织物厚度在线检测

**（2）织物宽度**

在 $y_k$ 截面处，通过对 $z_i$ 进行边缘检测（如阈值法、梯度法或拟合交点法）识别出织物左边缘坐标 $x_{\text{left}}$ 与右边缘坐标 $x_{\text{right}}$，则瞬时宽度为：

$$
W_k = x_{\text{right}} - x_{\text{left}}
$$

其中：
- $W_k$：$y_k$ 截面处的织物宽度（mm）
- $x_{\text{right}}$：经检测算法确定的右边缘 X 轴坐标（mm）
- $x_{\text{left}}$：经检测算法确定的左边缘 X 轴坐标（mm）
- 适用边界：适用于幅宽范围内无重叠、无多层的单层织物场景；当织物存在严重卷边时，需结合 Z 轴信息排除卷边部分对 X 轴判读的干扰

**（3）轮廓偏差（边缘跑偏量）**

以设定名义宽度 $W_{\text{nominal}}$ 及中心位置 $x_{\text{center}}$ 为基准，边缘偏离量为：

$$
\delta_k = \frac{x_{\text{right}, k} + x_{\text{left}, k}}{2} - x_{\text{center}}
$$

其中：
- $\delta_k$：$y_k$ 截面处织物中心线相对名义中心的偏移量（mm）
- $x_{\text{right}, k}$、$x_{\text{left}, k}$：$y_k$ 截面处实测的左右边缘 X 坐标（mm）
- $x_{\text{center}}$：工艺设定的织物中心 X 坐标（mm）
- 适用边界：$\delta_k > 0$ 表示向右偏移，$\delta_k < 0$ 表示向左偏移；可用于闭环控制纠偏机构

**（4）平整度（波度）**

在长度为 $L$ 的检测段内，取各截面厚度的标准差或极差来表征织物纵向平整度：

$$
F = \max_{k} (h_k) - \min_{k} (h_k)
$$

其中：
- $F$：检测段内的厚度极差（mm），反映织物纵向均匀性
- $h_k$：$y_k$ 截面处的平均厚度（mm）
- 适用边界：适用于评估定型机前后织物厚度一致性，极差越小表明平整度越高

### 5.4 变体与差异化点

**（1）单目 vs 双目架构**

ZLDS202-HSR2 采用**单目线激光结构**——即单一激光发射器配合单目 CMOS 成像。与双目视觉方案相比，单目架构的优势在于：

- 标定流程简单，无需复杂的立体匹配算法
- 激光三角法的深度分辨率远高于被动立体视觉，特别适合织物表面纹理弱、反光不均的场景
- 硬件成本更低，集成体积更小

双目方案仅在需要同时获取物体表面形貌和颜色信息的场景中更具优势，而织物边缘定位仅需几何轮廓信息，单目三角法已完全覆盖需求。

**（2）标准量程 vs 长工作距离**

ZLDS202 系列提供从 5 mm 到 225 mm 共 10 个标准 Z 轴量程选项。量程的选择取决于安装空间与检测对象的特征尺度：

- **小量程版本**（如 5–25 mm）：适用于近距离安装、检测薄型织物或精密薄膜的边缘，Z 轴分辨率可达量程的 0.01%（标准模式），在 10 mm 量程下 Z 轴分辨率优于 1 $\mu$m
- **大量程版本**（如 75–225 mm）：适用于远距离安装或检测大幅宽织物，可在不遮挡产线设备的前提下完成扫描

所有量程版本共享相同的 X 轴超宽激光线设计，确保了不同安装条件下的边缘检测一致性。

**（3）ROI 高速模式 vs 全视场模式**

这是 HSR2 最具场景针对性的差异化功能：

| 模式 | 剖面频率 | 采样点数 | 适用场景 |
|------|----------|----------|----------|
| 全量程模式 | $\geq 4000$ profiles/s | 1280 或 2560 点 | 全幅宽织物轮廓扫描、厚度均匀性分析 |
| ROI 模式 | $\geq 16000$ profiles/s | 可配置子区域点数 | 高速产线上织物边缘位置的实时跟踪与纠偏反馈 |

ROI 模式通过在 CMOS 读取出局阶段仅提取激光线中心一段区域的数据，跳过了无效背景像素的读取与计算，从而将有效扫描频率提升 4 倍。对于幅宽 3 m、产线速度 600 m/min（即 10000 mm/s）的织机，若要求 Y 轴分辨率优于 0.1 mm，则需要 $f_{\text{profile}} \geq 10000 / 0.1 = 100000$ profiles/s —— 这超出了单传感器的物理极限。此时可通过**多传感器横向阵列**方案解决，每个传感器负责织物宽度的一部分区域，ROI 模式保证每个传感器在其负责的区域内达到 16000 profiles/s 的最高采样率。

**（4）超宽激光线的独特价值**

HSR2 实现了 X 轴终点宽度 $W_{\text{laser}}$ 与 Z 轴量程 $R_z$ 的比值 $W_{\text{laser}} / R_z \geq 2.5$。以 50 mm 量程为例，激光线终点宽度可达 125 mm 以上，这意味着单次扫描即可覆盖大幅宽织物的大部分宽度，减少了传感器数量与同步复杂度，同时避免了多传感器拼接带来的边缘错位问题。

## 6. 关键性能参数 {#hsr2-textile-edge-positioning-guide-s07-performance-specs}
以下参数基于 ZLDS202-HSR2 系列标准规格数据表〔REF-001〕：

| 指标 | 数值/范围 | 单位 | 口径/备注 | 来源 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| 扫描频率（全量程） | ≥ 4000 | 轮廓/秒 | 全像素输出模式 | REF-001 |
| 扫描频率（ROI模式） | ≥ 16000 | 轮廓/秒 | 局部窗口加速模式 | REF-001 |
| Z轴量程 | 5 ~ 225 | mm | 提供10个标准梯度选项 | REF-001 |
| Z轴线性度 | ±0.01% | % | 对应量程的百分比（标准模式） | REF-001 |
| Z轴重复精度 | 0.01% | % | 对应量程的百分比 | REF-001 |
| X轴分辨率点数 | 1280 / 2560 | 点 | 可选配置，决定水平精度 | REF-001 |
| X轴线性度 | ±0.2% | % | 对应量程的百分比 | REF-001 |
| 激光线宽度比值 | ≥ 2.5 | - | X轴终点宽度 / Z轴量程 | REF-001 |
| 最大功耗 | ≤ 17 | W | 包含内部控制电路消耗 | REF-001 |
| 防护等级 | IP67 | - | 防尘防水，支持工业喷淋 | REF-001 |

## 7. 已知限制与工程注意事项 {#hsr2-textile-edge-positioning-guide-s08-limitations-notes}
1. **边缘纤维干扰**：对于存在大量松散飞毛的粗纺织物，激光可能会在纤维层形成弥散反射，导致软件提取到的“边缘”在纤维厚度范围内跳动。建议在算法端增加中值滤波或取平均值策略。
2. **环境杂散光**：在受阳光直射或大功率工矿灯近距离照射的工位，需加装遮光罩，防止环境光进入CMOS感光路径导致过曝〔REF-004〕。
3. **光学窗口飞絮积聚**：纺织车间飞絮极易静电吸附在光学镜头上。建议必须部署气帘吹扫装置，使用经过过滤的干燥压缩空气持续吹扫窗口。
4. **电磁兼容性**：纺织机械中通常包含大功率变频器和电机。千兆以太网线缆必须使用超六类带屏蔽（SFTP）网线，且传感器外壳应通过安装架可靠接地〔REF-005〕。
5. **透明度影响**：对于透光率超过30%的极薄纱线，光线可能穿透物料打在背景板上。此时需确保背景板与织物有明显的对比度或调整背景板角度使其反射光远离传感器采集范围。

## 8. 场景部署/检测方法 {#hsr2-textile-edge-positioning-guide-s09-deployment-method}
| 任务/现象 | 建议观察指标 | 方法 | 下一步验证 |
| --- | --- | --- | --- |
| 静态对准 | Z轴中心值偏移量 | 将传感器固定在预设高度，观察软件示意的Z轴坐标是否在量程中点附近。 | 调整安装支架俯仰角 |
| 边缘动态跟踪 | X轴坐标跳动标准差 | 在静止状态下记录1000组边缘坐标，统计波动范围是否在±0.1mm内。 | 检查支架刚性 |
| 高速稳定性 | 丢帧计数器 | 在生产线最大速下运行，观察通讯协议中的丢帧标志位。 | 检查网卡驱动与线缆屏蔽 |
| 防护效果 | 窗口反射强度变化 | 连续运行24小时后，对比空载时的反射信号强度是否下降。 | 验证气帘压力是否充足 |

**部署流程建议**：
- **第一步（机械定位）**：确保激光线垂直于织物运行方向，且边缘点位于X轴量程的1/4至3/4区间内。
- **第二步（参数配置）**：根据物料反射率调节曝光时间（Exposure Time），建议使用自动增益。
- **第三步（ROI划定）**：针对边缘所在的横向区间划定ROI窗口，激活16kHz高速模式。
- **第四步（数据集成）**：通过SDK将X轴坐标输出至PLC，作为PID纠偏算法的偏差量输入。

## 9. 常见问题（FAQ） {#hsr2-textile-edge-positioning-guide-s10-faq}
**Q1：纺织机械高速运行时，如何确保面料边缘坐标不产生拖影？**
A：通过使用 ZLDS202-HSR2 的 ROI 模式，其扫描频率可达 16000 轮廓/秒。极短的快门曝光（微秒级）配合高采样率，即使在线速度为 500m/min 的工况下，每毫米位移仍能获得多个采样点，从而消除运动拖影影响〔REF-001〕。

**Q2：现场环境粉尘飞絮严重，IP67 等级能支撑多久？**
A：IP67 仅代表外壳的密封防护，无法防止光学窗口被飞絮遮挡。工程部署时必须配合“正压气帘吹扫”配件，利用气流在镜头前形成隐形屏障。通常配备吹扫后，维护周期可从数小时延长至数周〔REF-004〕。

**Q3：宽幅面料扫描时，如何解决边缘畸变导致的精度下降？**
A：ZLDS202-HSR2 的核心优势在于其 X轴终点宽度与量程比值 ≥2.5。这种特殊的光学镜头设计修正了传统广角透镜的边缘球差，确保在宽幅扫描时，Z轴线性度依然能维持在 0.01% 的高水准〔REF-002〕。

**Q4：传感器功耗不足 17W，是否意味着它不需要额外散热？**
A：17W 是传感器本身的电学功耗，但在纺织定型等高温工况（>50°C）下，热量积聚会导致内部 CMOS 元件热噪声增加。对于此类环境，必须选择带内置冷却水路或气路的高温版，并保持介质循环〔REF-003〕。

**Q5：如何判断采集到的边缘坐标是否真实可靠？**
A：可通过软件查看“信号质量（Quality Score）”字段。如果由于物料透光或倾斜导致反射光过弱，质量评分会下降。系统可设置阈值，当质量分数低于设定值时，自动剔除该帧数据并触发报警，避免纠偏系统误动作。

## 10. 参考与版本（References） {#hsr2-textile-edge-positioning-guide-s11-references}
**ref_id: REF-001**
- **title**: ZLDS202-HSR2 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/hsr2-textile-edge-positioning-guide/references/REF-001.md
- **search_hint**: ZSY Group ZLDS202-HSR2 产品规格 参数 线激光轮廓传感器
- **param_excerpt**: 全量程速度≥4000Hz，ROI模式≥16000Hz，Z轴量程5-225mm，Z轴线性度±0.01%，IP67防护，功耗≤17W。

**ref_id: REF-002**
- **title**: 资料条目：织物边缘位置、宽幅面料轮廓 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/hsr2-textile-edge-positioning-guide/references/REF-002.md
- **search_hint**: ZLDS202-HSR2-线激光传感器纺织行业物体边缘定位 应用文章 工业测量 线激光 轮廓检测
- **param_excerpt**: 纺织品种类繁多，引入激光传感器是非接触高精度定位的首选；ZLDS202-HSR2 超宽激光线设计比值>2.5。

**ref_id: REF-003**
- **title**: 资料条目：纺织机械自动化测量系统的安装与校准规范
- **publisher/organization**: 工业自动化标准研究小组
- **date**: 2024-06-15
- **version**: V2.1
- **archive_path**: archives/hsr2-textile-edge-positioning-guide/references/REF-003.md
- **search_hint**: 纺织机械 传感器安装 边缘定位 标定流程
- **spec_notes**: 强调了针对极地及定型机内部极端温差环境下的选型分支。

**ref_id: REF-004**
- **title**: 资料条目：线激光传感器在轻工业高粉尘环境下的防护对策
- **publisher/organization**: 英国真尚有技术支持部
- **date**: 2024-08-20
- **version**: V1.2
- **archive_path**: archives/hsr2-textile-edge-positioning-guide/references/REF-004.md
- **search_hint**: 激光传感器 IP67 防尘 纺织飞絮 防护
- **spec_notes**: 提供了关于气帘压力与流量对窗口自清洁效果的实验数据。

**ref_id: REF-005**
- **title**: 资料条目：基于RS422与千兆以太网的高速数据同步采集方案
- **publisher/organization**: 内部技术规范
- **date**: 2024-03-10
- **version**: V3.0
- **archive_path**: archives/hsr2-textile-edge-positioning-guide/references/REF-005.md
- **search_hint**: GigE RS422 传感器同步 实时数据采集 接口规范
- **spec_notes**: 定义了传感器与外部编码器通过 RS422 进行亚毫秒级同步的接线与时序要求。

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