机器视觉是用机器代替人的眼睛来测量和判断的一种设备。传统的机器视觉光学自动检测装置都使用一个摄像头和一个照明光源来检测待测物体的一个表面。如果需要检测多个表面,则需要含多组摄像头的机器视觉光学检测设备。用这种方式来完成检测任务有成本高与可靠性低的缺点。本文提出并研究了两种新型的光学检测装置,它们可以同时检测同一物体(半导体致冷器件晶粒)的两个面。采用MIL10软件分析处理了所采集的图片,获得了初步的检测实验结果。该检测技术方案具有结构简单、安装方便、成本低等优点。第一章详细介绍了机器视觉行业发展近况、半导体致冷器件晶粒检测课题研究目的和意义,对本文的主要内容与创新点进行了简要的说明。第二章描述了光学自动检测系统的总体构成与工作原理。该系统主要包括光学成像模块与软件处理模块,其中光学成像模块由相机、成像镜头和照明光源构成。光学成像模块用于采集半导体致冷器件晶粒的图像,而软件处理模块则对光学成像模块所成图像进行处理。第三章提出并研究了一种可以同时测试相对两个面的光学检测装置。该光学检测装置主要创新之处在于将二次反射直角棱镜置于待测物体下方,使其对物体下表面起光学转像的作用。工作原理为:待测物体的上表面被照明后,通过远心成像镜头成像在相机靶面的左侧。物体下表面经直角棱镜两次反射后通过同一远心成像镜头成像在相机靶面的右侧。因此获得了对同一待测物体相对两个表面的同时成像与检测。另一方面,由于物体相对两面成像光路的等效几何光程是不相等的,所以需要选用足够大景深的远心成像镜头使之对具有一定光程差的相对两个面同时实现清晰成像的目的。基于上述提出的新型光学检测装置的原理,我们搭建了该光学检测实验装置。我们选择一个斜边长度为3.6mm的二次反射直角棱镜和型号为DH110-03F50的大景深远心成像镜头,该成像镜头视场大小为17×12.8mm,分辨率为100线对/mm,景深为6mm。实验采用IMC 750GC摄像机,该相机的像元大小为2.2um,CCD靶面大小为1/2.5英吋,像素阵列为2588×1940。利用上述实验装置,分别对几组合格与不合格品晶粒样品进行了静态检测实验。所得图片图像清晰,但由于直角棱镜光线反射率低,相对的两面图像对比度差异大,后期需要改进。第四章提出并研究了一种可以同时检测相邻两个面的自动检测装置。该装置的工作原理与第三章所述装置类似:一束光透过分光镜直接照明晶粒的侧表面,该表面通过远心成像镜头成像在相机靶面的左侧。另一束光经分光镜反射后再通过直角棱镜二次反射,物体底面同样经远心成像镜头成像在相机靶面的右侧。因此获得了对同一晶粒相邻两个表面的同时成像与检测。由于待检测物为半导体致冷器件晶粒,且检测精度不变,实验依旧采用IMC 750GC摄像机与DH110-03F50的大景深远心成像镜头。此外,选择斜面长为70.7mm的直角棱镜以及边长为15mm的分光镜。再分别对几组合格与不合格品晶粒样品进行了静态检测实验。从实验结果来看,得到的图像清晰可辨,但背景干扰较多,需要后期优化。第五章依据半导体致冷器件晶粒的特征,运用一种图像处理方法实验验证晶粒表面缺陷与尺寸缺陷的静态检测的可行性。该方法主要包括图像预处理,面积检测,表面缺陷检测,边长检测等步骤。经过对第三章与第四章的典型图像进行处理,结果表明该图像处理方法适合用于晶粒的静态检测。本文探讨了两种同时检测同一物体两个面的光学检测原理与技术以及晶粒检测算法。搭建了采用直角反射棱镜获得晶粒第二个面成像的光学检测装置并完成了物体两面同时检测的初步实验研究。实验结果表明,该检测方法可以实现双面同时检测的目的并具有结构简单,降低成本之优点。该检测技术可望在半导体致冷器件晶粒的光学自动检测系统中获得应用。