工業(yè)4.0、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)或智能工廠——無論使用哪個(gè)術(shù)語，都指向相同的目標(biāo)：提高工廠車間的效率、可靠性和安全性。恩智浦不僅設(shè)計(jì)和生產(chǎn)下一代工業(yè)4.0應(yīng)用核心的創(chuàng)新芯片，而且還集成工業(yè)4.0概念以進(jìn)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(shù)與Basler公司先進(jìn)的嵌入式視覺技術(shù)相結(jié)合，為我們的工廠打造全新的目視檢測(cè)概念。

應(yīng)用案例

恩智浦在全球范圍內(nèi)擁有多家晶圓工廠。每家工廠的質(zhì)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(dǎo)體市場(chǎng)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(duì)晶圓進(jìn)行精細(xì)包裝并放入運(yùn)輸箱（wafer box晶圓盒）。

在封閉運(yùn)輸箱（wafer box晶圓盒）后并進(jìn)行包裝（充入氮?dú)猓┣埃僮鲉T將進(jìn)行目視檢查。這項(xiàng)檢查旨在確保運(yùn)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?yàn)榫A在運(yùn)輸過程中擺放不當(dāng)而對(duì)供應(yīng)鏈下游造成不良影響。

在裝箱（盒）過程中的出錯(cuò)概率非常低（機(jī)械手操作）。因而，操作員很少會(huì)遇到錯(cuò)誤。在如此低的命中率下，人類行為會(huì)導(dǎo)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(cuò)誤。作為我們持續(xù)改進(jìn)活動(dòng)的一部分，硅晶圓廠正在測(cè)試一種用于自動(dòng)完成目視檢查的新概念。這種自動(dòng)化功能有望提高效率，并在運(yùn)輸箱（wafer box晶圓盒）出廠之前提供狀態(tài)證明。

技術(shù)細(xì)節(jié)

為實(shí)現(xiàn)這一計(jì)劃，我們與全球領(lǐng)先的計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用制造商Basler AG展開了正式合作。我們進(jìn)行了密切協(xié)作來開發(fā)基于視覺的先進(jìn)設(shè)備，并成功利用兩個(gè)公司之間強(qiáng)大的協(xié)同效應(yīng)。

Basler在工廠自動(dòng)化和嵌入式視覺解決方案方面擁有豐富的專業(yè)知識(shí)并因此得到業(yè)界廣泛認(rèn)可，有能力打造完整的視覺應(yīng)用。除了提供經(jīng)濟(jì)高效且功能強(qiáng)大的視覺系統(tǒng)外，Basler還提供有完整的應(yīng)用軟件，對(duì)我們的實(shí)際應(yīng)用案例形成了很好的補(bǔ)充。恩智浦強(qiáng)大的工業(yè)級(jí)i.MX 8系列應(yīng)用處理器確保實(shí)時(shí)算法高效運(yùn)行所需的高性能。

在這個(gè)特定案例中，我們采用了Basler附加相機(jī)套件daA2500-60mci-IMX8-EVK。該套件提供5百萬像素的dart系列相機(jī)模塊、線纜、鏡頭以及BCON for MIPI到Mini SAS轉(zhuǎn)接器，支持高達(dá)750 MB/s的數(shù)據(jù)傳輸。此外，Basler還提供優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)程序。這些驅(qū)動(dòng)程序經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，可輕松與各類i.MX 8M評(píng)估板配合使用。

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

此外，i.MX 8M Mini評(píng)估板可以提供合適的外圍設(shè)備，可以滿足此概念驗(yàn)證的需求。它支持MIPI-CSI攝像頭mini-SAS連接器；還帶有一個(gè)千兆以太網(wǎng)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(hào)，以便與車間中的其他設(shè)備交互。

和i.MX 8M Mini評(píng)估板（8MMINILPD4-EVK）

概念驗(yàn)證

i.MX 8M Mini評(píng)估板與Basler外掛相機(jī)套件一起安裝在用于目視檢查的工作站上。應(yīng)用處理器上運(yùn)行的圖像處理算法已經(jīng)由Basler針對(duì)潔凈室中預(yù)期的特定照明條件進(jìn)行微調(diào)。該算法使用“經(jīng)典”圖像處理方法，例如分割和斑點(diǎn)分析。該應(yīng)用通過向/從MQTT代理發(fā)送/接收J(rèn)SON消息，通過以太網(wǎng)與MES后端進(jìn)行通信。

開始自動(dòng)目視檢查時(shí)，首先將裝有晶圓的運(yùn)輸箱放置在工業(yè)級(jí)背光平臺(tái)上面。Basler相機(jī)位于運(yùn)輸箱上方約一米處，并連接到i.MX 8M Mini評(píng)估板。當(dāng)從MES后端的MQTT代理接收到消息時(shí)，或者操作員手動(dòng)激活連接到評(píng)估板的數(shù)字輸入時(shí)，應(yīng)用處理器便啟動(dòng)檢查流程。

在Basler相機(jī)采集圖像并進(jìn)行預(yù)處理后，實(shí)際的圖像處理算法就會(huì)在圖像中搜索箱體，并為后續(xù)步驟對(duì)齊箱體（以防箱體傾斜）。

在接下來的處理步驟中，算法會(huì)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(huì)對(duì)箱內(nèi)的晶圓圓盤進(jìn)行計(jì)數(shù)。在圖像處理例程得到結(jié)果后，i.MX 8M Mini向MES發(fā)送MQTT消息，并得出以下檢查結(jié)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(cuò)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(jié)果。

2. 顯示運(yùn)輸箱內(nèi)晶圓數(shù)量的消息。

3. 包含哪些晶圓位置錯(cuò)誤的標(biāo)識(shí)索引的消息。

最后，經(jīng)過分析的16位晶圓圖像會(huì)發(fā)送到MES并進(jìn)行存儲(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)工廠流程的可追溯性。

本文小結(jié)

嵌入式視覺技術(shù)在工廠自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域中的使用中呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)，因?yàn)槠鋬?yōu)勢(shì)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(shù)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(jiǎn)和經(jīng)濟(jì)高效。

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

原文標(biāo)題：i.MX 8M Mini嵌入式視覺解決方案，讓晶圓制造精簡(jiǎn)而高效！

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