工業4.0、工業物聯網或智能工廠—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、可靠性和信息安全和功能安全。恩智浦不僅設計和生產下一代工業4.0應用核心的創新芯片，而且還集成了工業4.0概念，旨在進一步提高工廠效率。這篇博文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查概念。

　　用例

　　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滿足和超越日益嚴苛的半導體市場需求。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影響供應鏈下游。

　　在裝箱（盒）過程中的出錯概率非常低。因而，操作員很少會遇到錯誤。在如此低的出錯率下，人類行為會導致較高的疏忽概率，即人工檢查也無法發現這種罕見錯誤。作為我們持續改進活動的一部分，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）出廠之前提供狀態證明。

　　技術細節

　　為實現這一計劃，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。我們進行了密切協作來開發基于視覺的邊緣設備，并成功利用兩個公司之間強大的協同效應。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知識，并因此得到業界廣泛認可，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外，Basler還提供完整的應用軟件，對我們的實際用例形成了很好的補充。恩智浦強大的工業級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。

　　在這個特定用例中，我們采用了Basler附加攝像頭套件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的數據傳輸速度。此外，Basler還優化了驅動程序，可輕松與各種i.MX 8M評估板進行集成。

　　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級 i.MX 8M Mini Quad應用處理器，其中以4個Arm? Cortex?-A53@1.6 GHz內核作為主CPU平臺，并以1個Arm Cortex -M4@400 MHz內核作為低功耗/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評估板提供了合適的外設，可滿足本概念驗證的需求。它不僅支持MIPI-CSI攝像頭迷你SAS接頭，還帶有一個1Gbit以太網端口，允許與工廠的制造執行系統（MES）直接進行通信。它是一個節能板，并有足夠多的數字IO信號，能夠與車間的其他設備進行交互。

　　概念驗證

　　i.MX 8M Mini評估板以及Basler附加攝像頭套件安裝在進行目視檢查的站點。?應用處理器已經運行了一個圖像處理算法，由Basler根據潔凈室的特定照明條件進行了調整。該算法使用“經典”的圖像處理方法，如分割和BLOB分析。為了通過以太網與MES后端通信，應用向MQTT代理發送/接收JSON消息。

　　要開始自動目視檢查，將帶有晶圓的運輸箱放置在工業級背光平臺的頂部。Basler攝像頭位于運輸箱上方約一米處，并連接至i.MX 8M迷你板。一旦應用處理器接收到來自MES后端MQTT代理的消息，或者當操作員手動激活連接到評估板的數字輸入時，它就會啟動檢查流程。

　　一旦圖像被Basler攝像頭捕獲并進行了預處理，實際圖像處理算法就會搜索圖像中的盒子，并將其對齊，執行后續步驟（以防盒子傾斜）。

　　在以下處理步驟中，該算法查找空插槽以及傾斜的晶圓盤或未完全插入插槽的磁盤。此外，對盒中的磁盤數進行統計。作為該圖像處理例程的結果，i.MX 8M Mini板向MES發送MQTT消息，檢查結論如下：

　　如果晶圓未在錯誤位置，則顯示OK消息；如果至少有一個晶圓在錯誤的位置，則顯示NOK消息。如顯示NOK消息，將拍攝一張新照片，再次檢查第一個結果。

　　帶有傳輸盒內晶圓數的消息。

　　包含標識哪些晶圓位置錯誤的索引的消息。

　　最后，分析晶圓的16位圖像被傳送到MES，并儲存起來，供工廠處理追蹤。

　　結論

　　嵌入式視覺技術在工廠自動化領域的應用呈不斷上升趨勢，其好處顯而易見。由于外形尺寸不斷變小，功耗越來越低，處理性能日益提高，用嵌入式技術替代大型基于PC的視覺系統變得越來越容易，從而確保打造精簡且經濟高效的解決方案。

　　審核編輯：郭婷