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手提式水果糖酸度檢測機是我在這家公司最後一樣研發作品,雖然硬體已定型不會再更改,軟體仍算是"未完成"的狀態


硬體當然還有可改進的空間,工X院也是看上這點找來公司,希望能接手繼續改良。但結果就如我在討論時所提出的,找不到可用特定規格的零件。工X院轉而尋求低階規格的零件,這樣就不是改良而是改爛,後來這件事也就沒有下聞


研發的源起是在台南某個大案子之後,由於台南這個案子耗時久又虧損甚大,當初技轉的成本不只沒有回收還倒貼。老闆痛思之後認為同樣的機器不宜再製造銷售,但又不甘技轉的成本的損失,轉而要求開發可以帶著走的手提式版本


研發之初當然是先調查市面上的現有商品及售價,這個在台灣當時幾乎都是學術或政府單位在買的設備,大多是手提箱大小的久保田牌

久保田手提式水果檢測機  


大陸製造的種類雖多,但台灣沒有進口;老闆看上的是日本剛推出不久,大小有如吹風機的機種。本來想買一台回來研究,但我提出反對。因為這麼小台的設備,打光系統功率絕對不高,想要檢測厚皮水果應該不可能。重點是日本製造售價不可能太便宜,在公司虧損的狀態下,不宜再支出買一個以後用不到的設備

日本槍形水果檢測機型錄1  

 

日本槍形水果檢測機型錄2  


老闆最後還是請住在日本的親戚幫忙詢問,若價錢可以就幫忙買回來。詢問的結果一如所料,日本設備可以檢測6種水果,但都是薄皮如蘋果之類的水果,售價也高達12萬

 


在做完基本調查之後,老闆訂下目標:做出全世界第1台可檢測厚皮水果的機種,檢測水果種類要涵蓋台灣所有能買到的水果;好大的野心!但也不是達不到的目標,事實上在研發的不到前半年可檢測厚皮水果的目標就達成了。涵蓋台灣所有能買到的水果這個目標野心實在太大了,這也是在公司停業前軟體仍算是"未完成"的原因。前後歷經7年取樣的水果種類高達45種,仍未達成目標,但公司的財力卻已難再支撐下去,因為老闆的銷售策略,使取樣的成本一直沒有回收


研發初期幾個硬體規格就已大致定案


箱體先購買鋁製工具箱來改造

鋁工具箱  


操作介面採用小型平板觸控電腦

平板觸控電腦  


打光系統還是使用台南那個大案子的系統同款IR燈泡,只是光纖換成環形光纖

IR燈泡  

 

環狀光纖  


光譜儀當然不可能使用台南那個大案子的"高貴"機種,但也不能用太低階的機種,最後選定的是"海洋光學"公司的"USB4000"光譜儀

USB 4000光譜儀  


探測用手把沒有現成類似品可以買來改,只能從頭設計了。設計圖改了多次,最後定稿了兩款,選了其中比較好做的那款。製造的材料也是頭大,金屬太重了,塑膠雖輕但加工會應力變形,最後是選用電木製造;商品機時材料又改成波麗(POLY)製造

探測手把設計圖1  

 

探測手把設計圖2  

 

探測手把設計示意圖  


和手把上按鈕連動的電腦介面也很傷腦筋,因為平板觸控電腦只能使用外接式的設備。和LabVIEW程式的配合程度是優先考慮條件,最後選用的是NI的USB-6501

USB-6501  


組裝出來的雛型機外觀看起來是蠻粗糙的;老闆那個在大學當教授的同學看過後,認為應該要增加印標籤的功能,把檢測結果印成標籤,可以貼在水果上

手提水果檢測機雛型機1  


但是標籤列印機最小的也約有兩個拳頭大,最後改成從平板觸控電腦接出USB埠,採用TSC的商用標籤機

TSC商用標籤機  

 

手提水果檢測機雛型機2  

 


在程式編寫的期間,雛型機測試就發現不少問題;最大的問題就是散熱,機箱中的熱源全來自IR燈泡,開機約半小時箱內溫度破百。另一個又是老闆那個在大學當教授同學的意見:螢幕畫面太小,檢驗合格的水果沒有聲音提示,要看螢幕不方便;重點是檢測項目只有糖度怎麼知道水果好不好吃,還要有酸度和糖酸比才可以;我是很想說,雛型機可是7吋彩色螢幕,你學校用的"久保田"牌螢幕也才4吋還是黑白的,也沒有聲音提示和糖酸比顯示。這麼多問題怎麼不去和日本廠商反映


老闆倒是完全採納同學意見,平板觸控電腦改用同廠牌10吋彩色機種


考慮到以後量產的問題,老闆決定操作畫面和機箱重新設計

新機箱設計圖  


同時更進一步把機體再縮小,使用兩個強力風扇,一進一出強制通風。聲音提示的部分,我直接用電腦內建的蜂鳴器聲音。使用配電元件能省則省,至少內部線路不會那麼雜亂

檢測機內部配線  


操作畫面硬是多出糖酸比和酸度的項目;提意見的教授問他糖酸比的公式怎麼算?居然說不知道。為了達成需求測試了網路找到的幾種公式,每個都有點問題,在糖、酸度超出一定範圍後,算出的糖酸比都會破百。最後是找個容許範圍較廣的公式來用

新機操作  


但老闆又覺得聲音這樣沒有特色,又找來了日本製32種聲音的音樂鈴

32音音樂鈴  


音樂鈴選好又出現其他問題,USB-6501透過繼電器居然不會動。按照規格繼電器輸入端只要是5V的應該會動,換了6-7種廠牌,標稱的輸入電壓電流都相同,不動就是不動,連NI的工程師都覺得不可能,最後是OMRON的固態電驛解決這個問題。後來有使用其他廠牌的固態電驛再試過,還是不會動,真不知道OMRON和其他廠牌製造的差在哪裡?

固態電驛  


改裝後的測試機接下來就是耐久測試,看在長時間的開機操作下,電腦是否能維持穩定不當機

耐久測試  


在測試時音樂鈴居然耐不住高溫,外殼融化變形。從音樂鈴規格說明書和融化的程度判斷,箱內在燈泡附近溫度絕對接近150度以上


但箱體縮小到只比平板觸控電腦大一點,固定平板電腦的空間壓縮到極限,固定螺絲只能剛好閃過邊框和風扇

平板觸控電腦背面固定  


IR燈泡和環狀光纖的接頭也因為空間壓縮,非常靠近其他配電元件。為了安全,在IR燈泡附近的電線和光纖全都包上耐高熱的玻璃紗管

IR燈光系統安裝  


過長的訊號線路,也全部收折到電腦下方,由中央隔板隔開,遠離IR燈泡

前半線路處理  


音樂鈴也移到遠離IR燈泡的位置,完成配電的機箱內部,因為配電元件相當擁擠看來有些雜亂

內部配線總覽  

 

配電線路圖  


這次的改良終於通過了耐久測試,算是完成了;但老闆對清一色的白色外表又有意見,最後的商品機前後蓋是黑色的,本體則是白色的熊貓配色

機箱設計示意圖  

 

手提水果檢測機商品機1  

 

手提水果檢測機商品機2  

 

手提水果檢測機商品機3  


測試一段時間後,又有人有意見了;光譜檢測校正用的工業白板很輕很小塊,沒辦法完全遮住環形光纖,每次要校正都不好對正。於是用白色鐵氟龍設計專用的校正白板

校正用白板  


對於拿手把檢測水果這項操作居然有人還嫌累,看能不能改成桌上型;用"久保田"牌時怎麼不會累?還是台灣產的是灌鉛的?我看根本是平時欠運動;手把雖然是波麗(POLY)做的,但也才200公克而已,只比日本貨多了幾十公克

使用操作示範  


於是又為這樣的人開發了桌上型套件;在不重新設計手把的前提下,開發3件式的組合套件,把手把裝在裏面裝成是桌上型

桌上型套件1  

 

桌上型套件2  

 

桌上型套件3  


硬體多了網路插孔,操作程式也做了最後一次改版,完成後意見最多的教授也沒意見了

手提水果檢測機商品機4  

  
老闆還拍了詭異的紅色背景照片來當作型錄用照片

手提水果檢測機商品機5

 


頭一個買的XX台商,老闆為了做成這筆生意,答應幫忙送到大陸給他展覽,還免費幫忙建立沙田柚的檢測數據


台灣完全沒人買,認為65萬定價太高;我可以學日本機器,只給你機器和取樣及檢測程式,所有檢測數據由用戶自己建立,這樣價錢要壓到30萬以下也可以;但台灣用戶很貪心的,檢測的水果種類越多越好,數據建立最好免費


建立一個能用的數據要多少成本?在大範圍內的準確度糖度正負0.3度,準確率90%以上,最少要有2000以上"有效"樣本。每天8小時最多只能處理150個樣本,最快也要半個月才能完成;我建議老闆每條數據收3萬,至少不要虧太大。但老闆反其道而行,為了推廣銷售每台"免費"附送8條數據,居然還被客戶嫌送太少。於是每有新的水果數據又"免費"奉送給舊用戶,有夠白痴


光是送水果成本將近20萬的數據被嫌少,我就覺得不要賣算了。但老闆送上癮了,最後賣的那幾台都是送16條數據,根本是賣心酸的;由於建立數據的成本一直沒有回收,在建立完成第45種水果數據時,終於撐不下去了,後續取樣計畫全部喊停


幸好老闆沒說每台機器都要附送全部數據,近200萬成本的數據這樣送,不是凱子就是瘋子


後來不知道是政府有了什麼補助?在某年詢問度大增,都是XX農會或是XX縣政府。XX農會還以要購買的名義跑到公司要求試用,結果是拿我們的機器挑選要送給農委會年節禮品的桶柑,挑完後就沒了下文,挖靠好一個新詐騙手法

手提水果檢測機商品機6  

 


再來說相關的周邊設備,除了桌上型套件外,TSC的標籤機由"選購"成了"附贈",老闆好大手筆

TSC商用標籤機  


為了搬運時怕電腦撞壞,另外又設計了專用外箱

搬運用外箱1  

 

搬運用外箱2  


手把也多了專用保護套

探測手把保護套  


桌上型套件這些周邊也有了專用背袋

周邊設備背袋1  

 

周邊設備背袋2  


本來要附送紅外線感溫槍,因為不敷成本,改送掌上型感溫器

掌上型感溫器  


掌上型感溫器用的也是接觸式的探測棒

接觸式探測棒1  

 

接觸式探測棒2  


後來XX農會的特殊環境條件,又多附了尖頭的插入式探測棒;這樣一來就不是非破壞式檢測了,但XX農會的特殊環境條件下,不先破壞1顆水果,其他水果檢測就不會準確;這時就慶幸當時送的是掌上型感溫器,而不是紅外線感溫槍

插入式探測棒  

 


最後再來說這台手提式檢測機有什麼可改進之處?


1.觸控螢幕:我一直覺得其實螢幕不用那麼大,要不是老闆硬要加入糖酸比和光譜圖那些項目,螢幕學日本用4吋其實也夠了


2.台灣後來有公司開發微型光譜儀,大小大約是"USB4000"的一半。當初工X院說要接手改良,也是看中這一款產品。以看到的規格來看,若規格屬實是可以用的


3.溫度檢測的部分:若按照我原先的構想,是要在手把上安裝感溫元件,按鈕的同時,先感測溫度再檢測糖酸度。但紅外線感溫元件響應速度不如預期,又容易受IR光影響誤判,若有不受影響體積又小的元件就可以拿來改。至於XX農會的特殊環境條件,我是認為不予考慮,果心和果皮溫度差約3-5度的儲藏環境其他地方都沒遇到,應該是特例


4.燈光系統:原先我也是想採用像日本一樣的特殊波長的IR光LED燈,但這台機器使用的是漫透射的技術,光的功率越強穿透的果皮就越厚,LED燈根本達不到穿透厚果皮的要求。所以前幾年XX電信推出用手機紅外線檢測糖度的APP時,我看了就想笑

透漫射檢測原理示意  


那這台機器使用的IR光能測多厚的水果?目前取樣中果皮最厚的是沙田柚,平均約2公分,最厚約3公分,仍能正確檢測糖度;那最理想的取代光源是什麼?以光功率來說雷射光比較適合,只要適當組合3種不同IR波長的雷射光就可以達到,相關的技術也很成熟;可惜的是台灣當時找不到這樣東西,現在能不能找到也不清楚。但若要壓低售價就不能找外國貨

 


硬體就說到這邊為止,下一篇是全由LabVIEW寫的操作程式,由於程式較複雜會分成2篇

 

非破壞式水果檢測機.jpg  

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