摘要：廢舊電子產品的自動拆解是一個比較棘手的問題，物理機械法對廢舊電子產品的自動拆解是現有技術的發展趨勢。搭建系統主要機械結構，在分析了解機械傳動的前提下，設計一款自動拆解裝置。利用視覺傳感器和加熱夾持裝置實現圖像處理、空氣加熱、自動拆解的動能，最后通過實驗表明該裝置拆解電子產品高效、可靠，且損壞率低。

　　關鍵詞：廢舊電子產品,元器件,自動拆解,視覺圖像處理

　　1引言

　　隨著電子產品更新換代的速度加快，每年有大量的電子廢棄物產生并丟棄，廢舊電路板(PrintedCircuitBoard，簡稱PCB)屬于典型的電子廢棄物，其中含有大量的具有回收價值的元器件金屬非金屬，近年來也受到了研究者的廣泛關注。然而，到目前為止，盡管電子產品的組裝和裝配過程已經實現了很高的自動化，但在拆解方面，仍然處于低技術含量的手工拆解狀態。如何有效地進行廢舊電子產品的資源合理化處理回收，已經成為當前極為關注和亟待解決的問題之一。

　　對于廢舊電子產品，可回收資源主要為外殼塑料、電池以及電路板上的元器件。對于電路板上的元器件，性能完好且價值高的芯片類器件可以直接重復利用，其他元器件可以經分類處理后提取有用物質加以回收利用。本文著重介紹了一種自動拆解電子產品外殼以及拆解電路板芯片的裝置的組成以及工作原理。

　　2設計方案

　　主要分為兩大部分，分別為主機拆解裝置和電路板元器件拆解裝置。主機拆解裝置主要負責將電子產品的外殼、電池和主板自動拆解分離。位于底部的滑槽伺服傳動機構是兩部分裝置的紐帶，主要負責將拆卸下來的主板進行傳送。機器視覺傳感器主要負責匹配和定位高價值芯片，以及對外殼螺絲位置進行定位識別。

　　加熱機構主要負責加熱焊錫使其融化，并保證在夾持機構再分離芯片與主板時焊錫是融化狀態。夾持機構主要負責將高價值元器件從主板上夾取出來。該設備的工作原理是：當廢舊電子產品位于底板上固定時，機器視覺傳感器獲取電子產品外殼固定螺釘位置信息，利用伺服傳動系統，控制拆解裝置分離電子產品外殼、電池和主板，分離完成后，底部滑槽將主板傳送至元器件拆解子裝置，視覺傳感器對主板上高價值元器件進行定位匹配，結合加熱機構，使待拆解元器件區域焊錫加熱融化，再利用夾持裝置，對目標元器件進行夾取，完成一次拆卸。

　　2.1主機拆解裝置

　　主機拆解裝置主要由底板滑槽、機器視覺傳感器、伺服傳動機構、拆解機構組成。機器視覺傳感器安裝于拆解機構內，對廢舊電子產品進行圖像獲取，并將圖像傳回控制系統，控制系統對圖像進行二值化處理、特征識別和邊緣化處理，獲得外殼固定螺釘坐標位置。當收到控制系統發出的運動命令后，伺服傳動機構將帶動拆解機構，運行到指定坐標位置。

　　拆解機構由一個直流電機和可更換處理末端的螺絲刀組成，當拆解機構到達指定位置時，觸發其執行命令，對外殼螺絲進行拆解，分離主板、外殼以及電池。底板位于滑槽上部，可以沿底部滑槽作平移運動，并在滑軌兩端分別安裝有限位開關，使底板在滑動過程中不與邊界發生碰撞，當電子產品被自動拆解后，底板滑槽將主板傳送至元器件拆解裝置，完成后又回到起始位置，迎接下一個廢舊電子產品。

　　2.2電路板元器件拆解裝置

　　電路板元器件拆解裝置主要由加熱機構、機器視覺傳感器、伺服傳動機構、夾持機構組成。機器視覺傳感器固定在頂部橫梁上，對電路板固定臺上的主板進行信息采集，通過模板匹配，獲取可利用芯片大致位置，對圖像采取二值化處理，提取邊緣，確定待取芯片邊緣及其大小，獲取精確位置。伺服傳動機構是整個裝置的鏈接紐帶，負責全部的運動連接，當接收到運動控制命令時，帶動加熱機構和夾持機構運動到指定目標位置。

　　加熱機構對電路板進行預熱、加熱，直至焊錫融化并使其保持融化狀態，此時夾持機構對待取芯片進行夾取，分離元器件與主板。當夾具隨傳動機構運行到右端收集處時，夾具慢慢松開，利用芯片自身重力，落入收集裝置中。電路板元器件的自動拆解是在高溫下(210～240℃)完成，因此夾具的材料選取是經過特殊處理的。加熱機構和夾持機構是電路板元器件拆解裝置設計的關鍵，直接決定著能否完成自動拆卸。

　　考慮到貼片式芯片一般以雙排或矩形引腳為主，通過焊錫固定于電路板上，拆解時無需拆除力。加熱機構由1個環形夾持架和4個小型熱風槍構成，熱風槍固定于環形夾持架上，每個熱風槍可以由控制系統控制張開角度以及高度，以適應不同尺寸的目標芯片。夾持機構由1個豎直連桿和1個真空吸盤組成。豎直連桿安裝于加熱機構環形夾持架中間，可保證加熱和拆除同步進行。真空吸盤固定于豎直連桿底端，當加熱機構對元器件引腳進行加熱時，豎直連桿下移，通過擠壓力排除吸盤內部空氣，大氣壓力將元器件固定于吸盤上。當元器件引腳焊錫融化后，豎直連桿上移，分離元器件和電路板。

　　3實驗

　　3.1主機拆解實驗

　　在視覺傳感器獲取到外殼螺釘位置信息后，傳動機構按照既定路線將拆解機構運送至指定位置，控制螺絲刀之上的直流電機自動拆解螺絲。用不同型號的電子產品(平板電腦為例)進行測試，記錄每次實驗的拆除率，對同一條件下的多次實驗取平均值。在同一實驗環境下，隨著拆解螺釘數量增加，拆解率有所下降，拆解數量在5個左右時，拆解效率最好。另外，相同型號中，拆解效率和螺絲松緊程度以及機器運作時長也有很大關系。但總體來看，機器的拆解效率維持在90%以上，拆除效果比較理想。

　　3.2電路板元器件拆解實驗

　　對主板元器件進行拆解實驗，在視覺傳感器匹配好待取元器件信息后，傳動機構將加熱機構和夾取機構運送至既定位置，進行預熱和加熱，元器件引腳上的焊錫充分熔化，此時夾持機構對待取芯片進行夾取。在同一型號和同一實驗環境下多次實驗取平均值，以及在不同加熱溫度條件下多次實驗取平均值。

　　在同一加熱溫度、同一實驗環境下，不同型號主板的可用芯片拆除效率不同;相同型號、同一實驗環境下，隨溫度升高(溫度范圍為210～230℃)，芯片的拆除率隨之提高，當溫度上升至230℃時，拆除率可以達到85%左右，經檢測，芯片基本無損傷，此時拆除效果最好。因此加熱機構以加熱溫度230℃為設計依據，此時元器件拆除效果比較理想。

　　4結束語

　　本研究針對現有的廢舊電子產品的特點，研制了一種結合視覺處理的廢舊電子產品自動拆解回收裝置，它的拆解速度和拆解效率遠高于人工拆解，并且可以實現拆解自動化。本裝置適合于拆解具有高回收價值的芯片類電子元器件，但并不適合于大批量處理。對于如何處理廢舊電子產品和廢棄電路板提供了一個重要參考。

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　　機械方向刊物推薦：《機械工程學報》創刊于1953年，是由中國科學技術協會主管，中國機械工程學會主辦、機械工業信息研究院承辦的機械工程類高學術水平期刊。國內刊號CN：11-2187/TH，國際刊號ISSN：0577-6686。