CN107931765A - 废弃pcb板电子元件无损自动分离设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废弃PCB板电子元件无损自动分离设备，其特征在于，分离设备呈“一”字排列，从左到右依次为送料装置、加热装置、分离装置和出料装置；送料装置和出料装置均为皮带传输机，带有电子元件的PCB板经由送料装置落料至加热装置中对焊接面进行升温，再由分离装置对电子元件进行分离，分离产生的PCB光板和电子元件在出料装置中由处在不同高度层面上的传输皮带分别转运出料。本发明综合性能好、可控性强、焊料回收纯度高、能保证电子元件完好无损以及保证PCB光板的完整性，操作安全可靠。

Description

废弃PCB板电子元件无损自动分离设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及废弃PCB板电子元件无损自动分离装置，尤其涉及一种基于电子元件重用、整体性无损拆解的自动化设备。

背景技术

印刷电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)一般由基板、电子元件和焊料三部分组成。随着电器电子产品更新换代速度的加快，包含PCB板的电子废弃物的数量不断增加。各种废弃电器电子产品中，PCB板上的电子元件是容易污染环境的电子垃圾，同时又具有较高的回收再利用价值。一方面，部分拆下的电子元件经过适当处理后可直接用于新产品或低端电子产品；另一方面，在废弃PCB板处理前分离电子元件可以简化后续回收工艺，降低处理成本。为此，在分离PCB板电子元件时既要保证电子元件的完好性，又要达到较高的分离效率，因而使得分离装置和分离工艺变得复杂。

目前对于废弃PCB板进行资源化回收的常规方法是：首先将PCB板上的所有电子元件进行拆除，对价值较高的电子元件进行清理、整形和检测，质量合格者予以重用；然后将不准备再用的电子元件分类进行回收；最后将不含电子元件的PCB光板剪切后破碎成粉末，再通过湿法、干法或火法回收其中的贵重金属。

上述回收工艺中，从PCB板上拆卸分离电子元件经济效益最高，同时也是回收PCB板的一个难点。若不考虑铆接和螺纹连接等非焊接连接，将电子元件从废弃的PCB板上拆卸分离通常需要分两步进行：第一步，加热使PCB板上元器件的引脚焊点升温，使以锡-铅为主的焊料达到熔点而熔化；第二步，在引脚焊料呈熔融的状态下，对PCB板的焊接面施加一定方式的外作用力，使得电子元件的引脚脱离基板上的焊盘，完成“脱焊回收”。

对于废弃PCB板上电子元件的脱焊回收可以采用手工分离的方式，但劳动强度大，效率低下，元器件损坏率高，存在“三废”排放，可能导致环境污染，损害健康；一些自动化脱焊设备复杂、成本高，并不适合广泛应用。

中国专利CN101695706A公开了一种“可将废旧电路板元器件进行产业化整体拆除的设备”，其呈左右并列设置加热槽和振动台，在加热槽和振动台的上方设置左右转动的翻转臂，托料架呈悬臂式固定连接在翻转臂上；振动台的上方设置拍打气锤；振动台的下方，朝向出料一侧设置振动筛网；在振动机架的底部设置焊料收集器，拆下的元器件承接在振动筛网上，粒状焊料通过振动筛网落入焊料收集器；下料架为一框架，其设置弹性粗格筛，线路板支承在粗格筛上，拆下的元器件及焊料块通过粗格筛落下；下料转轴带动下料架向下料一侧翻转。其控制方法是首先将待拆解的PCB板元件面朝上、焊接面朝下放在熔化的焊料中进行加热；然后将PCB板翻转使得焊接面朝上、元件面朝下，放在一个镂空的振动台上进行抖动，同时，一个拍打气锤对着PCB板的焊接面进行连续拍打，从而使得电子元件得到分离；实际应用中其存在各种问题，包括：当PCB板脱离熔融的焊料表面时，其焊接面会粘走一些焊料，从而使得昂贵的焊料逐渐被消耗；PCB板上仍有一些大型电子元器件在加热过程中需要手工摘除，存在电容元件爆炸现象，操作者容易被溅射的高温焊料烫伤；当PCB板面积较小时，气锤经常拍打不到其焊接面，仅靠振动台的抖动，元器件分离效果差；气锤直接拍打PCB板的焊接面时，单面板易被敲碎，元器件易被敲坏；气锤拍打时，元器件、碎板和焊料到处乱溅，清理困难；气锤容易出现故障，其活塞杆和密封圈磨损快。

中国专利CN103286405B公开了一种从废弃印刷电路板上分离元件和焊料的方法，其首先采用棕刚玉颗粒作为加热介质，熔化PCB板焊接面的焊料，然后将PCB板取出，焊接面朝上、元件面朝下，对焊接面施加垂向冲击力，使焊料和元器件得以从PCB板上分离。其存在的问题是：冲击力直接施加在PCB板的焊接面，使得电路板容易被敲碎，元器件也易被敲坏；元器件、碎板和焊料四处飞溅，清理困难。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种综合性能好、可控性强、焊料回收纯度高、能保证电子元件完好无损以及保证PCB光板的完整性，操作安全可靠的废弃PCB板电子元件无损自动分离设备及其控制方法。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明废弃PCB板电子元件无损自动分离设备的特点是：所述分离设备呈“一”字排列，从左到右依次为送料装置、加热装置、分离装置和出料装置；

所述送料装置和出料装置均为皮带传输机，带有电子元件的PCB板经由送料装置落料至加热装置中对焊接面进行升温，再由分离装置对电子元件进行分离，分离产生的PCB光板和电子元件在出料装置中由处在不同高度层面上的传输皮带分别转运出料。

本发明废弃PCB板电子元件无损自动分离设备的结构特点也在于：所述加热装置是在锡炉架上支撑一台温度可调的锡炉，锡炉内盛Sn63A焊料；在锡炉与分离装置之间的位置上设置第一转轴，在所述第一转轴上呈悬伸挂接料框，利用步进电机的转动驱动第一转轴带动料框在竖直平面内翻转，使料框转动至锡炉所在一侧，并以承料状态悬置于锡炉中用于承接送料装置的来料，或使料框翻转至分离装置的上方用于向分离装置中落料；在所述料框与第一转轴之间设置有1度的可转动量。

本发明废弃PCB板电子元件无损自动分离设备的结构特点也在于：所述分离装置是将底部开孔的半球形不锈钢容器放置在可竖向振动的振动台上，并能够随所述振动台产生振动，在所述不锈钢容器的两侧连接有支撑臂，支撑臂的另一端固定设置在第二转轴上，利用由交流伺服电机驱动转动的第二转轴带动支撑臂在竖直平面内转动，使所述不锈钢容器放置在振动台上或翻转至出料装置的一侧落料。

本发明废弃PCB板电子元件无损自动分离设备的结构特点也在于：在所述振动台中、位于不锈钢容器的下方、且朝向出料装置所在一侧呈倾斜设置不锈钢振动筛，在所述振动筛的下方设置焊料收集盘，所述振动筛的出料口与出料装置相接。

本发明废弃PCB板电子元件无损自动分离设备的结构特点也在于：设置所述出料装置包括上层传输皮带和下层传输皮带，不锈钢容器在出料装置中上层传输皮带上落料，振动筛的出料口与出料装置中的下层传输皮带相接。

本发明废弃PCB板电子元件无损自动分离设备的结构特点也在于：所述振动台利用弹簧支撑在振动台基座上，由对称设置在两侧的振动电机驱动振动台产生竖向振动。

本发明废弃PCB板电子元件无损自动分离设备的结构特点也在于：与所述不锈钢容器配套设置有可自动启闭的不锈钢盖，所述不锈钢盖是以立柱为支撑，并有旋转臂与立柱相互铰接形成剪刀叉结构，在所述立柱的顶部铰接安装有驱动气缸，驱动气缸的活塞杆端与旋转臂的尾端铰接，利用活塞杆的伸缩驱动旋转臂在竖直平面内转动，在所述旋转臂的前端安装直线轴承，直线轴承的下端通过万向球与不锈钢盖联接。

本发明废弃PCB板电子元件无损自动分离设备的控制方法的特点是：

控制加热装置使锡炉中内盛Sn63A焊料保持为熔融状态；

待拆解的PCB板是以元件面朝上、焊接面朝下，放置在送料装置的传输皮带上，并设置传输皮带为间歇式送料；

待拆解的PCB板经送料装置送料，保持以元件面朝上、焊接面朝下滑落在料框中，利用步进电机控制料框在焊料中的高度，使得PCB板漂浮在焊料液面上，焊接面与焊料相接触；

步进电机控制第一转轴的转动是以正转和反转交替进行，利用其正转驱动第一转轴的转动，利用其反转使第一转轴在转动过程中形成抖动，利用所述料框与第一转轴之间设置的1度的可转动量放大料框的抖动幅度；

翻转的料框将加热后的PCB板以元件面朝下、焊接面朝上投入不锈钢容器中，在不锈钢容器上加盖不锈钢盖，随后启动振动电机使不锈钢容器处于振动中，实现不锈钢容器中的PCB板电子元件的分离；

复位在锡炉中的料框接受后续来自送料装置的待拆解的PCB板，使得对于PCB板的加热和拆解分离分处在加热装置和分离装置中同时进行。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明中送料、加热、分离和出料各工位呈“一”字排列，紧凑有序且能同时工作，有效提高了设备的运行效率；

2、本发明采用与PCB板焊点相同的材料Sn63A对PCB板焊点进行熔化，回收的焊料纯度高；

3、本发明通过控制第一转轴的正反交替转动使料框产生振动，可以有效抖落PCB板焊接面所黏附的熔融状的焊料，避免了价格昂贵的焊料的流失，提高了焊料的回收率；

4、本发明设置可封闭的半球形不锈钢容器，大型电子元件利用自身重量稍加振动即可脱落，无需人工摘除，能有效提高电子元件的完好性，减轻人力，避免飞溅，安全性好；

5、本发明采用半球形不锈钢容器，PCB板会自动滑向容器底部，能够适应不同型号、不同规格的PCB板，保证振动和分离效果；

6、本发明通过进一步配合设置控制系统，针对锡炉温度、PCB板在锡炉中的加热时长、振动电机的振频和振幅等技术参数均能实现系统设定和控制，使各工序有序工作，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明中加热装置和分离装置结构示意图；

图3为本发明中不锈钢盖结构示意图；

图4a为本发明中半球形不锈钢容器俯视结构示意图；

图4b为本发明中半球形不锈钢容器侧视结构示意图；

图5a为本发明中振动台立体结构示意图；

图5b为本发明中振动台侧视结构示意图。

图中标号：1送料装置、2加热装置、3分离装置、4出料装置、5锡炉架、6锡炉、7料框、8第一转轴、9步进电机、10旋转臂、11驱动气缸、12立柱、13交流伺服电机、14不锈钢盖、15第二转轴、16不锈钢容器、17振动台、18振动电机、19机座、20直线轴承、21万向球、22缓冲垫、23第一销轴、24支撑臂、25弹簧、26橡胶垫、27振动筛、28焊料收集盘、29振动台基座、30第二销轴。

具体实施方式

参见图1，本实施例中废弃PCB板电子元件无损自动分离设备的结构形式是，分离设备呈“一”字排列，从左到右依次为送料装置1、加热装置2、分离装置3和出料装置4。

送料装置1和出料装置4均为皮带传输机，带有电子元件的PCB板经由送料装置1落料至加热装置2中对焊接面进行升温，再由分离装置3对电子元件进行分离，分离产生的PCB光板和电子元件在出料装置4中由处在不同高度层面上的传输皮带分别转运出料。

如图1和图2所示，本实施例中加热装置2是在锡炉架5上支撑一台温度可调的锡炉6，锡炉6内盛Sn63A焊料；在锡炉6与分离装置3之间的位置上设置第一转轴8，在第一转轴8上呈悬伸挂接料框7，利用步进电机9的转动驱动第一转轴8带动料框7在竖直平面内翻转，使料框7转动至锡炉6所在一侧，并以承料状态悬置于锡炉6中用于承接送料装置1的来料，或使料框7翻转至分离装置3的上方用于向分离装置3中落料；在料框7与第一转轴8之间设置有1度的可转动量。

如图2、图5a和图5b所示，本实施例中分离装置3是将底部开孔的半球形不锈钢容器16放置在可竖向振动的振动台17上，并能够随振动台17产生振动，在不锈钢容器16的两侧连接有支撑臂24，支撑臂24的另一端固定设置在第二转轴15上，利用由交流伺服电机13驱动转动的第二转轴15带动支撑臂24在竖直平面内转动，使不锈钢容器16放置在振动台17上或翻转至出料装置4的一侧落料；交流伺服电机13不转动时其转轴为自由状态，保证不锈钢容器16在竖直方向上的振动；振动台17利用弹簧25支撑在振动台基座29上，由对称设置在两侧的振动电机18驱动振动台17产生竖向振动；为了避免冲击，在振动台17的顶面设有球窝状的中间带有通孔的橡胶垫26，不锈钢容器16在振动过程中置于橡胶垫26上，并且与球窝相吻合，利用橡胶垫26可以有效避免冲击，降低噪音。在振动台17中、位于不锈钢容器16的下方、且朝向出料装置4所在一侧呈倾斜设置不锈钢振动筛27，在振动筛27的下方设置焊料收集盘28，振动筛27的出料口与出料装置4相接。

如图1所示，本实施例设置出料装置4包括上层传输皮带和下层传输皮带，不锈钢容器16在出料装置4中上层传输皮带上落料，振动筛27的出料口与出料装置4中的下层传输皮带相接。

如图2、图3、图4a和图4b所示，本实施例中为了对不锈钢容器16在顶部进行封闭，在不锈钢容器16的上方配套设置可自动启闭的不锈钢盖14，不锈钢盖14是以立柱12为支撑，并有旋转臂10与立柱12利用第一销轴23相互铰接形成剪刀叉结构，在立柱12的顶部铰接安装有驱动气缸11，驱动气缸11的活塞杆端与旋转臂10的尾端利用第二销轴30进行铰接，利用活塞杆的伸缩驱动旋转臂10在竖直平面内转动，在旋转臂10的前端安装直线轴承20，直线轴承20的下端通过万向球21与不锈钢盖14联接；直线轴承20和万向球21有效保证了在振动过程中不锈钢盖14与不锈钢容器16之间保持为吻合，在立柱12的不同高度上分别设置上限位挡台和下限位挡台，在上限位挡台和下限位挡台的台面上均设置有缓冲垫22，以使旋转臂10的转动得到限位保护，并在缓冲垫22上得到有效缓冲，避免形成撞击。

当驱动气缸11的活塞杆伸长至最大行程时，旋转臂10带动不锈钢盖14抬升，并在上限位挡台上得到限位，此时即可对不锈钢容器16进行翻转，抬起的不锈钢盖14避免了对不锈钢容器16翻转过程的干扰；当驱动气缸11的活塞杆回缩至最小行程时，旋转臂10带动不锈钢盖14落下，并在下限位挡台上得到限位，此时不锈钢盖14与置于振动台17上的不锈钢容器容器16相吻合，实现对不锈钢容器的封闭。

如图2所示，具体实施中，在振动台基座29的外围设置机座19，利用机座19对第一转轴8和第二转轴15进行支撑。

本实施例中废弃PCB板电子元件无损自动分离设备的控制方法按如下步骤进行：

步骤1：针对待拆解PCB板进行预处理，去除其中的铆接件和螺纹连接件等非焊接连接元件。

步骤2：控制加热装置2使锡炉6中内盛Sn63A焊料保持为熔融状态，可以设置为保持焊料温度不底于290℃。

步骤3：控制步进电机9使得料框7位于锡炉6的上方，并且在左端向上倾斜5°，控制驱动气缸11使得不锈钢盖14抬起。

步骤4：待拆解PCB板以元件面朝上、焊接面朝下，放置在送料装置1的传输皮带上，由间歇式送料的传输皮带将待拆解的PCB板通过送料装置1进行送料，并保持以元件面朝上、焊接面朝下滑落在料框7中，利用步进电机9控制料框7在焊料中的高度，使得PCB板漂浮在焊料液面上，焊接面与焊料相接触。

步骤5：在设定的加热时间达到时，控制步进电机9，使得料架7将加热后的待拆解PCB板从焊料中捞起；在捞起的过程中，步进电机9控制第一转轴8的转动是以正转和反正交替进行，利用其正转驱动第一转轴8的转动，利用其反转使第一转轴8在转动过程中形成抖动，利用料框7与第一转轴8之间设置的1度的可转动量放大料框7的抖动幅度，使捞起的待拆解PCB板中熔融态的焊料在第一时间被抖落。

步骤6：翻转的料框7将加热后的PCB板以元件面朝下、焊接面朝上投入不锈钢容器16中，完成翻转卸料，在不锈钢容器16上加盖不锈钢盖14，随后启动振动电机18使不锈钢容器16处于振动中，实现不锈钢容器16中PCB板电子元件的分离；完成翻转卸料后的料框7在步进电机9的控制下快速复位在锡炉6上方，并以料框7接受后续来自送料装置1的待拆解的PCB板，使得对于PCB板的加热和拆解分离分处在加热装置1和分离装置3中同时进行。

步骤7：在不锈钢容器16中被分离电子元件和细碎焊料掉落在振动筛27上，其中的细碎焊料进一步通过振动筛27的网眼落入焊料收集盘28得到收集；其中的电子元件由倾斜的振动筛27推送到出料装置4的下层传输皮带上实现电子元件的出料；

步骤8：在设定的振动时间达到时，停止振动电机18，驱动气缸11动作揭开不锈钢盖14，随后，交流伺服电机13工作，不锈钢容器16翻转到出料装置4所在一侧，使分离出的PCB光板落料在出料装置4的上层传输皮带上实现PCB光板的出料；

步骤9：利用交流伺服电机13使不锈钢容器16回复在置于振动台上的状态，按相同的方式重复下一循环工作。

对于分离过程中产生的烟尘和有毒、有害气体，可以通过收集和处理实现达标排放。

上述相关过程是在控制系统的支配下自动完成的，实现废弃PCB板电子元件的无损自动分离。

Claims (8)

1.一种废弃PCB板电子元件无损自动分离设备，其特征在于，所述分离设备呈“一”字排列，从左到右依次为送料装置(1)、加热装置(2)、分离装置(3)和出料装置(4)；

所述送料装置(1)和出料装置(4)均为皮带传输机，带有电子元件的PCB板经由送料装置(1)落料至加热装置(2)中对焊接面进行升温，再由分离装置(3)对电子元件进行分离，分离产生的PCB光板和电子元件在出料装置(4)中由处在不同高度层面上的传输皮带分别转运出料。

2.根据权利要求1所述的废弃PCB板电子元件无损自动分离设备，其特征是：所述加热装置(2)是在锡炉架(5)上支撑一台温度可调的锡炉(6)，锡炉(6)内盛Sn63A焊料；在锡炉(6)与分离装置(3)之间的位置上设置第一转轴(8)，在所述第一转轴(8)上呈悬伸挂接料框(7)，利用步进电机(9)的转动驱动第一转轴(8)带动料框(7)在竖直平面内翻转，使料框(7)转动至锡炉(6)所在一侧，并以承料状态悬置于锡炉(6)中用于承接送料装置(1)的来料，或使料框(7)翻转至分离装置(3)的上方用于向分离装置(3)中落料；在所述料框(7)与第一转轴(8)之间设置有1度的可转动量。

3.根据权利要求1所述的废弃PCB板电子元件无损自动分离设备，其特征是：所述分离装置(3)是将底部开孔的半球形不锈钢容器(16)放置在可竖向振动的振动台(17)上，并能够随所述振动台(17)产生振动，在所述不锈钢容器(16)的两侧连接有支撑臂(24)，支撑臂(24)的另一端固定设置在第二转轴(15)上，利用由交流伺服电机(13)驱动转动的第二转轴(15)带动支撑臂(24)在竖直平面内转动，使所述不锈钢容器(16)放置在振动台(17)上或翻转至出料装置(4)的一侧落料。

4.根据权利要求3所述的废弃PCB板电子元件无损自动分离设备，其特征是：在所述振动台(17)中、位于不锈钢容器(16)的下方、且朝向出料装置(4)所在一侧呈倾斜设置不锈钢振动筛(27)，在所述振动筛(27)的下方设置焊料收集盘(28)，所述振动筛(27)的出料口与出料装置(4)相接。

5.根据权利要求3所述的废弃PCB板电子元件无损自动分离设备，其特征是：设置所述出料装置(4)包括上层传输皮带和下层传输皮带，不锈钢容器(16)在出料装置(4)中上层传输皮带上落料，振动筛(27)的出料口与出料装置(4)中的下层传输皮带相接。

6.根据权利要求3所述的废弃PCB板电子元件无损自动分离设备，其特征是：所述振动台(17)利用弹簧(25)支撑在振动台基座(29)上，由对称设置在两侧的振动电机(18)驱动振动台(17)产生竖向振动。

7.根据权利要求3所述的废弃PCB板电子元件无损自动分离设备，其特征是：与所述不锈钢容器(16)配套设置有可自动启闭的不锈钢盖(14)，所述不锈钢盖(14)是以立柱(12)为支撑，并有旋转臂(10)与立柱(12)相互铰接形成剪刀叉结构，在所述立柱(12)的顶部铰接安装有驱动气缸(11)，驱动气缸(11)的活塞杆端与旋转臂(10)的尾端铰接，利用活塞杆的伸缩驱动旋转臂(10)在竖直平面内转动，在所述旋转臂(10)的前端安装直线轴承(20)，直线轴承(20)的下端通过万向球(21)与不锈钢盖(14)联接。

8.一种权利要求1所述的废弃PCB板电子元件无损自动分离设备的控制方法，其特征是：

控制加热装置使锡炉(6)中内盛Sn63A焊料保持为熔融状态；

待拆解的PCB板是以元件面朝上、焊接面朝下，放置在送料装置(1)的传输皮带上，并设置传输皮带为间歇式送料；

待拆解的PCB板经送料装置(1)送料，保持以元件面朝上、焊接面朝下滑落在料框(7)中，利用步进电机(9)控制料框(7)在焊料中的高度，使得PCB板漂浮在焊料液面上，焊接面与焊料相接触；

步进电机(9)控制第一转轴(8)的转动是以正转和反转交替进行，利用其正转驱动第一转轴(8)的转动，利用其反转使第一转轴(8)在转动过程中形成抖动，利用所述料框(7)与第一转轴(8)之间设置的1度的可转动量放大料框(7)的抖动幅度；

翻转的料框(7)将加热后的PCB板以元件面朝下、焊接面朝上投入不锈钢容器(16)中，在不锈钢容器(16)上加盖不锈钢盖(14)，随后启动振动电机(18)使不锈钢容器(16)处于振动中，实现不锈钢容器(16)中的PCB板电子元件的分离；

复位在锡炉(6)中的料框(7)接受后续来自送料装置(1)的待拆解的PCB板，使得对于PCB板的加热和拆解分离分处在加热装置(1)和分离装置(3)中同时进行。