一种pcb油墨废液处理装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种PCB油墨废液处理装置，包括废液处理管道、激光器、激光驱动及控制系统、转动机构及反应控制器，废液处理管道上设有底盘和转盘，底盘与转盘之间的废液处理管道上设有输氧管道和废液输出管道，转盘之上的废液处理管道上设废液输入管道、双氧水输入管道和硫酸亚铁输入管道；与废液处理管道平行设置有激光器，激光器由激光驱动及控制系统控制，激光驱动及控制系统包括激光温控系统和激光稳频系统；废液处理管道上设置的温度传感器、PH值监测仪和COD监测仪分别连接反应控制器，反应控制器连接输氧管道上的流量计。本实用新型通过激光照射、双氧化水光解以及Fe2+的催化作用，对PCB油墨废液中的有机物进行有效降解，COD去除率可达93％以上。
【专利说明】
一种PCB油墨废液处理装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及PCB废液处理技术，尤其涉及一种PCB生产过程中产生的油墨废液 的处理装置。
【背景技术】
[0002] PCB(印制电路板）的生产工艺复杂，在其不同的生产阶段会有不同的废液产生。 PCB生产过程中产生的油墨废液主要来源于丝网印刷，显影和去膜等工艺，是一种高浓度的 有机废液，其C0D质量浓度可高达15000~18000mg/L，必须进行妥善处理。
【发明内容】
[0003 ]本实用新型提供了一种PCB油墨废液处理装置，通过激光照射、双氧化水光解以及 Fe2+的催化作用，对PCB油墨废液中的有机物进行有效降解，C0D去除率可达93 %以上。
[0004] 为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
[0005] -种PCB油墨废液处理装置，包括废液处理管道、激光器、激光驱动及控制系统、转 动机构及反应控制器，所述废液处理管道的下部设底盘，中部设转盘，底盘与转盘之间的废 液处理管道上设有输氧管道和废液输出管道，转盘之上的废液处理管道上设废液输入管 道、双氧水输入管道和硫酸亚铁输入管道;转盘上与废液处理管道平行设置有激光器，激光 器由激光驱动及控制系统控制，激光驱动及控制系统包括激光温控系统和激光稳频系统； 转盘可在转动机构带动下绕自身轴线转动;废液处理管道上设置的温度传感器、PH值监测 仪和C0D监测仪分别连接反应控制器，反应控制器另外连接输氧管道上的流量计，温度传感 器、PH值监测仪和C0D监测仪、反应控制器和流量计共同组成反应控制系统。
[0006] 所述激光驱动及控制系统包括激光温控系统与激光稳频系统，其中激光温控系统 由主控芯片以及分别与主控芯片相连的温度检测模块、温度控制模块、温度显示模块、串口 通信模块、键盘输入模块、故障检测模块和报警模块组成，其中温度控制模块通过TEC热电 制冷器连接激光器，激光器另外与温度检测模块和故障检测模块连接，串口通信模块另外 连接上位机;激光稳频系统由依次连接的振荡器、混频器、分频器、频率-电压转换器、加法 器、低通滤波器、PID控制器、激光器、光电二极管、偏置器、放大器、耦合器组成，耦合器与混 频器连接，光电二极管另外连接参考激光器。
[0007] 所述反应控制器为单片机、PLC或PC机。
[0008] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0009] 1)通过激光照射、双氧化水光解以及Fe2+的催化作用，对PCB油墨废液中的有机物 进行有效降解，C0D去除率可达93%以上；
[0010] 2)采用激光温控及稳频系统，确保激光输出的准确与稳定，保证PCB油墨废液的处 理效果。
【附图说明】
[0011] 图1是PCB油墨废液处理装置结构示意图。
[0012] 图2是PCB油墨废液处理流程图。
[0013] 图3是激光温控系统原理框图。
[0014]图4是激光稳频系统原理框图。
[0015]图中：1.废液处理管道2.废液输入管道3.双氧水输入管道4.硫酸亚铁输入管 道5.输氧管道6.限流阀7.液压阀8.氧气气源9.底盘10.废液输出管道11.反应控制 器12.转动机构13.传动机构一 14.电机15.传动机构二16.转盘17.激光驱动及控制 系统18.激光器
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步说明：
[0017] 如图1所示，本实用新型一种石墨废液处理装置包括废液处理管道1、激光器18、激 光驱动及控制系统17、转动机构12及反应控制器11，所述废液处理管道1的下部设底盘9，中 部设转盘16,底盘9与转盘16之间的废液处理管道1上设有输氧管道5和废液输出管道10,转 盘16之上的废液处理管道1上设废液输入管道2、双氧水输入管道3和硫酸亚铁输入管道4; 转盘16上与废液处理管道1平行设置有激光器18,激光器18由激光驱动及控制系统17控制， 激光驱动及控制系统17包括激光温控系统和激光稳频系统;转盘16可在转动机构12带动下 绕自身轴线转动;废液处理管道1上设置的温度传感器、PH值监测仪和C0D监测仪分别连接 反应控制器11，反应控制器11另外连接输氧管道5上的流量计，温度传感器、PH值监测仪和 C0D监测仪、反应控制器11和流量计共同组成反应控制系统。
[0018] 激光驱动及控制系统17包括激光温控系统与激光稳频系统，其中激光温控系统由 主控芯片以及分别与主控芯片相连的温度检测模块、温度控制模块、温度显示模块、串口通 信模块、键盘输入模块、故障检测模块和报警模块组成，其中温度控制模块通过TEC热电制 冷器连接激光器，激光器另外与温度检测模块和故障检测模块连接，串口通信模块另外连 接上位机(如图3所示）；激光稳频系统由依次连接的振荡器、混频器、分频器、频率-电压转 换器、加法器、低通滤波器、PID控制器、激光器、光电二极管、偏置器、放大器、耦合器组成， 耦合器与混频器连接，光电二极管另外连接参考激光器(如图4所示）。
[0019] 所述反应控制器11为单片机、PLC或PC机。
[0020] 应用本实用新型的PCB油墨废液处理流程如图2所示，其具体方法如下：
[0021] 向PCB油墨废液中加入由分析纯硫酸亚铁FeS〇4 · 7H20和H2〇2含量为30%双氧水组 成的强氧化剂，且H2〇2加入量为1.1~1.5Qth，Fe 2+/H2〇2的摩尔比为1:16~20;将加入强氧化 剂并搅拌均匀后的PCB油墨废液的PH值调节到3.4~3.6，温度控制在60~70°(：;按8~1217 min的速率向PCB油墨废液中输氧气，同时采用波长为266nm、功率为20~25W的激光均匀照 射60分钟以上;去除PCB油墨废液中的C0D;以上反应进行时，通过反应控制系统自动测试并 显示PCB油墨废液的温度、C0D质量浓度和氧气流量。
[0022] 激光温控系统中的温度检测模块与主控芯片以串行方式通信，将采集的温度数据 发往主控芯片进行实时的监控与显示，也可以通过上位机进行温度预设，通过键盘输入电 路可控制激光器的启停、复位以及手动设定温度；
[0023] 激光稳频系统中的光电二极管测量激光器与参考激光器的拍频频差，通过偏置并 经过放大后与振荡器进行混频，混频之后通过分频器分到频率-电压转换器的工作频率范 围，并直接转换成电压信号，再经过PID控制器反馈回激光器实现相对于参考激光的频率锁 定;输出一个控制电压信号，通过加法器与频率-电压转换器输出的电压相加，再输入到PID 控制器中反馈给激光器，通过设置不同的控制电压实现激光器与参考激光不同频差的实时 锁定，从而实现激光的稳频。
[0024] 以下实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式 和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方 法如无特别说明均为常规方法。
[0025] 【实施例】
[0026] 1)PCB油墨废液处理
[0027] 本实施例在PCB油墨废液中加入分析纯硫酸亚铁(FeS〇4 · 7H20)和双氧水(H2〇2含 量为30%)构成的强氧化剂，在激光照射下，通过双氧水的光解，在Fe2+催化作用下，产生羟 基自由基0H，诱导并激发氧化反应。由于0H自由基具有很尚的氧化电极电势（2.8V)，远尚于 (：1 2、(：102、疆11〇4、03等强氧化剂，因此氧化作用极强；同时011自由基还具有极高的亲电性(其 电子亲合能为569.3KJ)，使其对有机物能进行有效的降解，能够将PCB油墨废液中的高分子 有机物降解成小分子物质。
[0028]本实施例中，PCB油墨废液通过废液输入管道2送入废液处理管道1。调整PCB油墨 废液的PH值为3.5，并将温度升至65摄氏度，按1.3Qth投放双氧水，按Fe2+/H2〇 2= 1:18的比 例投放硫酸亚铁;打开输氧管道5按10L/min速率输氧气，打开激光器18，调整激光波长为 266nm，输出功率20W，并启动转动机构12让激光光源均匀照射PCB油墨废液60分钟以上;COD 去除率达到93 %。
[0029]废液处理管道1采用石英材质制作。转盘16由依次连接的电机14、传动机构一 13、 转动机构12和传动机构二15带动旋转，并实现激光器18围线废液处理管道1的360°旋转照 射。输氧管道5连接氧气气源8,其上还设有限流阀6和液压阀7。
[0030] 反应控制器11可以通过各传感器所采集的数据自动显示废液处理管道1内的温度 (精度为0.09摄氏度），C0D质量浓度，氧气流量，可还设置工作参数，显示倒计时，并自动切 断激光光源。
[0031] 2)激光温控与稳频 [0032] I.激光温控
[0033] 激光器的运行与驱动电流和工作温度密切相关，电流与温度的起伏会引起激光功 率的变化，影响激光输出的准确与稳定。
[0034] 温度对激光器的影响主要有：1)温度对阈值电流的影响，随着温度升高将引起阈 值电流增大，使输出功率下降；2)温度对V-I关系的影响，当注入电流相等时，温度越高的激 光器对应的正向压降也越大;3)温度对输出波长的影响，由于有源层材料的禁带宽度随着 温度升高而变窄，使激射波长向长波方向移动（因此可以用温度控制来微调输出激光的峰 值波长，以满足对波长要求严格的激光器应用）；4)温度对P-Ι曲线非线性的影响，理想状态 下，半导体激光器的P-Ι应该是线性的，PN结过热是产生非线性的原因之一，来源于有源区 横(侧)模的不稳定性也是出现P-Ι曲线非线性的主要原因；5)温度升高还会增加内部缺损， 严重影响激光器的寿命，数据表明，温度每升高25°C，激光器的寿命将减少一半。所以必须 给激光器提供恒定而且高度稳定的工作温度，才能保证激光器稳定的输出功率和输出波 长。
[0035]要对激光器的工作温度进行精确的恒温控制，首先要测量所控制目标的当前温度 值。在本实施例中，采用美国DALLAS公司生产的单线数字温度传感器DS18B20作为检测元 件，与单片机MSP430F449(主芯片）以串行方式通信，以数字信号的形式将当前工作温度值 传输到处理器，经过数据处理后，输出给温度控制模块进行温度的精确控制。
[0036] DS18B20具有结构简单、体积小、功耗小、抗干扰能力强、使用简单等优点。特别适 合与微处理芯片构成温度测控系统，该芯片温测范围为_55°C~+125°C，分辨率为9~12位。 与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程 来实现9~12位的数值读取方式。温度转换功率来源于数据总线，因而使用DS18B20温度芯 片可使系统结构更趋简单。当给DS18B20温度传感器通电后，主芯片MSP430F449可以通过DQ 写入命令，并可读出含有温度信息的数字量。DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高 速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E 2PRAM。高速暂存RAM中第5个字节的内容确定温 度传感器的数字转换分辨率。设定的分辨率越高，所需要的温度转换时间就越长，转换分辨 率由其寄存器R〇、Rl两位的状态决定。在这里，R〇、Rl分别设为1，取分辨率12位，相应的测量 精度为〇. 〇625°C，需要的转换时间为750us。
[0037] 对DS18B20温度传感器复位及写数据工作时序：首先主芯片MSP430F449发出一个 复位脉冲，使传感器复位。主芯片MSP430F449将数据线拉低并保持480~960us，然后再将数 据线进行释放。再由上拉电阻拉高15~60us，后再由温度传感器DS18B20发出低电平60~ 240us。然后主芯片MSP430F449对该传感器写数据。再将数据线拉低，再写入数据。直到写入 的数据有所变化。写数据持续时间应大于60us，且小于120us，两次写操作时间间隔要大于 lus〇
[0038] 主芯片MSP430F449读温度传感器DS18B20数据工作时序：主芯片MSP430F449会先 将数据拉低，在15us之内就得释放单总线，DS18B20温度传感器在数据线上从高电平调低之 后又在短时间内将数据输送到数据线上，再由主芯片MSP430F449立刻读取数据，多次调试 得到此系统中温度传感器DS18B20再完成一个读时序过程，至少需要60us。
[0039]本实施例中，采用了热电效应比较显著、热电制冷功率比较高的热电制冷器 (TEC)。温度传感器将测得温度转变为数字信号，送入处理器进行数据处理后，经过PID控制 器控制后，得出热电制冷器的驱动信号，调整数字电位器值，从而改变驱动电压，经功率放 大后转换成电流驱动热电制冷器TEC。系统的温度控制精度达到0.09摄氏度，保证了激光光 源的长时间稳定。
[0040] 在温度控制过程中，温度传感器和热电制冷器TEC都具有一定的热惯性，可以用一 阶惯性环节来描述，温控系统的传递函数为
[0041；
[0042]式中，Kp表示温度控制的比例系数，τι表示PI环节的积分时间常数；τ2表示惯性时 间常数;S为变量符号。令
[0043]
[0044] 式中，ξ为阻尼比，τι=18,根据温度传感器和TEC的特性参数τ 2约为25s，调节Kp即 可改变阻尼比ξ. ξ太大或者太小都会影响系统的稳定性。试验发现，ξ在0.6~0.8之间时，系 统的响应在最短时间内趋于稳定。
[0045] II.激光稳频
[0046] 在实际应用中，由于激光器的热扰动，电子噪声及处界的机械振动等因素引起的 光频率漂移远远大于激光极限线宽。因此需要减小各种扰动所引起的激光频率漂移，实现 激光频率的稳定。
[0047] 本实施例中，激光器的稳频控制采取主动稳频的方式，将激光器的频率锁定在一 个稳定的参考频率上。当激光频率偏移参考频率时，会产生一个误差信号，通过电子伺服机 构将这一误差信号反馈给激光器的电流驱动器，补偿激光频率的改变，使其回到参考频率 上，从而实现激光稳频。
[0048] 采用光电二极管测量激光器与参考激光器的拍频误差，通过偏置并经过放大后与 本地振荡器进行混频，混频之后通过分频器分到频率-电压转换器的工作频率范围，并直接 转换成电压信号，再经过PID控制器反馈给待锁定的激光器，实现相对于参考激光器的频率 锁定。频率稳定度达到5 X 10-8,保证激光光源的性能长期稳定。
[0049] 以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用 新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范 围之内。
【主权项】
1. 一种PCB油墨废液处理装置，其特征在于，包括废液处理管道、激光器、激光驱动及控 制系统、转动机构及反应控制器，所述废液处理管道的下部设底盘，中部设转盘，底盘与转 盘之间的废液处理管道上设有输氧管道和废液输出管道，转盘之上的废液处理管道上设废 液输入管道、双氧水输入管道和硫酸亚铁输入管道;转盘上与废液处理管道平行设置有激 光器，激光器由激光驱动及控制系统控制，激光驱动及控制系统包括激光温控系统和激光 稳频系统;转盘可在转动机构带动下绕自身轴线转动;废液处理管道上设置的温度传感器、 PH值监测仪和COD监测仪分别连接反应控制器，反应控制器另外连接输氧管道上的流量计， 温度传感器、PH值监测仪和COD监测仪、反应控制器和流量计共同组成反应控制系统。2. 根据权利要求1所述的一种PCB油墨废液处理装置，其特征在于，所述激光驱动及控 制系统包括激光温控系统与激光稳频系统，其中激光温控系统由主控芯片以及分别与主控 芯片相连的温度检测模块、温度控制模块、温度显示模块、串口通信模块、键盘输入模块、故 障检测模块和报警模块组成，其中温度控制模块通过TEC热电制冷器连接激光器，激光器另 外与温度检测模块和故障检测模块连接，串口通信模块另外连接上位机;激光稳频系统由 依次连接的振荡器、混频器、分频器、频率-电压转换器、加法器、低通滤波器、PID控制器、激 光器、光电二极管、偏置器、放大器、耦合器组成，耦合器与混频器连接，光电二极管另外连 接参考激光器。3. 根据权利要求1所述的一种PCB油墨废液处理装置，其特征在于，所述反应控制器为 单片机、PLC或PC机。
【文档编号】C02F1/72GK205527937SQ201620226856
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】张健, 孟令旗, 杨曾光, 陈阳, 王树军, 徐勇, 尹建华, 赵婷婷, 宋羽桐
【申请人】鞍山市正发电路有限公司