CN116368374A - 用于材料照明的系统和方法 - Google Patents

Abstract

描述了用于在制造过程和随后的材料处理步骤期间使用的照明模块(530)。照明模块(530)可以协助实施用于在制造或处理材料(510)时执行质量保证或缺陷检测的方法。还描述了利用照明模块来促进材料特性或构造的检测作为质量保证或缺陷检测算法的一部分的方法。

Description

用于材料照明的系统和方法

交叉引用

本申请要求于2020年5月12日提交的国际申请号PCT/PT2020/050020的优先权，该申请的全部内容出于所有目的通过引用并入本文。

背景技术

一些材料和产品可以通过大批量制造过程来生产。这样的材料和产品可以包括纺织品，诸如天然织物或合成织物；结构材料，诸如金属片材、管道；以及木制品、纸质产品以及其他材料，诸如陶瓷、复合材料和塑料。

所制造的产品可以经由以连续或分批方式生产此类产品的专用机械来生产。例如，可以在生产和/或处理连续针织织物片材的针织机或编织机上生产纺织品。所制造的产品可以以一系列尺寸生产，包括不同的长度、宽度或厚度。制造设备和机械可以包括过程感测和控制设备。

发明内容

在此认识到需要为材料制造质量保证和缺陷检测系统提供照明源。这样的系统可以利用一种或多种类型的光，诸如可见光、紫外(UV)光或红外(IR)光来确定材料特性或在制造过程期间存在于产品中的异常。具有能够提供多个波长的光以实现多种检测模式的照明模块可能是有利的。具有能够提供已经准直或以其他方式排序的光并且可以在宽范围的入射角和光强度上指向材料表面的照明模块可能是进一步有利的。

本文描述的是可以并入质量保证或缺陷检测系统中的照明模块。照明模块包括通过伴随的电连接耦合到机械支撑结构的一个或多个发光元件，和命令或引导发光的可选地集成的光学元件。在一些实施方式中，发光元件可包括能够提供多个波长或一定波长范围内的光的LED芯片。在一些实施方式中，发光元件与准直透镜耦合以提供来自照明模块的具有大致均匀的发射方向的光。照明模块可以与检测器和计算机系统集成，以提供高灵敏度的质量保证或缺陷检测系统。

在一方面，本文提供一种照明系统，该照明系统包括一个或多个光源，该一个或多个光源被配置成发光，和光学元件，该光学元件与一个或多个光源光连通，其中该光学元件被配置成将光引导到材料片材上以沿材料片材的一个或多个轴提供照明，该一个或多个轴与生产材料片材的一个或多个方向相关联，并且其中照明可用于照亮材料片材的目标区域以使得能够在材料片材的生产或处理期间检测一个或多个缺陷或确保质量控制。

在一些实施方式中，光学元件包括一个或多个光组织元件(light organizingelement)。在一些实施方式中，一个或多个光组织元件包括方向改变元件或强度改变元件。在一些实施方式中，方向改变元件选自准直透镜、聚焦透镜、聚焦镜、散焦透镜、散焦镜、平面镜、抛物面镜、多边形旋转镜和偏光透镜。在一些实施方式中，强度改变元件选自滤光透镜、分束器、二向色镜、光圈、孔径、半透明材料、衰减器、图案化衰减器和开口。

在一些实施方式中，一个或多个光源包括一个或多个发光二极管(LED)。在一些实施方式中，照明系统包括包含一个或多个LED的芯片。在一些实施方式中，一个或多个LED包括沿纵轴间隔开的LED阵列。

在一些实施方式中，光学元件可操作地耦合到芯片。在一些实施方式中，光学元件模制在芯片上。

在一些实施方式中，一个或多个光源被配置成发射选自可见光、红外光和紫外光的光。在一些实施方式中，光包括具有从约10纳米到约1200纳米的波长的一个或多个光束。

在一些实施方式中，一个或多个轴包括预定义的轴，该预定义的轴处于沿着其生产材料片材的垂直方向。

在一些实施方式中，光的光轴横向于材料片材的预定义的轴。

在一些实施方式中，准直透镜具有大致半圆形或半球形的形状。在一些实施方式中，准直透镜具有至少约五毫米的半径。

在一些实施方式中，光学元件与一个或多个光源间隔开间隙。在一些实施方式中，间隙为至少一毫米。在一些实施方式中，光学元件包括透明塑料、半透明塑料、透明玻璃、半透明玻璃、反射金属或反射涂层。

在一些实施方式中，照明单元被配置成相对于由目标区域限定的平面以一个或多个角度引导光。在一些实施方式中，一个或多个角度的范围从约1度到约360度。

在一些实施方式中，照明被配置成沿着材料片材的一个或多个轴产生大致均匀的亮度。

在另一方面，本公开提供了一种方法，该方法包括：提供照明系统，该照明系统包括(1)发光的一个或多个光源和(2)与一个或多个光源光连通的光学元件，使用该光学元件将光引导到材料片材上以沿着材料片材的一个或多个轴提供照明，该一个或多个轴与生产材料片材的一个或多个方向相关联，和使用照明来照亮材料片材的目标区域以使得能够在材料片材的生产或处理期间检测材料质量或一个或多个缺陷或确保质量控制。

在一些实施方式中，材料片材是纺织品。在一些实施方式中，材料片材是金属或金属合金。在一些实施方式中，材料片材是纸。在一些实施方式中，材料片材是塑料。

在一些实施方式中，照明包括准直光束或准准直光束。

在一些实施方式中，照明包括低角度光。在一些实施方式中，照明可用于在目标区域中产生一个或多个阴影，该目标区域中的一个或多个阴影可用于实现在材料片材的生产或处理期间一个或多个缺陷的检测或确保质量控制。

另一方面，本公开提供了一种照明系统，该照明系统包括：一个或多个光源，该一个或多个光源被配置成发光；和光学元件，该光学元件与一个或多个光源和材料片材光连通，其中该光学元件被配置成将光引导到材料片材上以沿着材料片材的一个或多个轴提供照明，该一个或多个轴与生产材料片材的一个或多个方向相关联，并且其中照明可用于照亮材料片材的目标区域以使得能够在所述材料片材的生产或处理期间检测一个或多个缺陷或确保质量控制。

在一些实施方式中，光学元件包括一个或多个光组织元件。在一些实施方式中，一个或多个光组织元件包括方向改变元件或强度改变元件。在一些实施方式中，方向改变元件选自准直透镜、聚焦透镜、聚焦镜、散焦透镜、散焦镜、平面镜、抛物面镜、多边形旋转镜和偏光透镜。在一些实施方式中，强度改变元件选自滤光透镜、分束器、二向色镜、光圈、孔径、半透明材料、衰减器、图案化衰减器和开口。

在一些实施方式中，一个或多个光源包括一个或多个发光二极管(LED)。在一些实施方式中，该系统可以包括包含一个或多个LED的芯片。在一些实施方式中，一个或多个LED包括沿纵轴间隔开的LED阵列。在一些实施方式中，光学元件可操作地耦合到芯片。在一些实施方式中，光学元件模制在芯片上。在一些实施方式中，一个或多个光源被配置成发射选自可见光、红外光和紫外光的光。在一些实施方式中，光包括具有从约10纳米到约1200纳米的波长的一个或多个光束。

在一些实施方式中，一个或多个轴包括预定义的轴，该轴处于沿着其生产材料片材的垂直方向。在一些实施方式中，光的光轴横向于材料片材的预定义的轴。

在一些实施方式中，准直透镜具有大致半圆形或半球形的形状。在一些实施方式中，准直透镜具有至少约五毫米的半径。

在一些实施方式中，光学元件与一个或多个光源间隔开间隙。在一些实施方式中，间隙至少为一毫米。在一些实施方式中，光学元件包括透明塑料、半透明塑料、透明玻璃、半透明玻璃、反射金属或反射涂层。

在一些实施方式中，照明单元被配置成相对于由目标区域限定的平面以一个或多个角度引导光。在一些实施方式中，一个或多个角度的范围从约1度到约360度。在一些实施方式中，照明被配置成沿着材料片材的一个或多个轴产生大致均匀的亮度。

在另一方面，本公开提供了一种方法，该方法包括：提供照明系统，该照明系统包括(1)发光的一个或多个光源和(2)与一个或多个光源光连通的光学元件；使用光学元件将光引导到材料片材上以沿着材料片材的一个或多个轴提供照明，该一个或多个轴与生产材料片材的一个或多个方向相关联；和使用照明来照亮材料片材的目标区域以使得能够在材料片材的生产或处理期间检测材料质量或一个或多个缺陷或确保质量控制。

在一些实施方式中，材料片材是纺织品。在一些实施方式中，材料片材是金属或金属合金。在一些实施方式中，材料片材是纸。在一些实施方式中，材料片材是塑料。

在一些实施方式中，照明包括准直光束或准准直光束。在一些实施方式中，照明包括低角度光。在一些实施方式中，照明可用于在目标区域中产生一个或多个阴影，该目标区域中的一个或多个阴影可用于实现在材料片材的生产或处理期间一个或多个缺陷的检测或确保质量控制。

在一些实施方式中，材料片材包括网状物、织物、片材、纺织品、纸、编织材料、非编织材料、金属、塑料、复合材料或膜。在一些实施方式中，材料片材是使用材料制造和处理机器提供或制造或处理的。在一些实施方式中，材料制造和处理机器包括针织机。在一些实施方式中，针织机包括圆形针织机、经编机或横编机。在一些实施方式中，材料制造和处理机器包括编织机。在一些实施方式中，材料制造和处理机器包括卷对卷处理机器。

在另一方面，本公开提供了一种缺陷检测和质量控制系统，该系统包括照明系统和一个或多个成像单元，该一个或多个成像单元被配置成基于从一个或多个光源透射并从材料片材反射的光来捕获材料片材的一个或多个图像或视频。

在一些实施方式中，该系统还可以包括图像处理单元，该图像处理单元被配置成基于一个或多个图像或视频来检测材料片材上的一个或多个缺陷或协助对材料片材的质量控制。在一些实施方式中，该系统还可以包括校准单元，该校准单元被配置成校准一个或多个光源的位置和/或取向以照亮材料片材上的一个或多个检查区。在一些实施方式中，校准单元可以被配置成调整一个或多个光源的一个或多个操作参数。在一些实施方式中，一个或多个操作参数包括强度、颜色、亮度、温度、波长、频率、脉冲宽度、脉冲频率或控制光/电磁波的透射或光/电磁波的物理特点的任何其他参数。

在一些实施方式中，校准单元可以被配置成校准一个或多个成像单元相对于一个或多个光源或相对于材料片材的位置和/或取向。在一些实施方式中，校准单元可以被配置成调整一个或多个成像单元的一个或多个成像参数。在一些实施方式中，一个或多个成像参数可以包括与所述一个或多个成像参数相关联的曝光时间、快门速度、光圈、胶片速度、视场、聚焦区、焦距、捕获率或捕获时间。

在一些实施方式中，校准单元可以被配置成基于使用一个或多个成像单元捕获的一个或多个图像或视频调整一个或多个成像单元或一个或多个光源的位置、取向和/或操作。在一些实施方式中，一个或多个成像单元相对于材料片材固定。在一些实施方式中，一个或多个成像单元可相对于材料片材旋转。在一些实施方式中，一个或多个成像单元设置在制造或处理材料片材的材料制造或处理机器的织物管内部。在一些实施方式中，一个或多个成像单元设置在制造或处理材料片材的材料制造或处理机器的织物管外部。在一些实施方式中，一个或多个光源被定位和/或取向以在材料片材上提供低角度照明。

本公开的另一方面提供了一种包括机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质，该机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行时实现以上或本文其他各处的任何方法。

本公开的又一方面提供了一种系统，该系统包括一个或多个计算机处理器和与之耦合的计算机存储器。计算机存储器包括机器可执行代码，该机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行时实现以上或本文其他各处的任何方法。

本公开的其他方面和优点对于本领域技术人员而言将通过以下详细描述变得显而易见，其中仅示出和描述了本公开的说明性实施方式。如将认识到的，本公开能够具有其他和不同的实施方式，并且其若干细节能够在各个明显方面进行修改，所有这些均不背离本公开。因此，附图和描述本质上应被认为是说明性的，而不是限制性的。

援引并入

本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，其程度如同具体地和单独地指出通过引用而并入每个单独的出版物、专利或专利申请。在通过引用并入的出版物和专利或专利申请与说明书中包含的公开内容相矛盾的范围内，说明书旨在取代和/或优先于任何此类矛盾的材料。

附图说明

本发明的新颖特征在所附权利要求中具体阐述。通过参考以下阐述利用到本发明原理的说明性实施方式的详细描述以及附图(本文也称为“图形”和“图”)，将会获得对本发明的特征和优点的更好理解，在附图中：

图1呈现了根据一些实施方式的计算机系统的示意图。

图2A、图2B和图2C示出了根据一些实施方式的由各种可能的编织缺陷产生的不同织物表面拓扑。

图3A显示了由无缺陷表面的表面拓扑产生的预期光影。

图3B显示了根据一些实施方式的由具有缺陷的表面的表面拓扑产生的预期光影。

图4A和图4B描绘了根据一些实施方式的各种类型的织物编织和由不同编织产生的所得表面拓扑。

图5A、图5B和图5C示出了根据一些实施方式的照明模块相对于材料片材和光传感器的可能取向。

图6A和图6B描绘了根据一些实施方式的与无缺陷和缺陷表面相互作用的光束的路径。

图7A示出了将光束投射到材料表面上的照明模块的剖视图。

图7B示出了根据一些实施方式的在材料表面上产生的照明区的正视图。

图8A、图8B和图8C示出了根据一些实施方式的示例性照明模块设备的各种视图。

图9显示了根据一些实施方式的以线性配置布置的发光二极管(LED)芯片为特征的原型照明模块的图像。

图10描绘了根据一些实施方式的准直透镜和LED芯片组件的示意图。

图11示出了根据一些实施方式的来自光源的光穿过准直透镜的通道。

图12描绘了根据一些实施方式的不同照明模块配置相对于材料片材的光束取向。

图13图示了根据一些实施方式的针织织物图案，其具有由针织图案产生的所得表面拓扑。

图14A、图14B和图14C分别描绘了根据一些实施方式的光束与金属表面、陶瓷表面和聚合物表面上的表面缺陷或表面特征的相互作用。

图15图示了根据一些实施方式的包括固定相机的用于缺陷检测和质量控制的光学检测系统的各种示例。

图16示意性地图示了根据一些实施方式的包括可移动或可旋转相机的用于缺陷检测和质量控制的光学检测系统的各种示例。

图17图示了根据一些实施方式的可以使用用于缺陷检测和质量控制的成像系统或光学检测系统来监测的各种检查区。

图18图示了包括一个或多个照明模块和一个或多个相机的检查系统的示例。

图19图示了根据一些实施方式的使用编织机制造或处理的材料或网的可能检查区的各种示例。

图20图示了使用经编机制造或处理的材料或网的可能检查区的各种示例。

图21图示了使用横编机制造或处理的材料或网的可能检查区的各种示例。

图22图示了使用任何类型的卷对卷处理机器制造或处理的材料或网的可能检查区的各种示例。

具体实施方式

尽管本文已经示出和描述了本发明的各个实施方式，但对于本领域技术人员来说显而易见的是，这样的实施方式仅作为示例提供。在不背离本发明的情况下，本领域技术人员可以想到许多变化、改变和替换。应当理解，可以采用本文所述的本发明实施方式的各种替代方案。

如本文所使用，术语“材料”通常是指制造过程的产品，该产品随后可以用于一个或多个其他制造过程。例如，针织机可以生产织物材料，该织物材料随后可以用于生产服装或其他纺织产品。在另一示例中，冶金过程可以生产未经处理的金属片材材料，该金属片材材料随后可以用于切割部件或形成管道产品。该材料可包括一种或多种纺织品、金属、纸、聚合物、复合材料和/或陶瓷。本文所指的术语“材料”和“材料表面”可包含术语“网”、“织物”、“片材”、“纺织品”、“表面材料”、“纸”、“编织材料”、“非编织材料”、“金属”、“塑料”、“复合材料”或“膜”并可与这些术语互换使用。

如本文所使用，术语“产品”通常是指由一种或多种制造材料通过制造材料的后续加工而生产的组合物。例如，可以对针织织物材料进行染色、裁剪和/或缝合以生产最终服装产品。产品可以是中间产品或最终产品。

如本文所使用，术语“缺陷”通常是指材料或产品的表面上或体积内的异常。缺陷可以包括材料或产品中的不均匀性、不一致性、错位、瑕疵、破损、色差以及不规则性。如本文所使用，术语“规律性缺陷”通常是指以已知模式重复的缺陷，诸如时间重现、空间重现或者重复或相似的形态(例如，相同形状或大小的洞)。如本文所使用，“不规律缺陷”通常是指非模式化重现的缺陷，诸如时间随机性、空间随机性或者不同或不相似的形态(例如，随机形状或大小的洞)。

如本文所使用，术语“质量”通常是指材料或产品的期望、预定、定性或定量性质。质量可以包含共同形成材料标准的多个性质。例如，纺织品的质量可能是指纺织品的重量、颜色、经纬密度、厚度、织物均匀度、平整度、纱线均匀度、纱线厚度、无污染或者其组合。如本文所使用，术语“质量不合格”通常是指材料或产品不符合针对期望性质的至少一个质量控制标准或基准。在一些情况下，不合格材料或产品可能不符合不止一个质量控制标准或基准。

如本文所使用，术语“质量控制”通常是指将所制造的材料或产品与既定的质量控制标准或基准进行比较的方法。质量控制方法可以包括测量所制造的材料或产品的一个或多个可观察的性质或参数(例如，长度、宽度、深度、厚度、直径、周长、形状、颜色、密度、重量、强度等)。质量控制可以包括将材料或产品的一个或多个参数与已知基准进行比较，或者监控制造过程期间一个或多个参数的变化。质量控制可以是定性的(例如，合格/不合格)或定量的(例如，对所测量的参数的统计分析)。如果至少一种材料或产品参数的变化在质量控制标准或基准的约±1％、±2％、±3％、±4％、±5％、±6％、±7％、±8％、±9％或约±10％内，则可以认为制造过程符合质量控制标准。

如本文所使用，术语“校准”通常是指将一个或多个成像单元校准到材料片材的一个或多个目标区域。校准可以包括相对于可用于形成材料片材的材料制作机器以预定空间构型提供成像单元。校准还可以包括以用于对一个或多个目标区域进行成像的预定空间构型提供一个或多个成像单元，使得成像单元聚焦在目标区域上，并且目标区域处于成像单元的视野内。如本文所使用，术语“目标区域”通常可以指在材料片材上限定的一个或多个区域。目标区域可以是任何预定的形状、大小、尺寸或取向。

如本文所使用，术语“实时”通常是指第一事件或动作相对于第二事件或动作的发生同时地或基本上同时地发生。实时动作或事件可以在相对于至少另一事件或动作小于以下各项中的一项或多项的响应时间内执行：十秒、五秒、一秒、十分之一秒、百分之一秒、一毫秒或更短的时间。实时动作可以由一个或多个计算机处理器执行。

每当术语“至少”、“大于”或“大于或等于”在一系列两个或更多个数值中的第一个数值之前，术语“至少”、“大于”或“大于或等于”适用于该系列数值中的每个数值。例如，大于或等于1、2或3等价于大于或等于1、大于或等于2，或者大于或等于3。

每当术语“不大于”、“小于”或“小于或等于”在一系列两个或更多个数值中的第一个数值之前，术语“不大于”、“小于”或“小于或等于”适用于该系列数值中的每个数值。例如，小于或等于3、2或1等价于小于或等于3、小于或等于2，或者小于或等于1。

如本文所使用，术语“一个”、“一种”和“该”通常是指单数和复数个所指，除非上下文另有明确规定。

在一方面，本公开提供用于材料检查、质量保证、缺陷检测系统和光学计量系统的照明系统。照明系统可以提供移动或静态材料表面的图案化或目标照明，以在材料的生产或处理期间生成例如流动的平面材料照明。在制造过程期间(例如，织物材料的卷对卷生产)，照明系统可以将光引导到诸如材料片材的移动或静态材料的表面。在初始制造过程(例如，织物的脱绒、金属片材的厚度减小)之后发生的处理步骤期间，照明系统可以将光引导到移动或静态材料的表面。材料片材可以是平的并且具有纹理表面。材料片材可以是柔性的或可拉伸的。在制造过程期间，材料片材可以在一个或多个方向上移动(例如平移和/或卷起)。经由一个或多个传感器检测来自照明模块的光的相互作用可以允许评估材料质量的定性和/或定量度量，或者可以允许在材料被生产时检测材料中的缺陷。在一些情况下，照明模块可以透射多于一种类型的光(例如，紫外线(UV)、可见光、红外线(IR)等)。可以使用能够输出多种或多种类型的光的照明模块来评估更广泛的待测量材料质量或缺陷。

本公开的照明模块可以包括被配置成将光引导到材料表面的光源阵列。在一些情况下，照明模块可以提供照射在移动或非静态材料的表面上的光，使得照明区在材料平移或以其他方式移动通过照明区时保持固定。光源阵列可以包括特定波长或波长范围的规则或重复光源。照明模块还可以包括改变所产生的光的特点的一个或多个集成光学组件。在一些情况下，照明模块可包括一个或多个准直透镜，其与可见光源集成以产生准直的可见光束。照明模块可以包括安装在诸如印刷电路板等单个元件上的光源阵列，该单个元件为模块提供机械支撑以及电连接。照明模块可以连接到传感器系统或与传感器系统集成，以创建用于材料质量保证或缺陷检测的组合系统。

本公开的照明模块可以具有广泛的操作模式以允许增强的材料检查、质量保证或缺陷检测。照明模块可以提供恒定或可变的光强度。照明模块可以提供发射光束(例如，准直光束)的方向控制或整形，或者可以提供光束的散射。取决于所使用的质量保证或缺陷检测模式，照明模块可以在不同时间产生不同类型和/或波长的光，或者可以一次同时发射多于一个波长。照明模块可以是静态的或者可以相对于正在生产的材料的表面调整位置和/或取向。照明模块可以相对于材料的表面定位和/或取向以允许特定类型的特性确定或缺陷检测。例如，可以放置照明模块使得其光束正交于材料表面，或者以相对于材料表面的小角度被引导。上述角度的示例性范围在本文别处描述。

材料和制造过程

本公开提供了用于在材料和产品的制造和处理期间进行质量控制或标识缺陷的照明模块。这样的缺陷或者不合格材料或产品可能出现在初级制造过程(例如，织物的针织、金属片材的锻造)期间或者可能后续出现在附加的次级下游加工(例如，织物的熨烫或去绒、金属片材的厚度减小)期间。本发明的产品可以被广义地认为包括任何制造的产品，包括诸如织物、金属片材和聚合物片材等初级材料，以及通过利用初级材料生产的次级材料，诸如服装、管道或塑料容器。本公开的材料可以包括片状材料，诸如以连续的、卷对卷方式生产的那些材料(例如，织物、纸)。

本公开的照明模块可以在任何可想到的固体材料的制造过程中得到利用。感兴趣的是固体、连续体材料。这样的材料以诸如片、网、网状物、膜、管、块、棒和盘等形状因子生产。材料可以包括纺织品、金属、纸、聚合物、复合材料和陶瓷。

纺织品可以包括通过将纤维纺成长股而生产的任何产品。纺织品可以包括纱线以及通过将纤维编织或针织成连续织物而生产的产品。可以从天然纤维或合成纤维生产纺织品。天然纤维可以包括棉、蚕丝、大麻、韧皮、黄麻、羊毛、竹、剑麻以及亚麻。合成纤维可以包括尼龙、人造丝、涤纶、腈纶、氨纶、玻璃纤维、迪尼玛(dyneema)、奥纶以及凯夫拉(Kevlar)。纺织品可以由诸如棉和涤纶等纤维类型的组合生产而成。纺织品可以包含附加组分，诸如塑料和粘合剂(例如，地毯)。所生产的纺织品可以经历附加加工，诸如退浆、煮练、漂白、丝光、烧毛、起绒、压光、预缩、染色以及印花。

金属可以包括任何金属、金属氧化物或合金产品。金属可以包括钢，诸如碳钢和不锈钢。金属可以包括纯金属，诸如铜和铝。金属可以包括常见合金，诸如青铜和黄铜。金属可以制造或铸造成诸如片、棒和箔等形式。金属可以经历附加加工，诸如轧制、退火、淬火、硬化、酸洗、切割以及冲压。

纸可以包括由植物浆生产的任何产品，诸如纸张和纸板。纸制品可以包含其他材料，诸如塑料、金属、染料、墨水和粘合剂。在生产之前或之后，纸可以经历附加过程，诸如漂白、切割、折叠和印刷。

聚合物可以包括聚合物材料，诸如热塑性塑料、结晶塑料、导电聚合物和生物塑料。示例性聚合物可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、丙烯酸酯、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚乳酸和聚砜。聚合物可以包含橡胶和弹性材料。聚合物可以包含多种聚合物的共聚物或复合物。聚合物材料可以包含其他材料，诸如纸、金属、染料、墨水和矿物。聚合物材料可以在制造之后经历附加过程，诸如成型、切割和染色。塑料产品可以包括食品容器、片材和包装、壳体材料以及不计其数的其他消费品。

陶瓷可以包括范围广泛的结晶、半结晶、玻璃化或无定形无机固体。陶瓷产品可以包括陶器、瓷器、砖和耐火材料。陶瓷的范围可以是从在可见光谱中透明的材料(诸如玻璃)到在可见光谱中不透明的材料(诸如砖)。陶瓷可以与诸如金属和纤维等其他材料形成复合材料。陶瓷可以在陶瓷产品的制造期间经历诸如成型、硬化、切割、施釉和彩绘等过程。

复合材料可以包括包含两种或更多种其他类型材料的任何材料。示例性复合材料可以包括诸如刨花板和混凝土等建筑材料以及诸如金属-碳纤维复合材料等其他结构材料。复合材料可以经历与其取代物组分相似的附加加工方法。

在一些情况下，本公开提供了用于纺织品制造或处理期间的材料检查、质量保证或缺陷检测的照明模块。在特定示例中，本公开提供了用于圆形针织机的照明模块。圆形针织机可以包括用于生产管状织物的任何制造设备。在其他情况下，照明模块可被提供于用于针织或编织非管状织物的其他设备。

在一些示例下，针织机可以包括许多部件，诸如筒子架、滑轮、皮带、刷子、张力盘、导纱器、强制进料器、进料器环、盘鼓、提花轮、进料器、针轨道、针、沉降片、沉降片环、三角座、三角、筒体、辊子、分裂器、切割器和风扇。针织机可以是卷对卷设备。

在其他情况下，本公开提供了用于其他材料制造过程以及后续处理的照明模块。这样的过程可以包括诸如金属片材、管道或管、陶瓷、聚合物和复合材料等其他材料的连续或分批生产。

可以利用照明模块用于材料(诸如纺织品、金属、陶瓷、聚合物、纸和复合材料)的连续、半连续或分批生产的质量保证或缺陷检测的目的。可以在初级材料制造过程期间或之后，或者在材料生产后的次级过程之后定位照明模块。例如，利用照明模块的光学检测系统可以用于监控织物的针织或编织，用于在从针织机生产织物时检查织物，或者用于在任何后续加工(诸如轧光或染色)期间或之后检查织物。可以利用利用照明模块的光学检测系统来监控用于生产诸如织物和金属箔等柔性片材材料的卷对卷过程。可以利用具有照明模块的光学检测系统来监控诸如服装、管道或聚合物容器等成品的生产。

包括光学检测系统的制造设备可以以特定速率生产或处理材料产品。生产或处理率可以用单位时间长度、单位时间面积、单位时间体积、单位时间重量、单位时间产品个数或任何其他可想到的生产率度量来表征。生产或处理率可以是其中生产率随时间变化的过程的平均值。在一些情况下，生产或处理可以是连续的，并且在生产率中具有最小变化。

利用照明模块的光学检测系统可以应用于具有特定材料生产率或吞吐量速率的过程。例如，可以以特定单位时间面积生产从制造设备生产的材料(例如，从圆形针织机生产的织物)。利用照明模块的光学检测系统可以监控以至少约0.1平方米/分钟(m²/min)、0.5m²/min、1m²/min、2m²/min、5m²/min、10m²/min或超过约10m²/min的速率生产或处理材料的设备。利用照明模块的光学检测系统可以监控以不超过约10m²/min、5m²/min、2m²/min、1m²/min、0.5m²/min、0.1m²/min或小于约0.1m²/min的速率生产或处理材料的设备。在另一示例中，可以以特定单位时间重量生产从制造设备生产或处理的材料(例如，从圆形针织机生产的织物)。利用照明模块的光学检测系统可以监控以至少约1千克/天(kg/天)、5kg/天、10kg/天、25kg/天、50kg/天、100kg/天、150kg/天、200kg/天、300kg/天、400kg/天、500kg/天、600kg/天、700kg/天、800kg/天、900kg/天、1000kg/天或超过约1000kg/天的速率生产或处理材料的设备。利用照明模块的光学检测系统可以监控以不超过约1000kg/天、900kg/天、800kg/天、700kg/天、600kg/天、500kg/天、400kg/天、300kg/天、200kg/天、150kg/天、100kg/天、50kg/天、25kg/天、10kg/天、5kg/天、1kg/天或小于约1kg/天的速率生产或处理材料的设备。

可以以特定长度或宽度从制造设备生产或处理材料。照明模块可以具有旨在包含材料的特征性长度或宽度的一部分或全部的视野。照明模块可以照亮正在以至少约1毫米(mm)、5mm、1厘米(cm)、2cm、5cm、10cm、20cm、50cm、100cm、150cm、200cm或超过约200cm的宽度生产或处理的材料。照明模块可以照亮正在以不超过约200cm、150cm、100cm、50cm、20cm、10cm、5cm、2cm、1cm、5mm、1mm或小于约1mm的宽度生产或处理的材料。

可以以特征性厚度从制造设备生产或随后处理材料(例如，从圆形针织机生产的织物)。材料的厚度可以在生产材料时随其长度或宽度变化。材料可以具有约0.1mm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、1cm、2cm、5cm、10cm或超过10cm的平均厚度。材料可以具有至少约0.1mm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、1cm、2cm、5cm、10cm或超过约10cm的平均厚度。材料可以具有不超过约10cm、5cm、2cm、1cm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm、2mm、1mm、0.5mm、0.1mm或小于0.1mm的平均厚度。

能够以特征性速度从制造设备生产或在处理设备上处理材料(例如，从圆形针织机生产的织物)。材料的速度可以在制造设备的出口处或制造设备下游的位置处测量。能够以约0.01米/每秒(m/s)、0.1m/s、0.5m/s、1m/s、2m/s、3m/s、4m/s、5m/s、6m/s、7m/s、8m/s、9m/s、10m/s、15m/s、20m/s、25m/s、30m/s、35m/s、40m/s、45m/s、50m/s、60m/s、70m/s、80m/s、90m/s、100m/s或超过100m/s的速度从制造设备生产或处理材料。能够以至少约0.01m/s、0.1m/s、0.5m/s、1m/s、2m/s、3m/s、4m/s、5m/s、6m/s、7m/s、8m/s、9m/s、10m/s、15m/s、20m/s、25m/s、30m/s、35m/s、40m/s、45m/s、50m/s、60m/s、70m/s、80m/s、90m/s、100m/s或超过100m/s的速度从制造设备生产或处理材料。能够以约100米每秒(m/s)、90m/s、80m/s、70m/s、60m/s、50m/s、45m/s、40m/s、35m/s、30m/s、25m/s、20m/s、15m/s、10m/s、9m/s、8m/s、7m/s、6m/s、5m/s、4m/s、3m/s、2m/s、1m/s、80m/s、0.1m/s、0.01m/s或小于0.01m/s的速度从制造设备生产或处理材料。

材料或产品可以是多孔的或无孔的。在一些情况下，材料或产品的孔隙度可能是可由成像系统检测的。在其他情况下，材料或产品的孔隙度可能是不可由成像系统检测的。材料或产品的孔隙度可以是规律的、模式化的或随机的。材料或产品的孔隙度可以具有特定的孔径分布。孔隙度的孔径分布可以是单峰的、双峰的或多峰的。多孔材料或产品可以由平均大小(例如，长度、宽度、深度、直径)为约10纳米(nm)、100nm、1微米(μm)、10μm、100μm、250μm、500μm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm或超过10mm的孔表征。多孔材料或产品可以由平均大小为至少约10nm、100nm、1μm、10μm、100μm、250μm、500μm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm或超过约10mm的孔表征。多孔材料或产品可以由平均大小为不超过约10mm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm、2mm、1mm、750μm、500μm、250μm、100μm、10μm、1μm、100nm、10nm或小于10nm的孔表征。

在一些情况下，诸如织物等所制造的纺织品可以由特定经纬密度表征。经纬密度可被定义为纺织品材料每平方英寸纬线和经线的数目。纺织品可以具有约50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000根或超过约1000根的经纬密度。纺织品可以具有至少约50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000根或超过约1000根的经纬密度。纺织品可以具有不超过约1000、950、900、850、800、750、700、650、600、550、500、450、400、350、300、250、200、150、100、50根或少于约50根的经纬密度。

材料可能具有特征性表面拓扑、形态或粗糙度。拓扑可以是规则的、图案化的、不规则的或无定形的。材料的表面粗糙度可以量化为沿测量线或在测量区上的表面高度的平均偏差，如通过诸如轮廓测量法的方法所确定的。如果材料的表面粗糙度低于阈值，诸如人类可见检测的极限(例如，小于10μm)，则材料可以被认为是光滑的。如果材料的表面粗糙度超过阈值，诸如人类可见检测的极限，则材料可以被认为是粗糙的。材料可具有至少约1nm、10nm、100nm、1μm、10μ0、100μ0、250μ5、500μ0、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm或大于约10mm的表面粗糙度。材料可具有小于约10mm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm、2mm、1mm、750μ5、500μ0、250μ5、100μ0、10μ0、1μ0、100nm、10nm、1nm或小于约1nm的表面粗糙度。

材料可以具有图案化的表面形态。材料的图案化或形态可以是固有特点或者可以由于制造方法而产生。图4A-图4B和图13展示了由织物材料的制造方法引起的表面图案化的示例。图4A示出了具有纱线平纹编织的织物材料。纬线420交替地编织在经线430之上或之下以产生均匀的编织图案。在图4A的底部，沿迹线A–A’的横截面更详细地示出了由缝合图案引起的表面拓扑。图4B示出了具有纱线斜纹编织的织物材料。纬线420编织在两根经线430之上，然后以重复图案编织在两根经线430之下。在图4B的底部，沿迹线B–B’的横截面更详细地示出了由缝合图案引起的表面拓扑。基于图4A和图4B中描绘的材料的制造方法的变化，可以看出表面拓扑不同。类似地，图13描绘了具有平纹针织图案的针织物。在图13的底部，沿轴A–A’的横截面示出了由缝合图案引起的表面拓扑。

材料或产品可以是不透明的、透明的、反光的、不反光的或半透明的。材料或产品的透明度或不透明度可以根据照射在材料或产品表面上的光的波长而变化。在一些情况下，材料可以具有特征性透明度或不透明度。透明度或不透明度可以在整个材料上是均匀的，或者可以以规律或不规律的方式变化。透明度或透光率可被定义为穿过材料的光的总量。由光学检测系统监控的材料可以具有约99.9％、99％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％或小于约5％的特征性平均透光率。由光学检测系统监控的材料可以具有至少约99.9％、99％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％或小于约5％的特征性平均透光率。由光学检测系统监控的材料可以具有至少约5％、99％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、99％或超过99.9％的特征性平均透光率。

从制造过程生产的材料或产品可能含有缺陷或者可能是不合格材料或产品。缺陷或不合格材料或产品可能会在材料或产品初始制造后发生的后续过程期间出现。缺陷或者不合格材料或产品可能由用于创造材料或产品的原材料引起。例如，在纺织品制造过程中使用的纱线中的瑕疵可能在所生产的包含纱线瑕疵的织物中产生缺陷。缺陷或者不合格材料或产品可能由用于制造材料或产品的设备引起。例如，针织机中断裂或损坏的针可能将缺陷规律或不规律地包含到织物中。缺陷或者不合格材料或产品可能由用于制造材料或产品的过程引起。例如，加工条件(例如，环境湿度水平)的意外变化可能改变或以其他方式影响来自制造过程的成品。缺陷或者不合格材料或产品可能固有地产生于材料或产品的生产期间，或者可能由于计划外的情况而出现，诸如制造机械故障或用于生产的原材料受损。缺陷或者不合格材料或产品可能由人为错误引起，包括制造设备的不当构建、制造设备的不当设置和安装、制造设备的不当初始化、制造设备的不当操作以及/或者软件或其他控制系统的不当编程。人为错误还可以包括由于经验不足、疲劳、疏忽或者与手动视觉或物理检查相关的其他问题而未能检测到缺陷或者不合格材料或产品。

缺陷可被认为是次要缺陷或主要缺陷。次要缺陷可以包括不会致使材料或产品不可使用或不可销售的缺陷。主要缺陷可以包括致使材料或产品不可使用、不可销售或以其他方式损害产品性质的缺陷。在一些情况下，如果多个次要缺陷的叠加效应致使材料或产品不可使用、不可销售或以其他方式损害产品的性质，则该多个次要缺陷可以构成主要缺陷。不合格材料或产品可能会降级为较低等级的材料或产品。在一些情况下，不合格材料或产品可能不可使用、不可销售或以其他方式受损。光学检测系统可以能够识别主要缺陷、次要缺陷或者不合格材料或产品。

缺陷可能改变材料的表面拓扑或形态。缺陷的性质或类型可以通过观察材料表面的拓扑或形态来确定。缺陷可能具有将缺陷与无缺陷材料或其他缺陷类型区分开来的特征性形态或拓扑。图2A–图2C比较了织物材料横截面的表面拓扑。图2A示出了具有平纹编织的织物材料的正常表面拓扑。图2B示出了包含与图2A中描绘的相同织物材料的漏针的表面拓扑。图2C示出了包含与图2A中描绘的相同织物材料的松散纱线的表面拓扑。与正常制造的织物相比，表面形态的明显差异使得区分缺陷存在和缺陷类型成为可能。

材料或产品中的缺陷可能以可表征的速率出现。在一些情况下，材料或产品中的缺陷可能随机出现。在其他情况下，材料或产品中的缺陷可能规律地出现。缺陷的出现率可能基于材料或产品的制造中的阶段或步骤而不同。已知缺陷可能在制造过程的瞬态阶段(诸如过程进料的启动、停止或改变)期间以不同的速率出现。

缺陷或者不合格材料或产品的出现率可能与材料或产品加工参数相关。例如，缺陷或者不合格材料或产品可能以已知的单位时间速率、以已知的所生产材料单位面积速率、以已知的所生产材料单位体积速率、以已知的所生产材料单位长度速率或以已知的所生产材料单位重量速率出现。次要缺陷和主要缺陷可能以不同速率出现。在一些情况下，可能出现缺陷出现率阈值，在该阈值或以上材料或产品被认为不可使用、不可销售或以其他方式受损。

具有照明模块的光学检测系统可以用于识别材料或产品中的缺陷或不合格的质量。具有照明模块的光学检测系统可以用于确定制造过程期间材料或产品的缺陷率或质量水平。具有照明模块的光学检测系统可以能够识别多种类型的缺陷或质量水平。具有照明模块的光学检测系统可以能够识别所生产的材料或产品中的次要缺陷和主要缺陷或者不合格材料或产品。具有照明模块的光学检测系统可以能够在材料或产品的生产或处理期间量化次要和/或主要缺陷或者不合格材料或产品的出现率。

所制造的材料或产品中的缺陷可能包括材料或产品的形式或结构中的任何损坏或不规律性。缺陷可能出现在从微观尺度到宏观尺度的任何长度尺度上。缺陷可以由特征性大小表征，诸如缺陷长度、缺陷宽度、缺陷深度、缺陷厚度、缺陷直径、缺陷面积或缺陷体积。材料中的缺陷可能包括孔洞、裂缝、断裂、凹坑、孔穴、凹陷、裂口、烧痕、污渍、弯曲、破裂、变薄区域、增厚区域、拉伸、压缩、凸起、变形、不连续、取代物缺失、阻塞、闭塞或不需要的夹杂物。

缺陷可以具有与其相关联的特征性尺寸。光学检测系统可以能够识别给定长度尺度的缺陷。缺陷可能具有约100纳米(nm)、500nm、1微米(μm)、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、200μm、250μm、500μm、750μm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、1cm、2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm或超过10cm的平均尺寸(例如，长度、宽度、深度、厚度、直径)。缺陷可能具有至少约100纳米(nm)、500nm、1微米(μm)、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、200μm、250μm、500μm、750μm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、1cm、2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm或超过10cm的平均尺寸(例如，长度、宽度、深度、厚度、直径)。缺陷可能具有不超过约10cm、9cm、8cm、7cm、6cm、5cm、4cm、3cm、2cm、1cm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm、2mm、1mm、750μm、500μm、250μm、200μm、100μm、50μm、25μm、10μm、5μm、1μm、500nm、100nm或小于100nm的平均尺寸(例如，长度、宽度、深度、厚度、直径)。缺陷可能具有至少约0.01μm²、0.1μm²、1μm²、10μm²、100μm²、1000μm²、10000μm²、100000μm²、1mm²、10mm²、1cm²、10cm²、100cm²或超过约100cm²的特征性平均面积。缺陷可能具有不超过约100cm²、10cm²、1cm²、10mm²、1mm²、100000μm²、10000μm²、1000μm²、100μm²、10μm²、1μm²、0.1μm²、0.01μm²或小于约0.01μm²的特征性平均面积。

缺陷可能以规律或不规律的间隔出现在材料或产品中。缺陷可能以特定密度出现。例如，材料或产品可以具有每单位长度(μm、mm、cm、m等)、每单位面积(μm²、mm²、cm²、m²等)、每单位体积(μm³、mm³、cm³、m³等)或每单位重量(千克、磅、吨、公吨等)的缺陷率。在一些材料或产品中，可以预期缺陷以特定数目密度或低于特定数目密度出现。在一些制造过程中，如果缺陷率超过阈值数目密度，则可能丢弃材料或产品。材料或产品可能具有数目密度(例如，每单位长度缺陷、每单位面积缺陷、每单位体积缺陷或每单位重量缺陷)约为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、300、400、500、600、700、800、900、1000或超过1000的缺陷率。材料或产品可能具有数目密度为至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、300、400、500、600、700、800、900、1000或超过约1000的缺陷率。材料或产品可能具有数目密度为不超过约1000、900、800、700、600、500、400、300、200、190、180、170、160、150、140、130、120、110、100、95、90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1或少于约1的缺陷率。利用照明模块的光学检测系统可以量化所制造的材料或产品中的缺陷的数目密度。当材料通过由照明模块创建的照明区时，利用照明模块的光学检测系统可以量化制造材料或产品中的缺陷数目密度。

在一些情况下，具有照明模块的光学检测系统可以用于在纺织品或织物生产或处理期间检测缺陷或者不合格材料或产品。所检测的纺织品或织物缺陷可以包括：断纱、阶梯、孔洞、浮动、打结、针缺陷(完全的，针不拉动纱线)、由油、溶剂等造成的污染缺陷(由常见的漏油造成的油斑)、针缺陷(不完全的，针错误地拉动纱线)、针和沉降片缺陷(由沉降片与针之间的错误组合造成的均匀性，导致不均匀性)、连续弹性纤维缺陷(通常称为莱卡(Lycra)缺陷或氨纶缺陷—在生产期间几乎不会被人类检测到，只有在针织的若干阶段之后能检测到)、虚线式弹性纤维缺陷(与连续弹性纤维缺陷相同的结构瑕疵，但为虚线式，更罕见并且更不明显—同样在生产期间几乎不会被人类检测到，只有在针织的若干阶段之后能检测到)、被其他纤维污染(当来自其他来源的纤维不慎进入生产时，造成带有不同材料的斑点)、被其他颜色污染(当来自其他来源的纤维不慎进入生产时，造成带有不同颜色的斑点)、不需要的毛羽、纱线宽度不均匀和其他纱线不规律性、线圈纵行(列)或线圈横列(行)之间距离不均匀，以及生产的织物上的不均匀性。

使用光表征材料

照明模块可用于在制造过程或制造后过程期间或之后将光引导至材料的表面。可以测量所引导的光的相互作用，诸如反射、折射、吸光、透射和散射，以确定制造材料的材料特点。制造材料的材料特点可以包括折射率、反射率、吸收率、颜色、不透明度、发光、衍射、双折射、光泽和粗糙度。材料特点可以是材料质量的直接或间接测量。例如，如果材料的粗糙度小于阈值，则材料可以由直接特点通过质量保证协议。或者，材料可以由间接特点通过质量保证协议，例如不透明度可以用作织物材料中经纬密度的间接测量。

照明模块可用于在制造过程期间或之后检测材料中的缺陷。照明模块可以将光引向制造材料在制造过程或后续处理步骤期间穿过的区域。可以测量所引导的光的相互作用，例如反射、折射、吸光、透射和散射，以确定制造材料中是否存在缺陷。在一些情况下，一个缺陷或一系列缺陷可以由在局部的、可变的、不规则的、随机的、重复的或图案化的间隔中测量的材料属性的方差、变化或偏差来确定。例如，可以基于反射光的衰减来检测织造织物材料中纱线的局部磨损。图6A-图6B示出了光与具有不同表面条件的纹理材料表面相互作用的示意图。在图6A中，以小角度引导光束620朝向织物表面610上的表面特征。光束620被织物表面610完全反射，产生出射光束630。在图6B中，纱线上的磨损缺陷在织物表面610上产生杂散纤维612。所引导的光束620被杂散纤维612散射，导致出射光束630相对于入射光束620衰减。

照明模块可用于材料制造过程中使用以优化方式应用的光的材料检查、质量保证或缺陷检测。照明模块可以引导、缩放、组织或定时将光施加到材料表面。光方向可以是指由照明模块发射的光束朝向材料表面的取向。光标度可以是指发射光束的定量属性，诸如功率和功率密度。光组织可以是指光从照明模块发出时的顺序。光定时可以是指作为时间函数的来自模块的光发射模式。

出于材料检查、质量保证或缺陷检测的目的，照明模块可以将光引导到材料的表面上。照明模块可以在制造材料穿过、平移或以其他方式移动通过的照明区或目标区域中生成光。可以定位照明模块以将入射光束以优选或最佳角度施加到材料表面。图5A-图5C示出了照明模块530和光传感器540相对于在卷对卷制造过程中从上卷512到下卷514生产的材料510的表面的各种配置。在图5A中，照明模块530和光传感器540以相对于材料510的表面相对小的角度取向。在图5B中，照明模块530和光传感器540以相对于材料510的表面相对高的角度取向。在图5A和图5B中，光传感器540被配置成检测材料510表面的光反射。在图5C中，照明模块530垂直于材料510的表面取向，并且指向同轴光传感器540。图5C的配置描绘了一种基于光的透射或吸收的材料表征形式。光方向还可以包括诸如在光束已经从照明模块发射之后反射、折射和/或转向光束的过程。照明模块可用于照亮静态或移动材料的表面，其中材料是平坦的或基本平坦的。照明模块可用于照亮静态或移动材料的表面，其中材料是不平坦的。图5A–图5C示出了以卷对卷方式生产的材料的配置，其中材料510从卷512进给到卷514，同时由传感器540和照明模块530进行监控，照明模块530照亮靠近平坦材料片材510中心的目标区域。在一些可选的情况下，材料可以通过第三卷从第一卷进给到第二卷，从而产生弯曲的材料片材表面。传感器可以被配置成检测来自照射在材料片材的弯曲表面上的照明模块的光。

照明模块可以缩放出于质量保证或材料缺陷检测的目的而发射的光。照明模块可以发射具有特定功率、功率密度、波长、波长光谱、长度或宽度的光束。

照明模块可以具有至少约1瓦特(W)、10W、20W、30W、40W、50W、60W、70W、80W、90W、100W、150W、200W、300W、400W、500W、750W、1千瓦(kW)、10kW或超过10kW的总功耗或输出。照明模块可以具有至多约10kW、1kW、750W、500W、400W、300W、250W、200W、150W、100W、90W、80W、70W、60W、50W、40W、30W、20W、10W、1W或小于约1W的总功耗或输出。

照明模块可以具有发射光的特征性功率密度。从照明模块发射的光的功率密度可以在相对于照明模块的发光区域的某个距离处(例如，在模块表面处、在材料表面处、在模块与材料之间的距离处)测量。从照明模块发射的光的功率密度在距照明模块的任何距离处可以是恒定的(例如，对于准直光束)。从照明模块发射的光的功率密度可以随着距照明模块的距离增加(例如，聚焦光束)。从照明模块发射的光的功率密度可以随着距照明模块的距离而减小(例如，散焦的、散射的或滤光的光束)。照明模块在距模块一定距离处可具有至少约0.001瓦特每平方厘米(W/cm²)、0.01W/cm²、0.1W/cm²、1W/cm²、1W/cm²、10W/cm²、100W/cm²、1000W/cm²、10000W/cm²或大于约10000W/cm ²的光功率密度。照明模块在距模块一定距离处可具有不大于约10000W/cm²、1000W/cm²、100W/cm²、10W/cm²、1W/cm²、0.1W/cm²、0.01W/cm²、0.001W/cm²或小于约0.001W/cm²的光功率密度。可以在距照明模块约0mm、1mm、5mm、1cm、5cm、10cm、50cm、100cm、500cm、1m或大于1m的距离处测量光功率密度。可以在距照明模块至少约0mm、1mm、5mm、1cm、5cm、10cm、50cm、100cm、500cm、1m或大于1m的距离处测量光功率密度。可以在距照明模块不大于约10m、500cm、100cm、50cm、10cm、5cm、1cm、5mm、1mm或小于1mm的距离处测量光功率密度。

照明模块可以包括单一光、一组光或一系列光。成像单元中的光源或照明单元可以包括基本上单色的光源或者具有特征性频率或波长范围的光源。示例性光源或照明单元可以包括X射线源、紫外线(UV)源、红外线源、LED、荧光灯以及激光器。光源或照明单元可以在电磁谱的限定区域内发光，诸如X射线、UV、UV-可见光、可见光、近红外线、远红外线或微波。光源或照明单元可以具有约0.1nm、1nm、10nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1μm、10μm、100μm、1mm或超过约1mm的特征性波长。光源或照明单元可以具有至少约0.1nm、1nm、10nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1μm、1.2μm、5μm、10μm、100μm、1mm或大于1mm的特征性波长。光源或照明单元可以具有不超过约1mm、100μm、10μm、5μm、1.2μm、1μm、900nm、800nm、700nm、600nm、500nm、400nm、300nm、200nm、100nm、10nm、1nm、0.1nm或小于约0.1nm的特征性波长。光源或照明单元可以发射具有一定范围的波长的光，例如，范围从约1nm至约10nm、约1nm至约100nm、约10nm至约100nm、约10nm至约400nm、约10nm至约500nm、约10nm至约1000nm、约10nm至约1200nm、约100nm至约500nm、约100nm至约700nm、约200nm至约500nm、约400nm至约700nm、约700nm至约1μm、约700nm至约10μm、约1μm至约100μm，或者约1μm至约1mm。

照明模块可以产生具有选定长度或宽度的光束。具有单向光方向的光束(例如，准直光束)在投射到材料表面上时可以具有固定的长度或宽度。具有多方向光方向的光束(例如，非准直光束、聚焦光束)在投射到材料表面上时可具有长度或宽度，其可通过改变照明模块相对于材料表面的距离或方向而改变。图7A和图7B描绘了来自照明模块的光束在材料表面上的投影区。图7A描绘了在制造过程期间从顶卷512转移到底卷514的材料片材510的侧视图。材料片材510由来自照明模块530的非准直光束照亮。图7B示出了材料片材510的表面的前侧视图，其中片材的照亮区的投影由虚线界定。片材上的照亮区具有对应于材料片材510的整个宽度的可测量长度720和可测量宽度730。将照明模块移动得更靠近材料表面可以减小宽度730，同时增加材料表面上的光的功率密度，但可能不会影响照亮区的长度720。在一些情况下，照明模块可以产生以非矩形形状(例如圆形或椭圆形)投射到材料表面上的光束。非矩形物体的特征性长度和/或宽度可以是指可测量的尺寸，诸如直径或半径。

从制造过程或后续处理过程指向目标材料的光束的取向可以相对于表示材料位置的轴来定义。当制造材料正在移动时，可以在固定时刻相对于材料表面定义轴或取向。在一些情况下，光束的取向可以相对于材料片材的平面中的轴来确定，该轴平行于材料片材的行进方向对齐。在其他情况下，轴可以以不同的角度对齐，例如正交于材料片材的行进方向。在一些情况下，光束的取向可以由平行于发射光方向或发射光平均方向的轴定义。在一些情况下，发射光的轴的方向可以横切或正交于光束投射到其上的材料片材的对齐轴。发射光束的取向轴可以用相对于材料片材的取向轴的角度来表征。图12描绘了照明模块530相对于材料片材510的不同位置。正在生产或处理的材料片材在平行于箭头1210的方向上行进。在材料片材510的面的平面内，可以定义材料片材510的各种取向轴，诸如所描绘的轴X(与片材共面，正交于行进方向1210)、轴Y(与片材共面，平行于行进方向1210)或轴Z(正交于轴X和Y)。照明模块530被描绘成相对于材料片材510的四种不同配置。四种不同配置中的每一种都具有相关联的光束的取向轴(分别为1231、1232、1233和1234)。可以在材料片材510的取向轴与光束的取向轴之间限定角度。

发射光束的取向轴可以是相对于材料的取向轴约1度(°)、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、81°、82°、83°、84°、85°、86°、87°、88°、89°、90°、91°、92°、93°、94°、95°、96°、97°、98°、99°、100°、105°、120°、135°、150°、165°、170°、171°、172°、173°、174°、175°、176°、177°、178°、179°、180°、181°、182°、183°、184°、185°、186°、187°、188°、189°、190°、195°、210°、225°、240°、255°、270°、285°、300°、315°、330°、345°、350°、351°、352°、353°、354°、355°、356°、357°、358°、359°或约360°。发射光束的取向轴可以是相对于材料的取向轴至少约1度(°)、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、81°、82°、83°、84°、85°、86°、87°、88°、89°、90°、91°、92°、93°、94°、95°、96°、97°、98°、99°、100°、105°、120°、135°、150°、165°、170°、171°、172°、173°、174°、175°、176°、177°、178°、179°、180°、181°、182°、183°、184°、185°、186°、187°、188°、189°、190°、195°、210°、225°、240°、255°、270°、285°、300°、315°、330°、345°、350°、351°、352°、353°、354°、355°、356°、357°、358°、359°或大于359°。发射光束的取向轴可以是相对于材料的取向轴不大于约360度(°)、359°、358°、357°、356°、355°、354°、353°、352°、351°、350°、345°、330°、315°、300°、285°、270°、255°、240°、225°、210°、195°、190°、189°、188°、187°、186°、185°、184°、183°、182°、181°、180°、179°、178°、177°、176°、175°、174°、173°、172°、171°、170°、165°、150°、135°、120°、105°、100°、99°、98°、97°、96°、95°、94°、93°、92°、91°、90°、89°、88°、87°、86°、85°、84°、83°、82°、81°、80°、75°、70°、65°、60°、55°、50°、45°、40°、35°、30°、25°、20°、15°、10°、9°、8°、7°、6°、5°、4°、3°、2°、1°或小于约1°。

照明模块可以产生长度或宽度为至少约1mm、5mm、1cm、5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm、40cm、50cm、100cm、200cm、250cm、500cm、1m或大于1m的光束。照明模块可以产生长度或宽度不大于约1m、500cm、250cm、200cm、100cm、50cm、40cm、30cm、25cm、20cm、15cm、10cm、5cm、1cm、5mm、1mm或小于1mm的光束。

照明模块可以组织发射的光，用于材料的质量保证或缺陷检测的目的。光组织可以包括诸如准直、去准直、聚焦、散焦、偏振、去偏振、散射和滤光等过程。照明模块可以包含用于组织光的一个或多个光学元件。光组织元件可以包括方向改变元件和强度改变元件。示例性的方向改变元件可以包括准直透镜、聚焦透镜、聚焦镜、散焦透镜、散焦镜、平面镜、抛物面镜、多边形旋转镜和偏振镜。示例性强度改变元件可以包括滤光透镜、分束器、二向色镜、光圈、孔径、半透明材料、衰减器、图案化衰减器和开口。开口、孔径或光圈可以是固定的或可调节的。光束可以以从1度到80度的角度从开口、孔径或光圈射出。在一些实施方式中，光束可以以不超过约45度的角度从开口、孔径或光圈射出。开口、光圈或孔径可以是对称的(例如，在所有侧以相同的出射角发射光)或非对称的(例如，以歪斜或斜角发射光)。照明模块可以包含一个或多个透镜，用于诸如准直、聚焦、偏振和滤光的目的。可以为特定波长的光或特定波长光谱内的光选择照明模块的光学元件。例如，准直透镜可以准直可见光，同时允许UV或IR光通过而无需准直。光学元件可以包括任何合适的材料，包括透明或半透明塑料、透明或半透明玻璃、反射金属和反射涂层。

组织的光束可能具有它所穿过的光学元件的特征性组织。例如，准直或偏振组件不会完美地准直或偏振光束，而是将准直或偏振光束以达到光学元件的效率。出于本公开的目的，组织的光束是指已经穿过组织的光学元件的光束(例如，准直光束是已经穿过准直透镜的光束)。如果光束对于光束的光输出的至少约80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％，或大于约99.9％具有所需的光束特点(例如，准直、偏振、滤光、散焦等)，则光束可以被认为是准组织化的(例如，准准直、准偏振、准滤光、准散焦等)。例如，准准直光束可以具有至少约80％的光取向成平行于准直轴。附加示例可以是准滤光光束，其至少约80％的光落在滤光元件的特征性输出光谱内。

光束可以发射相对于光束的主方向轴以某个角度发射的光。例如，穿过开口或孔径的光可具有与开口或孔径的表面正交的主方向轴。光束可以包含具有相对于光束的主方向轴约1度(°)、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°或大于约80°的角度的光。光束可以包含具有相对于光束的主方向轴至少约1度(°)、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°或大于约80°的角度的光。光束可以包含具有相对于光束的主方向轴不大于约80°、75°、70°、65°、60°、55°、50°、45°、40°、35°、30°、25°、20°、15°、10°、9°、8°、7°、6°、5°、4°、3°、2°、1°或小于1°的角度的光。

出于材料的质量保证或缺陷检测的目的，照明模块可以对所发射的光束的发射和方向进行定时。照明模块可以连续发光。照明模块可以按时间图案化的方式发光，诸如频闪或闪烁。照明模块可以以不规则或随机时间方式发光。照明模块可以包含以图案化方式发光的光源阵列。光源阵列可以同时发光，或者可以被图案化以以规则或不规则的图案交替输出。照明模块可以包含以不同波长发射的光源阵列。照明模块可以发射具有统一或不同时间模式的不同波长或波长光谱。例如，照明模块可以包含以10秒周期频闪的可见光源和以1秒周期频闪的红外光源。

照明模块可以在材料表面上产生均匀强度的光。照明模块可以在限定目标区域内的材料表面上产生均匀强度的光。照明模块可以在材料表面上的目标区域内产生不均匀或图案化的照明(例如，沿着线性轨迹在较高强度光和较低强度光之间交替的正弦曲线图案)。照明系统可以包括一个以上的照明模块。照明模块可以包括具有相同或不同光输出特点(例如，光强度、波长、频率、焦距等)的多个照明模块。两个或更多个照明模块可以被配置成将光投射到材料表面上的相同或重叠的目标区域上。两个或更多个照明模块可以被配置成以不同的照明角度照亮相同的目标区域。两个或更多个照明模块可以被配置成照亮材料表面的不同目标区域。

照明模块可以与另一个照明模块间隔特定的距离。照明模块可以与第二照明模块间隔至少约1cm、5cm、10cm、20cm、50cm、1m、2m或大于2m。照明模块可以与第二照明模块间隔不大于约2m、1m、50cm、20cm、10cm、5cm、1cm或小于1cm。

当模块将光束引导到材料的表面上时，入射到材料上的照明模块可以产生光的图案或输出。图案或输出可以包括反射光、折射光、散射光或透射光的图案或输出。在一些情况下，入射到材料的表面上的光的反射、散射或吸收可以产生表面的一个或多个部分的阴影。当光线以特定角度指向表面时，材料可能具有特征性阴影图案。来自材料表面的光的图案或输出可用于材料的质量保证或缺陷检测。图3A和图3B描绘了检测织物材料中的缺陷的阴影图案的示例性使用。图3A示出了来自照明模块的具有浅接近角的入射光束350。入射光线352接触织物材料310的规则表面特征。入射光线352被材料310的表面反射，产生出射光线354。由于表面特征产生的阴影，光不能直接到达由迹线342界定的区域，从而产生阴影区域340。图3B示出了当遇到织物材料310中的松散线时浅入射光束350的效果。入射光线352更可能被松散线产生的大得多的表面特征阻挡，从而反射一条或多条反射的出射光线354。较大的表面特征在迹线342的边界内的材料表面的一部分上产生较大的阴影区域340。传感器可用于检测阴影或与材料的其他光相互作用的图案或输出。通过与已知或与材料的光相互作用的观察到的图案或输出进行比较，可以将与材料的光相互作用的图案或输出用于质量保证或缺陷检测。在一些情况下，光与缺陷或表面特征的相互作用可能会产生大于缺陷尺寸的光图案(例如阴影或亮区)。在一些情况下，光与缺陷或表面特征的相互作用可能会从缺陷中产生可检测的光图案，该缺陷太小而无法被人眼感知。在一些情况下，光与缺陷或表面特征的相互作用可能会产生可检测的图案，该图案可能会被成像系统(例如相机传感器)检测到。

所描述的系统和方法可用于制造和/或处理几乎任何材料，包括以片材形式生产的任何材料。图14A-图14C示出了使用照明检测非纺织品材料的表面特征。图14A描绘了具有表面裂纹或裂缝1412的金属片材材料1410。金属片材1410表面上的入射光束1440产生阴影区域1450，该区域允许检测裂缝或裂纹1412。图14B描绘了具有附接到其表面的粘附颗粒1422的陶瓷材料1420。陶瓷1420表面上的入射光束1440产生阴影区域1450，其允许检测颗粒1422。图14C描绘了在其表面上具有表面污染物1432(例如，来自旋转部件的油脂)的聚合物材料1430。聚合物1430表面上的入射光束1440产生允许检测污染物1432的阴影区域1450。

照明模块可以被配置成在材料检查、质量保证或缺陷检测方法期间被移动或调整。可以移动或调整照明模块以改变照明模块的方向(例如，相对于材料的表面)或改变照明模块和材料表面之间的间距或间隙。照明模块可以手动调节或通过控制器或其他设备(例如，计算机系统)调节。调整位置和/或取向的能力可以允许照明最佳地瞄准材料片材。当光线以不同角度并且从不同位置扫过表面时，或者当材料移动通过照明区或目标区域时，它还可以揭示表面纹理的细微差别。

照明模块系统

本公开描述了可用于在制造过程期间为材料检查、质量保证或缺陷检测提供照明的照明模块。照明模块可以是在线组件，其在材料制造过程或后续处理步骤期间将照明提供到移动的材料表面上。照明模块可以被配置成任何适当的配置，以最好地适应预期的操作模式和被表征的特定材料。通常，如本文所述，照明模块可包括发光元件、机械结构、电气系统和可选地光学元件。机械结构可用于各种目的，包括提供支持和允许组装系统的其他组件，以及允许将照明模块耦合到其他系统，诸如制造设备或光传感器。电气系统可以提供与照明模块的发光元件的电连接，向发光元件供应电能，和/或将发光元件与可以控制发光元件的输出的计算机系统集成。光学元件可包括旨在对发射的光束进行整形、缩放或引导的任何光学设备，包括透镜、滤光器和快门以及遮光罩。

图8A-图8C描绘了照明模块的示例性实施方式。图8A以侧视图示出了发光元件830指向左侧的照明模块。发光元件830耦合到光组件板820，光组件板820为发光元件820提供机械支撑和电连接。光组件板820耦合到外壳850，电线860路由穿过外壳850。每个发光元件830还耦合到围绕发光元件830的光学元件840。图8B示出了具有指向观察者的发光元件820的照明模块的正视图。图8C示出了照明模块的横截面的特写视图(比例不同于图8A和图8B)以允许观察照明模块结构的其他细节。光组件板820耦合至中空外壳850。电线860路由穿过外壳850中的中空空间，其中适当的电线865端接在光组件板820上的特定端子处。发光元件830通过电触点835接触光组件板820，使得发光元件830、电触点835、光组件板820上的端子和电线865之间形成电连接。发光元件还耦合到光学元件840，使得光学元件840接触发光元件的表面。

照明模块可包含一个或多个发光元件。发光元件可包括能够产生电磁波谱内光子的任何源，包括伽马射线、x射线、紫外(UV)光、可见光、红外(IR)光、微波和无线电波。发光源可以包括产生光的任何方法，包括发光二极管(LED)、电耗散、荧光、磷光、自发发射、受激发射、化学反应和光电发射。光源可包括LED、灯泡、荧光灯泡和发光管。发光元件可以是永久固定装置或者可以是可移动或可更换的。在一些情况下，发光元件可包括光芯片(例如，LED芯片)。发光元件可以生成特定波长的光(例如，激光)。发光元件可以在特定的电磁波谱范围内生成光(例如，可见光)。发光元件可以生成多于一种类型的光(例如，可见光和IR、UV和可见光)。发光元件可以生成光谱中的光，其作为波长的函数的光子数密度由特征性温度确定。发光元件可发射具有约500K、750K、1000K、1250K、1500K、1750K、2000K、2250K、2500K、2750K、3000K、3250K、3500K、3750K、4000K、4250K、4500K、4750K、5000K、5250K、5500K、5750K、6000K、7000K、8000K、9000K、10000K或大于10000K的特征性温度的光谱。发光元件可以发射具有至少约500K、750K、1000K、1250K、1500K、1750K、2000K、2250K、2500K、2750K、3000K、3250K、3500K、3750K、4000K、4250K、4500K、4750K、5000K、5250K、5500K、5750K、6000K、7000K、8000K、9000K、10000K或大于10000K的特征性温度的光谱。发光元件可以发射具有约10000K、9000K、8000K、7000K、6000K、5750K、5500K、5250K、5000K、4750K、4500K、4250K、4000K、3750K、3500K、3250K、3000K、2750K、2500K、2250K、2000K、1750K、1500K、1250K、1000K、750K、500K或小于500K的特征性温度的光谱。

照明模块可以包括多于一个的发光元件。照明模块可以包括发光元件阵列。发光元件阵列可以以任何可想到的方式布置，例如以线性、圆形、椭圆形、矩形、正方形、对角线或菱形图案布置。照明模块可以包括同质发光元件(例如，每个元件被配置成产生与所有其他发光元件相同类型的光)。照明模块可以包括发光元件的混合物，其中不同的发光元件通过发射的光的类型(例如，UV与可见光、450nm与700nm等)来区分。照明模块可以包括发光元件阵列，其中每个元件能够生成多于一种类型的光(例如，可以发射UV、可见光和红外光的LED芯片)。

照明模块可以包括多于一个的发光元件。照明模块可以包括至少约2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100或大于100个发光元件。照明模块可以包括不大于约100、95、90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、45、40、35、30、25、20、15、10、5个或少于5个发光元件。照明模块每单位长度(例如，cm、m、in、ft等)或单位面积(例如，cm²、m²、in²、ft²等)可以包括特定数量的发光元件。照明模块每单位长度或每单位面积可以包括至少约1、5、10、20、25、50、75、100、150、200、250、500、1000或大于1000个发光元件。照明模块每单位长度或每单位面积可以包括不大于约1000、500、250、200、150、100、75、50、25、20、10、5、1个或大于1个的发光元件。

多个发光元件可以被图案化或定位在照明模块上以产生期望的光输出特点。例如，发光元件可以与相邻发光元件间隔足够的距离以在照明模块被投射到表面上时产生较高光强度的区域和较低光强度的区域。或者，发光元件可定位在足够接近的范围内以产生均匀或基本均匀的光强度分布(例如，从平均光强度值变化不大于1％、5％或10％)。发光元件可以以图案化配置放置，诸如沿着线性或纵轴，或相对于纵轴交错放置。照明模块可以包括多个堆叠的发光元件组(例如，多列或多行发光元件)。发光元件可以以均匀的间距或角度安装在照明模块结构内(即，所有元件沿相同方向发光)或者可以以不同的间距或角度安装。

发光元件可与一个或多个光学组件相关联。光学组件可以引导、缩放或组织由发光元件产生的光束。光学组件可包括透镜、滤光器和反射镜。来自发光元件的光在离开照明之前可以穿过一个以上的光学组件，例如，一系列透镜—准直、聚焦等。光学组件可以耦合到发光元件，使得所有发射的光必须穿过光学组件。光学组件可以直接接触发光元件的表面。光学组件可以直接接触发光元件的发光表面。在一些情况下，光学组件可不物理接触发光元件，使得在发光元件和光学组件之间存在间隙。光学组件可以包括任何可想到的材料，包括玻璃、聚合物、反射涂层、矿物、掺杂剂和光纤材料。在一些情况下，光学组件可以是可模制组合物，其可以在发光元件上模制或成形。在一些情况下，可模制组合物可包括热塑性材料或玻璃。在一些情况下，热塑性材料可以包括丙烯酸聚合物。光学组件可以包括准直、聚焦、散焦、滤光、偏振或散射光的组件。在一些情况下，照明模块可以包含直接接触发光元件(例如，LED芯片)的发光表面的一个或多个透镜(例如，准直透镜)。照明模块还可以包括消除朝向非预期方向的光的方向的光学元件，诸如快门、遮光罩和挡板。例如，照明模块上方和下方的阴影(例如图8A-图8C中描绘的光条)可以防止漫射光被引导到不同于发射光束的预期方向的方向。在一些情况下，照明模块可能没有任何额外的快门、遮光罩或挡板来防止漫射光被指向目标，从而增加指向光束的预期投影区之外的目标上的背景光的量。

透镜或其他光学元件可以具有特定形状，诸如方形、矩形、椭圆形、抛物线形、多项式或半球形。透镜或其他光学元件的尺寸可以设计成适合发光元件。图11描绘了相对于发光元件850的准直半球准直透镜1130(例如，丙烯酸准直透镜)的配置。非准直光束1110穿过透镜1130以形成准直光束1120。基于发光元件的几何形状，光学组件可以具有相对于发光元件850的最佳大小1132(例如，宽度、半径、直径)和间隔或间隙1134。透镜或光学元件可以具有至少约1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、1mm cm、2cm、3cm、4cm、5cm、10cm、20cm、25cm、50cm、1m或大于1m的大小(例如，长度、半径、直径)。透镜或光学元件可以具有不大于约1m、50cm、25cm、20cm、10cm、5cm、4cm、3cm、2cm、1cm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm、2mm、1mm或小于1mm的大小(例如，长度、半径、直径)。透镜或其他光学组件可以在发光元件的表面和光学组件的光首先进入光学组件的部分之间具有间距或间隙。透镜或光学元件可以具有将其与发光元件分开至少约1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、1cm、2cm、3cm、4cm、5cm、10cm、20cm、25cm、50cm、1m或大于1m的间距或间隙。透镜或光学元件可以具有将其与发光元件分开不大于约1m、50cm、25cm、20cm、10cm、5cm、4cm、3cm、2cm、1cm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm、2mm、1mm或小于1mm的间距或间隙。间隙可能是固定的。在一些实施方式中，间隙可以是可调节的，这取决于发光元件和/或透镜的类型。在一些实施方式中，间隙可以在照明模块的操作期间动态地调整，例如以实现各种不同的照明效果/设置。可以例如使用可操作地耦合到透镜和/或发光元件的致动器调节间隙。

照明模块可以包括由机械结构物理支撑的一个或多个发光元件。机械结构可以包括用于固定照明模块的元件的物理结构，以及允许电气元件(例如，电线)的布线路径的空隙空间以及用于诸如电绝缘、热绝缘、电池和传感器的其他组件的空间。图8C描绘了具有用于容纳附加组件的大空隙空间的外壳结构。机械结构还可以耦合到保持发光元件的接合元件。在一些情况下，接合元件可以是发光元件耦合到的板。在一些情况下，接合元件可以包括印刷电路板(PCB)。印刷电路板可以提供有助于与发光元件电连接的电连接、电端子、电线和/或电组件。

机械结构可以包括任何可以想到的建筑材料，包括金属、聚合物、陶瓷、木材和其他材料。照明模块的元件之间的耦合可以通过任何可以想到的方式提供，包括粘合剂(胶水、环氧树脂、树脂等)、固定装置(钉子、螺钉、螺栓、铆钉等)、配件和工程联轴器(例如，与按扣一起的组件)。机械结构可以包括固定照明模块并允许定位的附加支撑元件，例如杆、支架、柱子、支柱、支架、夹具、臂、平台、杠杆、轮子和托梁。照明模块可能能够耦合到制造设备或相关机械。照明模块可能能够自支撑(例如，独立式)。照明模块可以耦合到检测系统的其他元件，例如传感器和计算机系统。机械结构还可以包括允许调节照明模块的位置和取向的组件。照明模块可以包括允许以多达六个自由度(例如，x、y和/或z轴运动)进行调节的组件。调节设备可以包括平移台、液压或气动组件、伸缩或旋转组件以及能够改变照明模块的位置或取向的任何其他组件。

在一些情况下，照明模块还可以包括电子组件。在一些实施方式中，照明模块包括电致动发光元件。发光元件将集成到带有电源(例如，电源插座、电池)的电路中。发光元件和电源之间的电连接可以通过任何可用的方式实现，诸如电线、印刷电路板、电端子、电引脚和电连接器。照明模块还可以包括附加的电气组件，诸如电阻器、电容器、电压互感器、开关和继电器。在一些情况下，发光元件可以包括允许耦合到印刷电路板的电连接器。印刷电路板包括将电流从电源中继到发光元件的导电路径。印刷电路板还可以包括计算机处理器，其接收允许控制照明模块的有线或无线通信。照明模块可包含允许模块通过出口或插座连接到电源的外部电线和插头。照明模块可以包括允许在没有外部电源的情况下操作的一个或多个电池。

照明模块可以耦合到外部或内部计算机系统。计算机系统可以向照明模块提供信号以控制模块的操作。计算机系统可以允许控制输出，包括开/关控制、功率输出、光波长控制以及模块和目标材料之间的方向和距离控制。下面更详细地描述用于与计算机模块集成的计算机系统。

照明模块可以具有预期的或特征占空比。占空比可以定义为在模块性能下降到阈值以下(例如，功率输出小于99％、95％、90％、75％、50％、25％或更少的原始输出)之前照明模块进行的周期数(例如，开/关、高功率/低功率)。照明模块可以具有至少约1000个周期、10000个周期、100000个周期、1000000个周期、10000000个周期、100000000个周期、1000000000个周期或大于1000000000个周期的占空比。照明模块可以具有不大于约1000000000个周期、100000000个周期、10000000个周期、1000000个周期、100000个周期、10000个周期、1000个周期或小于1000个周期的占空比。照明可以具有预期或特征寿命。寿命可以定义为在模块性能下降到低于阈值(例如，功率输出小于99％、95％、90％、75％、50％、25％或更少的原始输出)之前照明模块完全供电的时间量。照明模块可以具有至少约10小时(hrs)、100hrs、1000hrs、1500hrs、2000hrs、2500hrs、3000hrs、3500hrs、4000hrs、5000hrs、10000hrs、50000hrs、100000hrs或大于100000hrs的寿命。照明模块可以具有不大于约100000小时(hrs)、50000hrs、10000hrs、5000hrs、4000hrs、3500hrs、3000hrs、2500hrs、2000hrs、1500hrs、1000hrs、100hrs、10hrs或小于10hrs的寿命。

附加实施方式

本文所述的照明系统和照明系统的各种组件(例如，照明模块或光传感器)可与一个或多个针织机或一个或多个编织机结合使用。一个或多个针织机可以包括，例如，圆形针织机、横编机、经编机、纬编机、直杆针织机和/或横杆针织机。一个或多个编织机可以包括，例如，有梭织机、圆织机、窄幅织物织机、梭织机、喷气织机、喷水织机、剑杆织机、片梭织机、提花织机和/或圆织机。

在一些情况下，本文描述的照明系统和照明系统的各种组件(例如，照明模块或光传感器)可以与一个或多个材料制造和处理机器结合使用。材料制造和处理机器可以包括，例如，纺织品整理机器，例如检验机或拉幅机。如本文所用，拉幅机可以包括用于在湿处理之后干燥和热处理织物的机器。在一些情况下，材料制造和处理机器可以包括被配置成对织物或材料网执行化学、热或机械处理的机器。化学处理可以包括对织物或材料网进行漂白或丝光处理，或者对织物或材料网施加膜、整理剂或抛光剂。在一些示例中，整理剂或抛光剂可包含防水材料、阻燃材料、抗菌材料或绝缘材料。热处理可以包括加热或冷却织物(例如，通过暴露于能够促进热能传递至织物或材料网或从织物或材料网传递热能的热源或流体)。机械过程可以包括例如洗涤、干燥、稳定化、压光、缩绒、粗缩、起绒或剪切。

本文描述的照明系统可以与一个或多个相机和/或一个或多个光模块结合使用，以协助缺陷检测和质量控制。一个或多个相机可以被配置成捕获至少一个检查区的一个或多个图像或视频，该至少一个检查区使用本公开的一个或多个光模块和/或照明系统进行照明。至少一个检查区可以对应于材料、网、片材、织物、纺织品、纸、编织材料、非编织材料、金属、塑料、复合材料或膜的表面、部分、体积或节段。在一些实施方式中，本文所述的照明系统、照明模块和/或相机可与一个或多个圆形针织机兼容地使用。在一些情况下，本文公开的照明模块和/或相机可放置在一个或多个圆形针织机的一部分内。例如，照明模块和/或相机可以放置在一个或多个圆形针织机的织物管内。在其他情况下，照明模块和/或相机可以放置在一个或多个圆形针织机的一部分外。在一些实施方式中，照明模块和/或相机可以放置在一个或多个圆形针织机的织物管外。在一些情况下，第一照明模块和/或相机可以放置在一个或多个圆形针织机内，并且第二照明模块和/或相机可以放置在一个或多个圆形针织机外。在一些情况下，第一照明模块和/或相机可以放置在一个或多个圆形针织机的织物管内，并且第二照明模块和/或相机可以放置在一个或多个圆形针织机的织物管外。

在一些情况下，出于校准目的，照明模块和/或相机可以相对于一个或多个圆形针织机的一个或多个部分或组件是可移动的。一个或多个可移动机构(例如，步进电机或伺服电机)可用于调整照明模块和/或相机相对于使用一个或多个圆形针织机制造或处理的材料表面的位置或取向。

如本文别处所述，一个或多个光传感器可用于检测和接收由照明模块透射并从材料表面反射的光。本文公开的光传感器可与一个或多个圆形针织机一起使用。光传感器可以包括例如一个或多个相机、成像单元或成像传感器。在一些情况下，光传感器可位于一个或多个圆形针织机内。例如，光传感器可以放置在一个或多个圆形针织机的织物管内。在其他情况下，光传感器可以放置在一个或多个圆形针织机的一部分外。在一些实施方式中，光传感器可以放置在一个或多个圆形针织机的织物管外。在一些情况下，第一光传感器可以放置在一个或多个圆形针织机内，并且第二光传感器可以放置在一个或多个圆形针织机外。在一些情况下，第一光传感器可以放置在一个或多个圆形针织机的织物管内，并且第二光传感器可放置在一个或多个圆形针织机的织物管外。

在一些情况下，出于校准目的，光传感器可以相对于一个或多个圆形针织机的一个或多个部分或组件是可移动的。一个或多个可移动机构(例如，步进电机或伺服电机)可用于调整光传感器相对于使用一个或多个圆形针织机制造或处理的材料表面的位置或取向。

图15图示了用于缺陷检测和质量控制的光学检测系统的示例。光学检测系统可以包括一个或多个成像单元，其具有通向一个或多个检查分区的视线。一个或多个成像单元可用于检测缺陷、执行质量控制和/或执行校准。一个或多个检查分区可对应于材料制造或处理机器(例如，圆形针织机)的一个或多个部分或区域，或使用材料制造或处理机器生产的材料的一个或多个部分或区域。一个或多个成像单元可以位于远离材料制造或处理机器。一个或多个成像单元可邻近材料制造或处理机器定位。在一些情况下，一个或多个成像单元可以固定、耦合或附接到材料制造或处理机器的一部分(例如，结构组件)。

在本文所述的任何实施方式中，材料制造或处理机器可以包括针织机。针织机可以包括例如圆形针织机。圆形针织机可以包括一个或多个可旋转组件。在一些情况下，使用圆形针织机制造或处理的材料的至少一部分可以相对于相机旋转。在一些实施方式中，例如如图15所示，一个或多个成像单元可以被固定或设置在预定位置或取向中，使得一个或多个成像单元不随被检材料旋转。在其他实施方式中，例如如图16所示，一个或多个成像单元可以被配置成相对于被检材料移动(例如，旋转和/或平移)。在一些情况下，一个或多个成像单元可以被配置成与被检材料一起旋转。在一些情况下，一个或多个成像单元可设置在圆形针织机的外部或之外。在其他情况下，一个或多个成像单元可设置在圆形针织机的内部或一部分内。在一些实施方式中，可以提供多个成像单元和多个照明模块。多个成像单元可以包括固定的至少第一成像单元和配置成相对于被检材料旋转的至少第二成像单元。多个照明模块可以包括固定的至少第一照明模块和配置成相对于被检材料旋转的至少第二照明模块。在一些情况下，多个成像单元和多个照明模块都可以相对于被检材料固定。在其他情况下，多个成像单元和多个照明模块都可以被配置成相对于被检材料旋转。在一些实施方式中，多个成像单元中的至少一个成像单元可以相对于被检材料固定，并且多个照明模块中的至少一个照明模块可以被配置成相对于被检材料旋转。在其他实施方式中，多个成像单元中的至少一个成像单元可以被配置成相对于被检材料旋转，并且多个照明模块中的至少一个照明模块可以相对于被检材料固定。或者，任一成像单元可相对于被检材料固定或旋转，且任一照明模块可相对于被检材料固定或旋转。

图17示意性地图示了可以使用成像系统监测的各种检查区。成像系统可以包括一个或多个成像单元，用于检测缺陷、执行质量控制和/或校准。如上所述，一个或多个成像单元可以相对于材料制造和处理机器或使用材料制造和处理机器生产和/或处理的材料固定和静止。或者，一个或多个成像单元可以被配置成相对于材料制造和处理机器或使用材料制造和处理机器生产和/或处理的材料移动(例如，平移和/或旋转)。各种检查区可对应于圆形针织机的不同部分或区域或使用圆形针织机制造或处理的材料的不同部分或区域。在一些情况下，检查区可以对应于材料的与圆形针织机的针区相邻的部分。在一些情况下，检查区可以对应于针区下方的材料部分。在一些实施方式中，各种检查区可以对应于制造材料的前部和/或后部。

相机杆和灯杆

在一些情况下，一个或多个相机可以提供在结构上或耦合到结构。该结构可以包括杆或梁。杆或梁可以包括线性节段和/或一个或多个非线性节段。在一些实施方式中，一个或多个相机可以以线性或横向配置提供，这样两个或更多个相机沿同一平面或轴对齐。在其他实施方式中，一个或多个相机可以以非线性配置提供。在一些情况下，相机可以以相同的距离间隔开。在其他情况下，相机可以以不同的距离间隔开。一个或多个相机可以朝向使用机器制造或处理的材料或织物网的表面倾斜。该机器可以包括如本文别处所述的材料制造和处理机器，或任何类型的卷对卷处理机器。卷对卷处理可以包括制造中使用的制造方法，该制造方法(i)将不同的应用嵌入、涂覆、印刷或层压到柔性卷绕基板材料上，或(ii)在基板材料被连续地从一个卷馈送到另一个卷上时物理和/或化学处理或操纵柔性卷绕基板材料。卷对卷处理机器可以包括被称为网路径的一个或多个卷，当它执行许多物理和/或化学操作时，该网路径将基板材料卷绕在这些卷上并通过这些卷。卷对卷处理机器可以被配置成(i)将一种或多种添加剂或减少材料施加到基板上和/或(ii)在基板沿着网移动时物理或化学处理或操纵基板以产生或生产产品或零件。

在一些情况下，一个或多个照明模块可以提供在结构上或耦合到结构。该结构可以包括杆或梁。杆或梁可以包括线性节段和/或一个或多个非线性节段。在一些实施方式中，一个或多个照明模块可以以线性或横向配置提供，这样两个或更多个照明模块沿同一平面或轴对准。在其他实施方式中，一个或多个照明模块可以以非线性配置提供。在一些情况下，照明模块可以以相同的距离间隔开。在其他情况下，照明模块可以以不同的距离间隔开。一个或多个照明模块可以朝向使用机器制造或处理的材料或织物网的表面倾斜。该机器可以包括材料制造和处理机器或如本文别处所述的任何类型的卷对卷处理机器。

在一些情况下，照明模块可以作为灯杆的一部分提供。灯杆可以被配置成定位和/或定向照明模块，使得照明模块能够向材料表面提供低角度光或照明。如本文所用，低角度光或低角度照明可以是指从照明模块发射的光撞击材料表面的角度。在一些情况下，该角度可以量化为光在材料表面上的入射角或与光在材料表面上的入射角相关联。在一些情况下，从照明模块发射的光撞击材料表面的角度可以是至少约0.1度、1度、2度、3度、4度、5度，6度、7度、8度、9度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度、55度、60度、65度、70度、75度、80度、85度、90度或更多。在一些情况下，从照明模块发射的光撞击材料表面的角度可以是至多约90度、85度，80度、75度、70度、65度、60度、55度、50度、45度、40度、35度、30度、25度、20度、15度、10度、9度、8度、7度、6度、5度、4度、3度、2度、1度、0.1度或更小。低角度光或低角度照明可允许检测材料的一些缺陷或质量问题，这些缺陷或质量问题使用例如切向于、正交或垂直于材料表面的表面的光可能不易观察或检测。

在一些情况下，本文描述的相机和照明模块可以与任何类型的卷对卷处理机器兼容地使用。例如，本文描述的照明模块可用于向正在使用卷对卷处理机器产生或处理的材料或产品提供低角度光或低角度照明。材料或产品可以包括，例如，网、表面材料、片材、织物、纺织品、纸、编织材料、非编织材料、金属、塑料、复合材料或膜。本文描述的相机可以被定位、定向和配置成接收透射到材料或产品并从材料或产品的表面或一部分反射的低角度光。相机可以被配置成基于从材料或产品反射的低角度光获得材料或产品(或材料或产品的表面)的一个或多个图像或视频。在一些情况下，该系统还可以包括图像处理单元，该图像处理单元被配置成使用一个或多个图像或视频来检测材料或产品中的一个或多个缺陷，或者对材料或产品执行质量控制。这种质量控制可以在制造或处理材料或产品时进行，或者在制造或处理材料或产品之后进行。如上所述，卷对卷处理机器可以包括配置用于卷对卷处理的机器。卷对卷处理可以包括制造中使用的制造方法，该制造方法(i)将不同的应用嵌入、涂覆、印刷或层压到柔性卷绕基板材料上，或(ii)在基板材料被连续地从一个卷馈送到另一个卷上时物理和/或化学处理或操纵柔性卷绕基板材料。卷对卷处理机器可以包括被称为网路径的一个或多个卷，当它执行许多物理和/或化学操作时，该网路径将基板材料卷绕在这些卷上并通过这些卷。卷对卷处理机器可以被配置成(i)将一种或多种添加剂或减少材料施加到基板上和/或(ii)在基板沿着网移动时物理或化学处理或操纵基板以产生或生产产品或零件。

图18、图19、图20和图21示意性地图示了包括灯杆和相机杆的照明系统。灯杆可以包括一个或多个照明模块，其被配置成在表面材料移动时向可能的检查区提供照明。照明模块可以提供检查材料或网所需的适当照明条件。在一些情况下，当一个或多个照明模块被定位和定向以向材料或网表面上的一个或多个检查区提供低角度光或照明时，可以产生适当的照明条件。在一些情况下，包括一个或多个相机的相机杆可用于捕获对应于检查区和/或在检查区内的材料或网的部分的图像或视频。相机和/或相机杆可以跨越材料或网或其一部分的长度或宽度。

如图19所示，检查区可以对应于正在由材料制造和处理机器或卷对卷处理机器制造或处理的材料或网的若干部分或节段。材料制造和处理机器可以是例如本文其他地方描述的任何类型的编织机。在一些情况下，检查区可以对应于与一个或多个卷相邻的材料或网的一部分。在其他情况下，检查区可以对应于两个或更多个卷之间的材料或网的一部分。检查区可以在三维空间中彼此相对的不同平面上。在一些情况下，不同的平面可以包括平行平面。在其他情况下，不同的平面可以包括以一定角度彼此相交的非平行平面。在一些情况下，出于运输或储存的目的，表面材料可以以卷的形式提供或储存。在这种情况下，检查区可以包括以卷的形式的表面材料的弯曲表面。

图20示意性地图示了与各种类型的经编机兼容的照明系统的示例。该系统可以包括如本文别处所述的相机杆和灯杆。相机杆和灯杆可用于便于检查材料表面或网上的各个区，以用于缺陷检测和/或质量控制目的。在一些情况下，检查区可以对应于与一个或多个卷相邻的材料或网的一部分。在其他情况下，检查区可以对应于两个或更多个卷之间的材料或网的一部分。检查区可以在三维空间中彼此相对的不同平面上。在一些情况下，不同的平面可以包括平行平面。在其他情况下，不同的平面可以包括以一定角度彼此相交的非平行平面。当使用经编机制造或处理材料或网时，可以在不同区域中检查材料或网。

图21示意性地图示了与各种类型的横编机兼容的照明系统的示例。该系统可以包括如本文别处所述的相机杆和灯杆。相机杆和灯杆可用于便于检查材料表面或网上的各个区，以用于缺陷检测和/或质量控制目的。在一些情况下，检查区可以对应于与一个或多个卷相邻的材料或网的一部分。在其他情况下，检查区可以对应于两个或更多个卷之间的材料或网的一部分。或者，检查区可以对应于从横编机的卷悬挂的材料或网的一部分。检查区可以在三维空间中彼此相对的不同平面上。在一些情况下，不同的平面可以包括平行平面。在其他情况下，不同的平面可以包括以一定角度彼此相交的非平行平面。当使用横编机制造或处理材料或网时，可以在不同区域中检查材料或网。

图22示意性地图示了与各种类型的机器兼容的照明系统的示例。各种类型的机器可以包括被配置成物理或化学处理材料的任何类型的机器。该机器可以包括例如卷对卷处理机器。卷对卷处理可以包括制造中使用的制造方法，该制造方法(i)将不同的应用嵌入、涂覆、印刷或层压到柔性卷绕基板材料上，或(ii)在基板材料被连续地从一个卷馈送到另一个卷上时物理和/或化学处理或操纵柔性卷绕基板材料。卷对卷处理机器可以包括一个或多个卷，称为网路径，当它执行许多物理和/或化学操作时，其将基板材料卷绕在这些卷上并通过这些卷。卷对卷处理机器可以被配置成(i)将一种或多种添加剂或减少材料施加到基板上和/或(ii)在基板沿着网移动时物理或化学处理或操纵基板以产生或生产产品或零件。

在一些情况下，可以使用一个或多个相机和一个或多个照明模块来检查材料或网的多个不同区或部分。在一些情况下，第一组相机和第一组照明模块可用于检查第一检查区，并且第二组相机和第二组照明模块可用于检查第二检查区。在一些情况下，可以使用一组相机和一组照明模块来检查一个或多个检查区。在这种情况下，该组相机和该组照明模块可以被配置成改变它们相对于各个检查区的位置和/或取向以提供最佳照明或照明角度和/或最佳图像或视频捕获角度。最佳照明或照明角度可以是例如低角度光或低角度照明。在一些情况下，一个或多个电机可用于调整相机和/或照明模块相对于材料表面或网的位置和/或取向，以检查不同的检查区域以进行缺陷检测和质量控制。

校准

在本文描述的任何实施方式中，可以通过获得材料表面的一个或多个图像并基于一个或多个图像的软件处理优化相机的一个或多个成像参数来执行校准，以实现最佳空间分辨率。成像参数可以包括例如与相机相关联的曝光时间、快门速度、光圈、胶片速度、视野、聚焦区、焦距、捕获率或捕获时间。

在一些情况下，可以使用材料表面的一个或多个图像来校准本文描述的相机，该材料表面可以包括一个或多个校准特征。在一些情况下，本公开的系统可以被配置成实施一种算法来优化相机的一个或多个操作参数(例如，成像参数)以获得最佳空间分辨率或成像性能。该算法可以包括例如基于算法的人工智能或机器学习。一种或多种基于算法的人工智能或机器学习可用于基于材料表面的一个或多个图像或在材料表面上提供的一个或多个校准特征实现校准系统(或本文公开的照明系统的一个或多个组件或子系统或包括本公开的照明系统的任何缺陷检测和质量控制系统)的自适应控制。基于算法的人工智能或机器学习例如可以是无监督学习算法、监督学习算法或其组合。在一些实施方式中，基于算法的人工智能或机器学习可以包括神经网络(例如，深度神经网络(DNN))。在一些实施方式中，深度神经网络可以包括卷积神经网络(CNN)。CNN例如可以包括U-Net、ImageNet、LeNet-5、AlexNet、ZFNet、GoogleNet、VGGNet、ResNet18或ResNet等。在一些情况下，神经网络例如可以是深度前馈神经网络、递归神经网络(RNN)、LSTM(长短期记忆，Long Short TermMemory)、GRU(门控循环单元，Gated Recurrent Unit)、自编码器、变分自编码器、对抗自编码器、去噪自编码器、稀疏自编码器、玻尔兹曼机(BM)、受限玻尔兹曼机(RBM或受限BM)、深度信念网络、生成式对抗网络(GAN)、深度残差网络、胶囊网络或注意力/变换网络(attention/transformer network)。在一些实施方式中，神经网络可以包括一个或多个神经网络层。在一些情况下，神经网络可以具有至少约2至1000个或更多个神经网络层。在一些情况下，基于算法的人工智能或机器学习可被配置成例如实现随机森林、提升决策树、分类树、回归树、装袋树(bagging tree)、神经网络或旋转森林。

在一些情况下，一个或多个相机或成像传感器可以设置在圆形针织机的织物管内。在其他情况下，一个或多个相机或成像传感器可以设置在圆形针织机的织物管外。在一些情况下，一个或多个照明模块可以设置在圆形针织机的织物管内。在其他情况下，一个或多个照明模块可以设置在圆形针织机的织物管外。

在一些实施方式中，一个或多个相机或成像传感器可以固定到圆形针织机的旋转结构或组件。当旋转结构或组件相对于材料表面移动(例如，旋转)时，一个或多个相机或成像传感器可用于获取制造材料的图像和/或视频。当一个或多个相机或成像传感器相对于材料表面移动(例如，旋转)时，一个或多个相机或成像传感器可用于获取制造材料的图像和/或视频。在一些情况下，一个或多个相机或成像传感器可以固定到圆形针织机(例如，固定到圆形针织机的结构组件)并且被配置成在网旋转时捕获制造的网的图像和/或视频。在一些情况下，一个或多个相机或成像传感器可以固定到圆形针织机并且被配置成从圆形针织机的管状部分内捕获网的图像和/或视频。在一些情况下，一个或多个相机或成像传感器可以固定到圆形针织机的旋转结构并且被配置成从圆形针织机的管状部分内获取制造的网的图像和/或视频。

在一些实施方式中，一个或多个照明模块可以固定到圆形针织机的旋转结构或组件。当旋转结构或组件相对于材料表面移动(例如，旋转)时，一个或多个照明模块可用于照亮表面材料或网的一部分。当一个或多个照明模块相对于材料表面移动(例如，旋转)时，一个或多个照明模块可用于照亮表面材料或网的一部分。在一些情况下，一个或多个照明模块可以被固定到圆形针织机(例如，固定到圆形针织机的结构组件)并且被配置成在网旋转时照亮制造的网的一个或多个检查区。在一些情况下，一个或多个照明模块可以固定到圆形针织机并且被配置成从圆形针织机的管状部分内照亮网的一个或多个检查区。在一些情况下，一个或多个照明模块可以固定到圆形针织机的旋转结构并且被配置成从圆形针织机的管状部分内照亮制造的网的一个或多个检查区。

本公开的照明系统可以与一个或多个相机结合使用。一个或多个相机和/或照明模块可以定位在材料制造和处理机器附近或紧邻材料制造和处理机器。一个或多个相机或照明模块可以在材料制造和处理机器的外部。一个或多个相机或照明模块可以设置在圆形针织机内。如本文所用，“在圆形针织机内”可指一个或多个相机或照明模块放置在圆形针织机的周边或物理占地面积内。在一些情况下，“在圆形针织机内”可指一个或多个相机或照明模块靠近圆形针织机的一个或多个内部区域、边缘或组件放置。

在一些情况下，可以调整与照明模块相关联的一个或多个照明参数以用于各种检查区的最佳照明。一个或多个照明参数可以包括例如一个或多个照明模块相对于(i)材料表面或(ii)一个或多个相机的位置和/或取向。

在一些实施方式中，校准单元可以被配置成处理由相机捕获的一个或多个图像以调整照明模块的一个或多个操作参数。一个或多个操作参数可以包括强度、颜色、亮度、温度、波长、频率、脉冲宽度、脉冲频率或控制光/电磁波的透射或光/电磁波的物理特点的任何其他参数。

在一些实施方式中，校准单元可以被配置成基于使用相机捕获的图像优化或校准一个或多个相机和/或一个或多个照明模块。这样的优化或校准可以包括例如调整一个或多个相机或成像单元的焦点、孔径和/或曝光时间。在一些情况下，优化或校准可以包括校准一个或多个照明模块的位置和/或取向，或一个或多个照明模块的操作参数。在一些情况下，一个或多个照明模块可用于生成一个或多个校准特征的光学投影。一个或多个照明模块的操作参数可以包括例如强度、颜色、亮度、温度、波长、频率、脉冲宽度、脉冲频率或控制光/电磁波的透射或光/电磁波的物理特点的任何其他参数。

在一些实施方式中，校准可以包括一种或多种动态校准方法，该动态校准方法可在使用材料制造和处理机器生产或处理纺织材料、织物或网期间实时实施。例如，校准方法可用于在制造或处理纺织材料或网时通过调整照明模块或相机的一个或多个操作参数(例如，光强度、曝光时间、光源的位置、光源的取向等)来动态地优化一个或多个图像分辨率度量。

计算机系统

本公开提供了被编程为实施本公开的方法的计算机系统。图1示出了被编程或以其他方式配置成控制照明模块的计算机控制系统101。计算机控制系统101可以调节本公开的方法的各个方面，诸如，举例而言，控制照明模块的功率密度输出的方法。计算机控制系统101可以实现在用户的电子设备或相对于该电子设备位于远程的计算机系统上。电子设备可以是移动电子设备。

计算机系统101包括中央处理器(CPU，本文也称为“处理器”和“计算机处理器”)105，该中央处理器105可以是单核或多核处理器，或者是用于并行处理的多个处理器。计算机控制系统101还包括存储器或存储器位置110(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪存)、电子存储单元115(例如，硬盘)、用于与一个或多个其他系统通信的通信接口120(例如，网络适配器)，以及外围设备125，诸如高速缓存、其他存储器、数据存储和/或电子显示适配器。存储器110、存储单元115、接口120和外围设备125通过诸如主板等通信总线(实线)与CPU 105通信。存储单元115可以是用于储存数据的数据存储单元(或数据存储库)。计算机控制系统101可以借助于通信接口120可操作地耦合到计算机网络(“网络”)130。网络130可以是因特网、内联网和/或外联网，或者内联网和/或与因特网通信的外联网。在一些情况下，网络130是电信和/或数据网络。网络130可以包括一个或多个计算机服务器，该一个或多个计算机服务器可以实现分布式计算，诸如云计算。在一些情况下，借助于计算机系统101，网络130可以实现对等网络，这可以使耦合到计算机系统101的设备能够充当客户端或服务器。

在一些情况下，计算机系统101可以包括图形处理器(GPU)102和/或用户界面(UI)103以及/或者致动器104。计算机系统101可以包括外部或内部GPU 102。在一些情况下，系统可以包括不止一个计算机系统101或计算机系统的子组件。可以以并行或串行架构布置具有多个计算机系统101或多个GPU 102的系统。计算机系统101或GPU 102可被布置用以增加或优化用于预期应用的系统的计算能力。在一些情况下，一个或多个计算机系统101可以从外部设备(例如，照明模块)发送或接收数据。

CPU 105可以执行一系列机器可读指令，该机器可读指令可以体现为程序或软件。指令可以储存在诸如存储器110之类的存储器位置中。指令可以被引导到CPU 105，随后该指令可以对CPU 105进行编程或以其他方式配置以实现本公开的方法。CPU 105执行的操作的示例可以包括获取、解码、执行和回写。

CPU 105可以是诸如集成电路等电路的一部分。系统101的一个或多个其他组件可以包括在电路中。在一些情况下，该电路是专用集成电路(ASIC)。

存储单元115可以储存文件，诸如驱动程序、库和保存的程序。存储单元115可以储存用户数据，例如，用户偏好和用户程序。在一些情况下，计算机系统101可以包括位于计算机系统101外部(诸如位于通过内联网或因特网与计算机系统101通信的远程服务器上)的一个或多个附加数据存储单元。

计算机系统101可以通过网络130与一个或多个远程计算机系统通信。例如，计算机系统101可以与用户(例如，控制材料或产品的制造的用户)的远程计算机系统通信。远程计算机系统的示例包括个人计算机(例如，便携式PC)、板或平板PC(例如，

iPad、

Galaxy Tab)、电话、智能电话(例如，/>

iPhone、支持Android的设备、

)或个人数字助理。用户可以经由网络130访问计算机系统101。

如本文所述的方法可以通过储存在计算机系统101的电子存储位置(举例而言，诸如存储器110或电子存储单元115)上的机器(例如，计算机处理器)可执行代码来实现。机器可执行或机器可读代码可以以软件的形式提供。在使用期间，代码可以由处理器105执行。在一些情况下，可以从存储单元115检索代码并储存在存储器110上以供处理器105随时访问。在一些情况下，可以排除电子存储单元115，并且机器可执行指令储存在存储器110上。

代码可以被预编译和配置用于与具有适于执行代码的处理器的机器一起使用，或者可以在运行时编译。代码能够以编程语言供应，该编程语言可被选择以使代码能够以预编译或当场编译的方式执行。

本文提供的系统和方法的各个方面，例如计算机系统401，可以在编程中体现。技术的各个方面可以被认为是“产品”或“制品”，通常为承载于或体现在某种类型的机器可读介质中的机器(或处理器)可执行代码和/或关联数据的形式。机器可执行代码可以储存在电子存储单元上，诸如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪存)或硬盘上。“存储”类型介质可以包括计算机、处理器等或其关联模块的任何或所有有形存储器，诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等，它们可以随时提供非暂时性存储以供软件编程。软件的全部或部分可以不时通过因特网或各种其他电信网络进行通信。例如，这样的通信可以实现将软件从一个计算机或处理器加载到另一计算机或处理器中，例如，从管理服务器或主机计算机加载到应用服务器的计算机平台中。因此，可以承载软件元素的另一类型的介质包括光波、电波和电磁波，诸如跨本地设备之间的物理接口、通过有线和光陆线网络以及通过各种空中链路使用的那些介质。承载此类波的物理元件，诸如有线或无线链路、光链路等，也可以被认为是承载软件的介质。如本文所使用，除非限于非暂时的、有形的“存储”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”之类的术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。

因此，诸如计算机可执行代码之类的机器可读介质可以采取许多形式，包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘，诸如任何计算机中的任何存储设备等，诸如可以用于实现附图中所示的数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，诸如这样的计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴电缆；铜线和光纤，包括构成计算机系统内总线的线路。载波传输介质可以采用电或电磁信号的形式，或者采用声波或光波的形式，诸如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间产生的那些。因此，计算机可读介质的常见形式例如包括：软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡纸带、任何其他带有孔图案的物理存储介质、RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或盒、传送数据或指令的载波、传送此类载波的电缆或链路，或者计算机可以从中读取编程代码和/或数据的任何其他介质。这些形式的计算机可读介质中的许多介质可涉及将一个或多个指令的一个或多个序列传送到处理器以供执行。

计算机系统101可以包括电子显示器135或与之通信，该电子显示器135包括用户界面(UI)140，该用户界面(UI)140例如用于提供对照明模块的控制参数的显示。UI的示例包括但不限于图形用户界面(GUI)和基于网络的用户界面。

本公开的方法和系统可以通过一种或多种算法来实现。算法可以通过中央处理器105执行时的软件来实现。例如，该算法例如可以收集用于控制照明模块的用户输入并将输入中继到照明模块以在质量保证或缺陷检测方法期间改变模块的输出。

实施例

实施例1–LED芯片照明模块

照明模块可以由LED芯片阵列构成。LED芯片阵列可以连接到定制的印刷电路板(PCB)。图9示出了在放置准直透镜之前，LED芯片沿纵轴串行固定到PCB的照片。每个LED芯片可以在每个单独芯片中嵌入3种不同的波长：UV(390nm)、IR(940nm)和白光(4000-4500K)，并且PCB可以设计为共用电源线。PCB还可以具有用于协助控制照明模块的定位的校准激光器的线路和连接器，每个线路和连接器分开预定义的距离(例如，27.5cm)-存在N个连接器，N是与照明模块耦合以创建材料感测系统的相机传感器的数目。在每个序列的3个LED芯片之间，可以存在带有金属化孔的切割线，并且电路板的终端带有连接器以驱动LED和激光器。LED芯片可以在PCB处居中，以确保在准直光的亚克力透镜后的最大光输出和亮度均匀性。此外，将织物上的光准直到更窄的波段的定制的亚克力透镜可以用于每个LED芯片，使亮度沿织物图像的垂直轴更加均匀，这对人工智能(AI)算法(质量保证或缺陷检测)更加高效起着至关重要的作用。为了使图像中的亮度均匀，亚克力透镜可以是具有预定半径(例如15mm半径)的半圆形形状，其中折射率在1.48-1.50范围内(在可见光谱中)。图10描绘了用于制造的照明模块的亚克力透镜相对于发光芯片的定位的示意图。下表I-III显示了照明模块的一些属性的总结。

在一些实施方式中，芯片可以以平行配置间隔开。在一些实施方式中，LED芯片可以相对于纵轴以交错、图案化或偏移配置放置。每个LED芯片相对于纵轴的偏移可以定义为从纵轴到LED芯片中心的正交线的距离。

在一些实施方式中，照明模块可以包括每米90个LED芯片。如果模块彼此直接相邻放置，则此数字可以增加。照明模块还在每3个芯片序列处以切割线为特征，以降低由于电气公差导致的亮度错误的可能性。亚克力透镜可用于准直织物中的光，并沿织物图像的垂直轴产生均匀的亮度，其要求如下：半圆形，半径：15mm，折射率：1.48-1.50，并且LED芯片顶表面到透镜之间的距离：20mm。LED PCB和机械结构可以是双向的，以允许从两端向PCB供电。

表I.照明模块的电气属性

表II.照明模块的尺寸属性

生命周期	75,686,400个周期；2800小时

表III.照明模块的生命周期估算

尽管本文已经示出和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员来说显而易见的是，这样的实施方式仅作为示例提供。本发明并不意在受说明书中提供的具体示例的限制。尽管已经参照前述说明书描述了本发明，但本文中实施方式的描述和说明并不意味着被解释为限制意义。在不背离本发明的情况下，本领域技术人员现在将会想到许多变化、改变和替换。此外，应当理解，本发明的所有方面不限于本文阐述的具体描述、配置或相对比例，其取决于多种条件和变量。应当理解，在实施本发明时可以采用对本文描述的本发明实施方式的各种替代方案。因此设想到本发明还应当涵盖任何这样的替代、修改、变化或等价物。所附权利要求旨在限定本发明的范围，并且由此覆盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同物。

Claims (50)

1.一种照明系统，所述照明系统包括：

一个或多个光源，所述一个或多个光源被配置为发光；和

光学元件，所述光学元件与所述一个或多个光源和材料片材光连通，

其中所述光学元件被配置为将所述光引导到所述材料片材上以沿着所述材料片材的一个或多个轴提供照明，所述一个或多个轴与生产所述材料片材的一个或多个方向相关联，并且其中所述照明可用于照亮所述材料片材的目标区域以使得能够在所述材料片材的生产或处理期间检测一个或多个缺陷或确保质量控制。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述光学元件包括一个或多个光组织元件。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述一个或多个光组织元件包括方向改变元件或强度改变元件。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述方向改变元件选自准直透镜、聚焦透镜、聚焦镜、散焦透镜、散焦镜、平面镜、抛物面镜、多边形旋转镜和偏光透镜。

5.根据权利要求3所述的系统，其中所述强度改变元件选自滤光透镜、分束器、二向色镜、光圈、孔径、半透明材料、衰减器、图案化衰减器和开口。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个光源包括一个或多个发光二极管(LED)。

7.根据权利要求6所述的系统，包括芯片，所述芯片包含所述一个或多个LED。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述一个或多个LED包括沿纵轴间隔开的LED阵列。

9.根据权利要求7所述的系统，其中所述光学元件可操作地耦合到所述芯片。

10.根据权利要求7所述的系统，其中所述光学元件模制在所述芯片上。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个光源被配置为发射选自可见光、红外光和紫外光的所述光。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述光包括具有从约10纳米到约1200纳米的波长的一个或多个光束。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个轴包括预定义的轴，所述预定义的轴处于沿着其生产所述材料片材的垂直方向。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述光的光轴横向于材料片材的所述预定义的轴。

15.根据权利要求4所述的系统，其中所述准直透镜具有大致半圆形或半球形的形状。

16.根据权利要求4所述的系统，其中所述准直透镜具有至少约五毫米的半径。

17.根据权利要求1所述的系统，其中所述光学元件与所述一个或多个光源间隔开间隙。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述间隙至少为一毫米。

19.根据权利要求1所述的系统，其中所述光学元件包括透明塑料、半透明塑料、透明玻璃、半透明玻璃、反射金属或反射涂层。

20.根据权利要求1所述的系统，其中所述照明单元被配置成相对于由所述目标区域限定的平面以一个或多个角度引导所述光。

21.根据权利要求20所述的系统，其中所述一个或多个角度的范围从约1度到约360度。

22.根据权利要求1所述的系统，其中所述照明被配置成沿着所述材料片材的所述一个或多个轴产生大致均匀的亮度。

23.一种方法，所述方法包括：

提供照明系统，所述照明系统包括(1)发光的一个或多个光源和(2)与所述一个或多个光源光连通的光学元件；

使用所述光学元件将所述光引导到材料片材上以沿着所述材料片材的一个或多个轴提供照明，所述一个或多个轴与生产所述材料片材的一个或多个方向相关联；和

使用所述照明来照亮所述材料片材的目标区域，以使得能够在所述材料片材的生产或处理期间检测材料质量或一个或多个缺陷或确保质量控制。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述材料片材是纺织品。

25.根据权利要求23所述的方法，其中所述材料片材是金属或金属合金。

26.根据权利要求23所述的方法，其中所述材料片材是纸。

27.根据权利要求23所述的方法，其中所述材料片材是塑料。

28.根据权利要求23所述的方法，其中所述照明包括准直光束或准准直光束。

29.根据权利要求23所述的方法，其中所述照明包括低角度光。

30.根据权利要求23所述的方法，其中所述照明可用于在所述目标区域中产生一个或多个阴影，所述目标区域中的一个或多个阴影可用于实现在所述材料片材的所述生产或所述处理期间所述一个或多个缺陷的所述检测或确保所述质量控制。

31.根据权利要求1所述的系统，其中所述材料片材包括网状物、织物、片材、纺织品、纸、编织材料、非编织材料、金属、塑料、复合材料或膜。

32.根据权利要求1所述的系统，其中所述材料片材是使用材料制造和处理机器提供或制造或处理的。

33.根据权利要求32所述的系统，其中所述材料制造和处理机器包括针织机。

34.根据权利要求33所述的系统，其中所述针织机包括圆形针织机、经编机或横编机。

35.根据权利要求32所述的系统，其中所述材料制造和处理机器包括编织机。

36.根据权利要求32所述的系统，其中所述材料制造和处理机器包括卷对卷处理机器。

37.一种缺陷检测和质量控制系统，所述系统包括：

a.权利要求1所述的照明系统；和

b.一个或多个成像单元，所述一个或多个成像单元被配置成基于从所述一个或多个光源透射并从所述材料片材反射的光来捕获所述材料片材的一个或多个图像或视频。

38.根据权利要求37所述的系统，还包括图像处理单元，所述图像处理单元被配置成基于所述一个或多个图像或视频来检测所述材料片材上的一个或多个缺陷或协助对所述材料片材的质量控制。

39.根据权利要求37所述的系统，还包括校准单元，所述校准单元被配置成校准所述一个或多个光源的位置和/或取向以照亮所述材料片材上的一个或多个检查区。

40.根据权利要求37所述的系统，还包括校准单元，所述校准单元被配置成调整所述一个或多个光源的一个或多个操作参数。

41.根据权利要求40所述的系统，其中所述一个或多个操作参数包括强度、颜色、亮度、温度、波长、频率、脉冲宽度、脉冲频率或控制光/电磁波的透射或光/电磁波的物理特点的任何其他参数。

42.根据权利要求37所述的系统，还包括校准单元，所述校准单元被配置成校准所述一个或多个成像单元相对于所述一个或多个光源或相对于所述材料片材的位置和/或取向。

43.根据权利要求37所述的系统，还包括校准单元，所述校准单元被配置成调整所述一个或多个成像单元的一个或多个成像参数。

44.根据权利要求43所述的系统，其中所述一个或多个成像参数包括与所述一个或多个成像参数相关联的曝光时间、快门速度、光圈、胶片速度、视场、聚焦区、焦距、捕获率或捕获时间。

45.根据权利要求37所述的系统，还包括校准单元，所述校准单元被配置成基于使用所述一个或多个成像单元捕获的所述一个或多个图像或视频调整所述一个或多个成像单元或所述一个或多个光源的位置、取向和/或操作。

46.根据权利要求37所述的系统，其中所述一个或多个成像单元相对于所述材料片材固定。

47.根据权利要求37所述的系统，其中所述一个或多个成像单元可相对于所述材料片材旋转。

48.根据权利要求37所述的系统，其中所述一个或多个成像单元设置在制造或处理所述材料片材的材料制造或处理机器的织物管内部。

49.根据权利要求37所述的系统，其中所述一个或多个成像单元设置在制造或处理所述材料片材的材料制造或处理机器的织物管外部。

50.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个光源被定位和/或取向以在所述材料片材上提供低角度照明。

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