工業(yè)4.0、工業(yè)物聯(lián)網或智能工廠——無論使用哪個術語，都指向相同的目標：提高工廠車間的效率、可靠性和安全性。恩智浦不僅設計和生產下一代工業(yè)4.0應用核心的創(chuàng)新芯片，而且還集成工業(yè)4.0概念以進一步提高工廠效率。這篇博客將向您展示恩智浦如何將自身技術與Basler公司先進的嵌入式視覺技術相結合，為我們的工廠打造全新的目視檢測概念。

應用案例

恩智浦在全球范圍內擁有多家晶圓工廠。每家工廠的質量和效率都處于極高水平。但是，我們一直在尋求方法來超越越來越苛刻的半導體市場要求。如圖1所示，在典型的硅晶圓制造流程中，最后一步是在出廠前對晶圓進行精細包裝并放入運輸箱（wafer box晶圓盒）。

在封閉運輸箱（wafer box晶圓盒）后并進行包裝（充入氮氣）前，操作員將進行目視檢查。這項檢查旨在確保運輸箱（wafer box晶圓盒）中的晶圓處于正確位置（槽位）。這一檢查非常重要，可以避免因為晶圓在運輸過程中擺放不當而對供應鏈下游造成不良影響。

在裝箱（盒）過程中的出錯概率非常低（機械手操作）。因而，操作員很少會遇到錯誤。在如此低的命中率下，人類行為會導致較高的疏忽概率，即人工檢查也無法發(fā)現(xiàn)這種罕見錯誤。作為我們持續(xù)改進活動的一部分，硅晶圓廠正在測試一種用于自動完成目視檢查的新概念。這種自動化功能有望提高效率，并在運輸箱（wafer box晶圓盒）出廠之前提供狀態(tài)證明。

技術細節(jié)

為實現(xiàn)這一計劃，我們與全球領先的計算機視覺應用制造商Basler AG展開了正式合作。我們進行了密切協(xié)作來開發(fā)基于視覺的先進設備，并成功利用兩個公司之間強大的協(xié)同效應。

Basler在工廠自動化和嵌入式視覺解決方案方面擁有豐富的專業(yè)知識并因此得到業(yè)界廣泛認可，有能力打造完整的視覺應用。除了提供經濟高效且功能強大的視覺系統(tǒng)外，Basler還提供有完整的應用軟件，對我們的實際應用案例形成了很好的補充。恩智浦強大的工業(yè)級i.MX 8系列應用處理器確保實時算法高效運行所需的高性能。

在這個特定案例中，我們采用了Basler附加相機套件daA2500-60mci-IMX8-EVK。該套件提供5百萬像素的dart系列相機模塊、線纜、鏡頭以及BCON for MIPI到Mini SAS轉接器，支持高達750 MB/s的數(shù)據(jù)傳輸。此外，Basler還提供優(yōu)化的驅動程序。這些驅動程序經過專門設計，可輕松與各類i.MX 8M評估板配合使用。

我們選擇了恩智浦i.MX 8M Mini評估板8MMINILPD4-EVK作為處理平臺。這款評估板配備工業(yè)級i.MX 8M Mini Quad應用處理器，其中以4x Arm Cortex-A53@1.6 GHz作為主CPU平臺，并以1x Arm Cortex -M4@400 MHz作為低功耗/安全CPU，因此是高效計算圖像處理的理想之選。

此外，i.MX 8M Mini評估板可以提供合適的外圍設備，可以滿足此概念驗證的需求。它支持MIPI-CSI攝像頭mini-SAS連接器；還帶有一個千兆以太網端口，能夠與工廠的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）直接通信。這是一種高能效的電路板，可提供足夠的數(shù)字IO信號，以便與車間中的其他設備交互。

和i.MX 8M Mini評估板（8MMINILPD4-EVK）

概念驗證

i.MX 8M Mini評估板與Basler外掛相機套件一起安裝在用于目視檢查的工作站上。應用處理器上運行的圖像處理算法已經由Basler針對潔凈室中預期的特定照明條件進行微調。該算法使用“經典”圖像處理方法，例如分割和斑點分析。該應用通過向/從MQTT代理發(fā)送/接收JSON消息，通過以太網與MES后端進行通信。

開始自動目視檢查時，首先將裝有晶圓的運輸箱放置在工業(yè)級背光平臺上面。Basler相機位于運輸箱上方約一米處，并連接到i.MX 8M Mini評估板。當從MES后端的MQTT代理接收到消息時，或者操作員手動激活連接到評估板的數(shù)字輸入時，應用處理器便啟動檢查流程。

在Basler相機采集圖像并進行預處理后，實際的圖像處理算法就會在圖像中搜索箱體，并為后續(xù)步驟對齊箱體（以防箱體傾斜）。

在接下來的處理步驟中，算法會在圖像中尋找檢查不正確的可能，比如空插槽、傾斜的晶圓圓盤或是未完全插入插槽的晶圓圓盤。此外，還會對箱內的晶圓圓盤進行計數(shù)。在圖像處理例程得到結果后，i.MX 8M Mini向MES發(fā)送MQTT消息，并得出以下檢查結論：

1. 如果晶圓都位于正確的位置，則顯示OK消息；如果至少一片晶圓位于錯誤的位置，則顯示NOK消息。如果是NOK，則重新拍攝一張照片以再次檢查之前的結果。

2. 顯示運輸箱內晶圓數(shù)量的消息。

3. 包含哪些晶圓位置錯誤的標識索引的消息。

最后，經過分析的16位晶圓圖像會發(fā)送到MES并進行存儲，以實現(xiàn)工廠流程的可追溯性。

本文小結

嵌入式視覺技術在工廠自動化應用領域中的使用中呈現(xiàn)快速上升趨勢，因為其優(yōu)勢顯而易見。得益于尺寸不斷縮小、功耗越來越低，以及處理性能不斷提高，使用嵌入式技術替代基于PC的大型視覺系統(tǒng)變得越來越輕松，從而確保了解決方案的精簡和經濟高效。

我們與合作伙伴攜手并進，為工廠自動化提供創(chuàng)新的機器視覺解決方案。本文中的自動化目視檢查系統(tǒng)只是恩智浦和Basler技術通過協(xié)同效應來解決工廠自動化領域難題的一個例子。

原文標題：i.MX 8M Mini嵌入式視覺解決方案，讓晶圓制造精簡而高效！

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責任編輯：haq