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Sunday, March 11, 2007

蓮霧光波分級機

蓮霧光波分級機引進應用介紹

.農委會高雄場 游景昌.

一、前 言

水果採用人工目測分級選別工作非常辛苦,且易造成人為誤差。為提昇品質分級及建立品牌形象,促進產業運銷技術升級,農委會補助屏東縣枋寮鄉農會引進乙套日製「蓮霧光
波分級機」,造價3,500萬元。自90年度開始接受果農登記營運服務,提供光波分級蓮霧產品供應市場,運銷作業採共選共計方式,亦即集中生產者的蓮霧,以預定的設定標準進行選別分級後,進行分級包裝,使其成為商品化之產品,流通於市場,再將販賣所得依分級後的比例支付農民。

本套設備之糖度機及影像機攝影機(CCD)
在作業前需分別先行溫機2小時及1小時以上,設有定時自動起動糸統,可依作業需求設定。規劃設計供果6個人工,收集、包裝等12人工,總共使用18個人工;操作時給料方式由人手把果粒單粒化放在輸送滾輪上,果粒間隔需2支滾柱以上,果粒隨即被輸送分別通過糖度及影像檢測裝置進行分級,最後完成掉落在對應等級出料集果平台上,供人工收集裝箱。當人工供料發現裂果等不良品時則剔除不放入輸送機,並以按推鈕方式將不良品個數鍵入電腦,作為最後自動計價支付修正。

本人曾參與協助該機引進及輔導營運,本文僅介紹該機設備及目前使用情況 (圖1~4),並針對其缺點及未來發展提出個人看法,供相關機械研發之參考。

二、主要設備及作業方式

該機採用近紅外線(NIR)檢測水果內部糖度,並利用影像攝影機(CCD)偵測水果外部色澤與大小,經由電腦運算將蓮霧依外觀大小、糖度、色澤綜合判定後再依設定分級標準分為1A、2A、3A、1B、2B、3B、1C、2C、3C九個等級。本套設備由日本各廠家整合而成,採聯合方式規劃設計,糖度機方面由三井金屬鈜業株式會社生產,石井工業株式會社則負責輸送、影像處理設備等。分級機全長21.7公尺,主要分為人工供果區、偵測區及出料收集區。偵測區架設內、外部品質檢測設備,蓮霧由輸送裝置輸送,分別通過糖度及影像偵測裝置進行非破壞檢測。該設備另包括進貨輸送系統、自動紙箱成形封底機、自動封箱機等週邊設備,以下僅就分級設備部門作一簡介。

1. 果粒輸送機
輸送部門係由1008支輸送滾柱由輸送鏈條等串聯組成,全長21.7公尺,主要承接人工單粒化供果及輸送蓮霧進入選別部進行分級,同時配合電腦判定於出料區設定位置自動傾倒輸送滾柱將果粒排出。輸送機構設計移動速度每秒50公分,速度可調控,規劃分級工作能力每秒3粒,最前端長6.5公尺為人工供果區。

2. 糖度分級機
乃利用近紅外光(二只光源)射在水果表面,以偵測光反射量的方法來判別水果內部糖度值,屬反射型,糖度(Brix)檢測範圍5 ~25度。本偵測設備包含水果溫度及內部糖度偵測兩部門,前端先利用紅外光量測水果表面及週邊溫度,以供NIR預測糖度之修正值。近紅外光偵測位置選在蓮霧最大果寬處,量測時如水果外表有水份存在,會影響其分級精度結果,造成極大之誤差。本機每小時自我診斷一次,約10秒鐘。

因受蓮霧產期等影響,糖度機需每星期作一次檢量線校正,俾確保分級準確性,校正時每次取樣20粒,以當天採收新鮮代表性蓮霧為主。糖度判定設定分A、B、C三級及格外品,其值可依市場需求由電腦設定。配合蓮霧品牌水果品質標準,目前設定三級水果糖度值分別係為11.5度(Brix)以上、11.5~10度及9.9度以下。

3. 色澤、大小分級機
主要利用2部CCD攝影機,在偵測室上方及側面各1部,大小判定是以2部攝影機所取得蓮霧影像加以計測,最後換算成重量,大小設定分成1、2、3階級及格外品。目前設定三級大小分別為141克以上、140~111克及110克以下。

色澤偵測因受蓮霧果蒂端色澤較淺特色之限制,因此僅使用側面的攝影機取得之影像作用為判定分級,並以蓮霧果尾端三分之一的區域作為判定色值的對象。評價尺度上設定100個階段以紅、黑色為最高評價,設定A、B、C三個英文字母表示顏色等級。目前設定色澤值分別為81以上、80~77及76~70等三級。

4. 電腦控制室
電腦室內放置控制生產線的電腦,大致分為計測系統用電腦及控制管理用電腦二大類。計測用電腦掌管輸送、影像處理和糖度感應功能。控制管理用電腦用來連接生產線管理每個農戶的資料,列印選果傳票及每天累計篩選結果等資料。

5. 出料集果裝置
蓮霧經計測系統用電腦評價等級後,在對應等級出料口地方之輸送滾柱會傾倒使蓮霧拋落在集果平台上。本機共設11級出料平台,每級出料槽長寬分別為90、100公分,上舖設軟質墊材供承接分級掉落之果粒,避免損傷,其中最後端之二級分別為格外品(糖度7度以下及單粒重65公克以下),及因兩粒果間距太近造成電腦無法判斷良否的果品。評價後的蓮霧落入該屬的出口,再藉由人工以收集進行裝箱或裝盒作業。

6. 操控面板
主要控制選果系統之運轉,輸送機起動、調速及停止,輸入個別農戶資料,及登錄腐壞等不良果。當有異常狀況會發出警示燈及警示鈴。

三、作業功能及缺失

國內首次推出以光波進行蓮霧分級後,獲得相當迴響,市場上甚獲承銷人之認同與肯定。依據屏東縣枋寮鄉農會統計指出,光波分級蓮霧與一般蓮霧間的價差每公斤批發市場價格較同級品高二至四成,市場售價亦較穩定。

利用機械有助於知識管理,除了建立品管落實品質分級,同時記錄每一批選果資料,透過電腦分析得知個別農戶栽植蓮霧品質好壞,供栽培管理方法改進之參考依據。本機作業功能及缺失如下:

  1. 為避免果粒相互碰撞產生損傷,掉落在收集平台上之蓮霧必須隨即以人工收集,以防蓮霧互碰損傷。目前分級之蓮霧未能直接自動裝箱或裝盒,與原先規劃需求功能出入甚大。
  2. 受制於採用人工供料、收集包裝等因素,工作效率無法提昇,實際作業能力約僅設計值的1/2量 ,亦即每天八小時僅可處理3~4 噸蓮霧。本機供料部設計可同時容納六個人工作業,因使用同一線輸送機,形成在前、後段輸送機上可容納供料空間不同,後段區往往為尋找供料空間導致工作效率不佳。
  3. 糖度偵測方面,調查100個樣品,電腦預測與實際破壞性量測之誤差值為0.413度。
  4. 在重量、色澤方面,因由影像計測換成重量計價,不同產區因果實密實性不同,致使統計誤差值較大。色澤分級上經多次修改,目前功能表現尚稱良好,但色澤上紅與黑的分級指標尚未合理訂定完成,色澤僅分成三階,每級顏色值深淺差異範圍大較受果農爭議,生產高品質蓮霧果農往往不願參加共選運銷作業。
  5. 製造商在NIR等重要設備均加以保密,禁止使用者拆卸相關組件,關鍵維修技術未完全提供,主要維修保養需依賴日方,基本維護費每年需60萬元。考量使用年限、使用量、工資、電費、維修等因素,每公斤蓮霧分級之成本不低。目前農會承接農民分級包裝之代工費為每公斤收費10.5元。

四、發展及建議

為提昇品質分級,滿足市場之需,發展水果內、外品質兼具之精密分級機有其迫切性。蓮霧皮薄多汁,因外觀色澤、大小、果實硬脆度等差異甚大,比較其他水果不易分級,如能將此分級機國產化,不但維修保養、零件取得方便,而且可大幅降低分級成本及提昇農業自動化程度。目前國內學術研究單位已針對分級心臟部分包含糖度、色澤等建立良好之基礎研究,正整合開發線上作業機,期待不久將有國產光波分級機造褔農民。

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