工業(yè)4.0、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)或智能工廠—無(wú)論使用哪個(gè)術(shù)語(yǔ)，都指向相同的目標(biāo)：提高工廠車(chē)間的效率、可靠性和信息安全和功能安全。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，而且還集成了工業(yè)4.0概念，旨在進(jìn)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(shù)與Basler公司先進(jìn)的嵌入式視覺(jué)技術(shù)相結(jié)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(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(lái)滿(mǎn)足和超越日益嚴(yán)苛的半導(dǎo)體市場(chǎng)需求。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)?前，操作員將進(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(guò)程中擺放不當(dāng)而影響供應(yīng)鏈下游。

在裝箱(盒)過(guò)程中的出錯(cuò)概率非常低。因而，操作員很少會(huì)遇到錯(cuò)誤。在如此低的出錯(cuò)率下，人類(lèi)行為會(huì)導(dǎo)致較高的疏忽概率，即人工檢查也無(wú)法發(fā)現(xiàn)這種罕見(jiàn)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(jué)應(yīng)用制造商Basler AG展開(kāi)了正式合作。我們進(jìn)行了密切協(xié)作來(lái)開(kāi)發(fā)基于視覺(jué)的邊緣設(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(jué)解決方案方面擁有豐富的專(zhuān)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(jué)應(yīng)用。除了提供經(jīng)濟(jì)高效且功能強(qiáng)大的視覺(jué)系統(tǒng)外，Basler還提供完整的應(yīng)用軟件，對(duì)我們的實(shí)際用例形成了很好的補(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(wàn)像素的dart系列相機(jī)模塊、線(xiàn)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)傳輸速度。此外，Basler還優(yōu)化了驅(qū)動(dòng)程序，可輕松與各種i.MX 8M評(píng)估板進(jìn)行集成。

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4個(gè)Arm? [email protected] GHz內(nèi)核作為主CPU平臺(tái)，并以1個(gè)Arm Cortex -M4@400 MHz內(nèi)核作為低功耗/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)估板提供了合適的外設(shè)，可滿(mǎn)足本概念驗(yàn)證的需求。它不僅支持MIPI-CSI攝像頭迷你SAS接頭，還帶有一個(gè)1Gbit以太網(wǎng)端口，允許與工廠的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)直接進(jìn)行通信。它是一個(gè)節(jié)能板，并有足夠多的數(shù)字IO信號(hào)，能夠與車(chē)間的其他設(shè)備進(jìn)行交互。

概念驗(yàn)證

i.MX 8M Mini評(píng)估板以及Basler附加攝像頭套件安裝在進(jìn)行目視檢查的站點(diǎn)。?應(yīng)用處理器已經(jīng)運(yùn)行了一個(gè)圖像處理算法，由Basler根據(jù)潔凈室的特定照明條件進(jìn)行了調(diào)整。該算法使用“經(jīng)典”的圖像處理方法，如分割和BLOB分析。為了通過(guò)以太網(wǎng)與MES后端通信，應(yīng)用向MQTT代理發(fā)送/接收J(rèn)SON消息。

要開(kāi)始自動(dòng)目視檢查，將帶有晶圓的運(yùn)輸箱放置在工業(yè)級(jí)背光平臺(tái)的頂部。Basler攝像頭位于運(yùn)輸箱上方約一米處，并連接至i.MX 8M迷你板。一旦應(yīng)用處理器接收到來(lái)自MES后端MQTT代理的消息，或者當(dāng)操作員手動(dòng)激活連接到評(píng)估板的數(shù)字輸入時(shí)，它就會(huì)啟動(dòng)檢查流程。

一旦圖像被Basler攝像頭捕獲并進(jìn)行了預(yù)處理，實(shí)際圖像處理算法就會(huì)搜索圖像中的盒子，并將其對(duì)齊，執(zhí)行后續(xù)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(pán)或未完全插入插槽的磁盤(pán)。此外，對(duì)盒中的磁盤(pán)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。作為該圖像處理例程的結(jié)果，i.MX 8M Mini板向MES發(fā)送MQTT消息，檢查結(jié)論如下：

如果晶圓未在錯(cuò)誤位置，則顯示OK消息；如果至少有一個(gè)晶圓在錯(cuò)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(gè)結(jié)果。

帶有傳輸盒內(nèi)晶圓數(shù)的消息。

包含標(biāo)識(shí)哪些晶圓位置錯(cuò)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(chǔ)存起來(lái)，供工廠處理追蹤。

結(jié)論

嵌入式視覺(jué)技術(shù)在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用呈不斷上升趨勢(shì)，其好處顯而易見(jiàn)。由于外形尺寸不斷變小，功耗越來(lái)越低，處理性能日益提高，用嵌入式技術(shù)替代大型基于PC的視覺(jué)系統(tǒng)變得越來(lái)越容易，從而確保打造精簡(jiǎn)且經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。

我們與合作伙伴緊密合作，為工廠自動(dòng)化帶來(lái)創(chuàng)新的機(jī)器視覺(jué)解決方案。這種自動(dòng)化視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)只是恩智浦和Basler技術(shù)的強(qiáng)大協(xié)同作用解決工廠自動(dòng)化領(lǐng)域問(wèn)題的一個(gè)示例。

審核編輯：郭婷