硬盘磁头全自动激光焊接机研制
发布时间：2022-01-02 21:47
硬盘是计算机的一个重要部件,随着计算机技术的飞速发展,硬盘的性能也在不断的提高,磁头摺片组合（英文缩写HGA）作为硬盘的读写部件,是硬盘的重要组成部分,HGA的生产技术也需要不断提高,目前HGA的大规模生产中以人工操作和人工检测的硬盘磁头焊接机不能满足硬盘生产的低成本、高效率的需要,迫切需要得到提高。同时,因为机器人技术的发展,工业机器人能够很好的代替大部分人工作业,因此企业非常需要开发出基于工业机器人的全自动硬盘磁头焊接机。目前在全球的几大硬盘制造企业中,用于HGA磁头焊接的自动化设备都是采用锡焊,它成本低,性能可靠。但焊接的方式多种多样,本文从焊接方式入手,采用激光锡球焊接方式,并提出基于工业机器人的硬盘磁头焊接机研制指标,研制出一种人工辅助少,成本低,效率高的硬盘磁头全自动焊接机。这种焊接机的组成包括机器人上下料平台、激光发生模块、送球模块、焊接定位模块、焊接工艺模块。对焊接机的机械结构和控制系统进行了设计,并分析了设计原理。研究了锡球焊接时的力学原理和影响焊接质量的各种因素,并建立了相关的数学模型。对焊接的关键部件,也是占用焊接成本比例高的焊嘴进行了设计优化,并进行了热力学分析...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硬盘与磁头磁头上有多个金属焊盘，与悬臂飞机仔上的软线路板焊盘连接导通来读写数据
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-见图1-2，焊接机就是负责将磁头的焊盘和飞机仔的焊盘一对一连接导通起来。a)焊接前b)焊接后图1-2磁头焊接位磁头是硬盘中最精密也是工作条件最恶劣的部件，需要在电磁作用、震动、高速飞行等条件下工作，磁头焊接的质量好坏对硬盘的品质有重大影响，很多硬盘损坏是因为剧烈震动和通电不当引发的磁头脱焊问题，硬盘磁头的尺寸也越来越小，需要互连的焊点越来越多，难度高，效率低，需要研究开发一种更加高效、质优、灵活的焊接机。本课题研究的是将当前硬盘行业使用的半自动焊接机设计升级为全自动焊接机，并对焊接工艺进行研究和优化。增加了工业机器人上下料、自动检测坏品、自动加湿防静电等功能，以自动化代替人工，降低生产成本的同时，也减少了因员工失误对质量的影响；优化了焊接机的机械结构和控制系统来达到提高生产效率的目的；并对焊接机的焊接参数建立了数学模型，进行了研究和优化，提高了焊接质量。1.2相关研究与知识综述硬盘是计算机的一个主要部件，它被用来储存数据。自从上世纪五十年代被发明以来，经过几十年的发展，体积从冰箱大小减少到现在的几英寸，储存容量从刚开始的几个MB，发展到今天的几十个TB,数据读写速度也呈几何级增长[1]。人类从未停止对计算机硬盘储存技术的研究，USB闪存、光存储、SSD存储等存储技术相继被发明，传统的硬盘似乎走到了尽头，但由于新的存储技术目前还存在一定的局限性，而传统硬盘也在不断的优化发展，因此，在单位存储容量、数据安全性、性价比等方面，新的存储方式暂时无法与传统硬盘相比。特别是在网络服务器存储方面，计算机网络进入了大数据时代。对服务器的容量有更大的要求，大容量的硬盘比目前存在的其他存储方式有更大的优势，硬盘在服务
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-就要求各生产厂家不得不降低成本、减少报废率、提高生产率。因此机器人换人、机器视觉的运用、全自动生产线的研制在整个制造业蓬勃发展，硬盘行业也不例外。以磁头焊接工序为例，在21世纪初完成了从纯手工焊接操作做到机器半自动化作业的转变。十几年过去了，现在全自动化作业和无人工厂被提上了日程，其目的就是为了在降低成本、提高生产率同时给客户提供更好的产品。磁头作为硬盘中的一个关键部件，其功能是负责硬盘数据的读写[3]。其工作环境比较恶劣，需要在高速、高温、震动甚至微摩擦的环境下工作[4-5]。磁头所在的磁头臂组合所占成本接近整个硬盘生产成本的50%。降低磁头臂组合生产的成本也就是大大降低硬盘的生产成本，大大提高硬盘产品的竞争力。磁头臂组合简称HSA(HeadStackingAssembly)，而HGA是HSA的一部分，磁头焊接是HGA生产工序的一道关键工序，HGA生产需要先通过胶水将磁头贴片到悬臂的飞机仔上，经激光和UV光烘干和检测完好后,焊接机再将磁头焊盘和飞机仔上的软线路板焊盘通过焊锡焊接导通，见图1-3。图1-3磁头臂组合、磁头摺片组合、磁头关系磁头焊接好后还有功能检查、静态测试、清洗、检查、包装等十几道工序，目前都是操作员手工上下料。每一道工序完成后操作员都需要负责将物料拿出和放入机器，工作比较繁重和重复操作，效率比较低甚至还有可能会触碰到产品，造成很多废品。HGA产品非常细小和脆弱，需要在无尘室内生产，轻微的触碰就可能导致变形、污染甚至静电击穿。
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性制造单元生产性能仿真研究[J]. 鲁一凡,李泽龙. 模具工业. 2018(08)
[2]IFR发布最新全球工业机器人统计报告[J]. 陈亮. 机器人产业. 2016(02)
[3]基于MATLAB的非线性曲线拟合方法及应用[J]. 王方方. 赤峰学院学报(自然科学版). 2015(14)
[4]我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J]. 王田苗,陶永. 机械工程学报. 2014(09)
[5]X射线荧光光谱无标样分析在合金材料中的应用[J]. 陈红,王永辉,王炜. 轻工科技. 2013(09)
[6]激光电源参数对焊缝成型及表面质量的影响[J]. 王育召,李凤,王伟. 热加工工艺. 2009(17)
[7]基于差动螺旋机构管件夹具的设计研究[J]. 穆玺清,穆玺红. 机械研究与应用. 2009(02)
[8]我国机器人发展的政策研究报告[J]. 金周英,白英. 机器人技术与应用. 2009(02)
[9]改进激光焊接工艺参数提高焊缝表面质量[J]. 康诗韵. 汽齿科技. 2007 (01)
[10]Nd∶YAG激光深熔焊接过程中小孔的形态特征[J]. 秦国梁,林尚扬. 焊接学报. 2006(01)
硕士论文
[1]磁头臂组件封装的全自动钎焊设备研制[D]. 舒克.哈尔滨工业大学 2010
[2]激光喷射作用下SnAgCu无铅钎料与Au/Ni/Cu焊盘润湿行为的研究[D]. 袁明珠.哈尔滨工业大学 2008
[3]采用双光束CO2激光的玻璃切割技术研究[D]. 李迎霞.华中科技大学 2006
本文编号：3564934
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硬盘与磁头磁头上有多个金属焊盘，与悬臂飞机仔上的软线路板焊盘连接导通来读写数据
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-见图1-2，焊接机就是负责将磁头的焊盘和飞机仔的焊盘一对一连接导通起来。a)焊接前b)焊接后图1-2磁头焊接位磁头是硬盘中最精密也是工作条件最恶劣的部件，需要在电磁作用、震动、高速飞行等条件下工作，磁头焊接的质量好坏对硬盘的品质有重大影响，很多硬盘损坏是因为剧烈震动和通电不当引发的磁头脱焊问题，硬盘磁头的尺寸也越来越小，需要互连的焊点越来越多，难度高，效率低，需要研究开发一种更加高效、质优、灵活的焊接机。本课题研究的是将当前硬盘行业使用的半自动焊接机设计升级为全自动焊接机，并对焊接工艺进行研究和优化。增加了工业机器人上下料、自动检测坏品、自动加湿防静电等功能，以自动化代替人工，降低生产成本的同时，也减少了因员工失误对质量的影响；优化了焊接机的机械结构和控制系统来达到提高生产效率的目的；并对焊接机的焊接参数建立了数学模型，进行了研究和优化，提高了焊接质量。1.2相关研究与知识综述硬盘是计算机的一个主要部件，它被用来储存数据。自从上世纪五十年代被发明以来，经过几十年的发展，体积从冰箱大小减少到现在的几英寸，储存容量从刚开始的几个MB，发展到今天的几十个TB,数据读写速度也呈几何级增长[1]。人类从未停止对计算机硬盘储存技术的研究，USB闪存、光存储、SSD存储等存储技术相继被发明，传统的硬盘似乎走到了尽头，但由于新的存储技术目前还存在一定的局限性，而传统硬盘也在不断的优化发展，因此，在单位存储容量、数据安全性、性价比等方面，新的存储方式暂时无法与传统硬盘相比。特别是在网络服务器存储方面，计算机网络进入了大数据时代。对服务器的容量有更大的要求，大容量的硬盘比目前存在的其他存储方式有更大的优势，硬盘在服务
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-就要求各生产厂家不得不降低成本、减少报废率、提高生产率。因此机器人换人、机器视觉的运用、全自动生产线的研制在整个制造业蓬勃发展，硬盘行业也不例外。以磁头焊接工序为例，在21世纪初完成了从纯手工焊接操作做到机器半自动化作业的转变。十几年过去了，现在全自动化作业和无人工厂被提上了日程，其目的就是为了在降低成本、提高生产率同时给客户提供更好的产品。磁头作为硬盘中的一个关键部件，其功能是负责硬盘数据的读写[3]。其工作环境比较恶劣，需要在高速、高温、震动甚至微摩擦的环境下工作[4-5]。磁头所在的磁头臂组合所占成本接近整个硬盘生产成本的50%。降低磁头臂组合生产的成本也就是大大降低硬盘的生产成本，大大提高硬盘产品的竞争力。磁头臂组合简称HSA(HeadStackingAssembly)，而HGA是HSA的一部分，磁头焊接是HGA生产工序的一道关键工序，HGA生产需要先通过胶水将磁头贴片到悬臂的飞机仔上，经激光和UV光烘干和检测完好后,焊接机再将磁头焊盘和飞机仔上的软线路板焊盘通过焊锡焊接导通，见图1-3。图1-3磁头臂组合、磁头摺片组合、磁头关系磁头焊接好后还有功能检查、静态测试、清洗、检查、包装等十几道工序，目前都是操作员手工上下料。每一道工序完成后操作员都需要负责将物料拿出和放入机器，工作比较繁重和重复操作，效率比较低甚至还有可能会触碰到产品，造成很多废品。HGA产品非常细小和脆弱，需要在无尘室内生产，轻微的触碰就可能导致变形、污染甚至静电击穿。
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性制造单元生产性能仿真研究[J]. 鲁一凡,李泽龙. 模具工业. 2018(08)
[2]IFR发布最新全球工业机器人统计报告[J]. 陈亮. 机器人产业. 2016(02)
[3]基于MATLAB的非线性曲线拟合方法及应用[J]. 王方方. 赤峰学院学报(自然科学版). 2015(14)
[4]我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J]. 王田苗,陶永. 机械工程学报. 2014(09)
[5]X射线荧光光谱无标样分析在合金材料中的应用[J]. 陈红,王永辉,王炜. 轻工科技. 2013(09)
[6]激光电源参数对焊缝成型及表面质量的影响[J]. 王育召,李凤,王伟. 热加工工艺. 2009(17)
[7]基于差动螺旋机构管件夹具的设计研究[J]. 穆玺清,穆玺红. 机械研究与应用. 2009(02)
[8]我国机器人发展的政策研究报告[J]. 金周英,白英. 机器人技术与应用. 2009(02)
[9]改进激光焊接工艺参数提高焊缝表面质量[J]. 康诗韵. 汽齿科技. 2007 (01)
[10]Nd∶YAG激光深熔焊接过程中小孔的形态特征[J]. 秦国梁,林尚扬. 焊接学报. 2006(01)
硕士论文
[1]磁头臂组件封装的全自动钎焊设备研制[D]. 舒克.哈尔滨工业大学 2010
[2]激光喷射作用下SnAgCu无铅钎料与Au/Ni/Cu焊盘润湿行为的研究[D]. 袁明珠.哈尔滨工业大学 2008
[3]采用双光束CO2激光的玻璃切割技术研究[D]. 李迎霞.华中科技大学 2006
本文编号：3564934
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