CHƯƠNG 6. KẾT QUẢ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 6.1. Kết quả thiết kế
Hình 6.1: Mô hình 3D hệ thống làm sạch và kiểm tra chất lượng dừa
(phần mềm Inventor)
Dừa sau khi đã được cắt cuống theo yêu cầu, người công nhân đặt dừa lên băng chuyền để chuyển đến bộ phận phun nước. Băng chuyền sẽ di chuyển và dừng lại trong 6 giây để các bộ phận làm việc đồng thời với nhau.
Bộ phận phun nước có nhiệm vụ đánh bật các vết bẩn, sâu bọ bám trên cuống, phần dưới và xung quanh trái dừa. Đầu phun tự động quay làm tăng khả năng đánh bật vết bẩn bám trên dừa. Trong 6 giây làm việc, bộ phận phun nước chỉ phun ra 5ml nước. Vì vậy, lượng nước bám trên trái dừa không đủ thời gian để thấm.
Bộ phận làm sạch cơ học bao gồm 2 phần làm sạch xung quanh và làm sạch phần cuống, phần dưới trái dừa. Nhiệm vụ của bộ phận là làm sạch các vết bẩn, sâu bọ bám chặt trên cuống và vỏ, đồng thời phân tách nước trên trái dừa. Nhằm mục đích làm cho phần nước trên trái dừa mỏng để dừa nhanh khô.
Bộ phận đánh giá chất lượng có nhiệm vụ phân loại trái dừa có nước và không nước hoặc nứt. Bộ phận làm việc dựa vào việc so sánh tỷ trọng của quả dừa so với tỷ trọng chuẩn. Tỷ trọng chuẩn là tỷ trọng được lấy mẫu, phân tích số liệu thực tế tại các cơ sở sản xuất dừa xuất khẩu theo tháng. Bộ phận gồm cân động và xử lý ảnh. Phần xử lý ảnh cho ra các kích thước dài và rộng của trái dừa. Riêng phần cân động,
được đặt ở phần đầu của băng chuyền, nhờ vào cơ cấu trục vít nâng phần cân động lên trên ngay lúc băng chuyền dừng lại. Như vậy, người công nhân khi đặt trái dừa lên thì hệ thống đã thu nhận được giá trị khối lượng của trái dừa. Từ đó, bộ phận tự động phân tích và đưa ra tính hiệu trái dừa loại 1 (đạt chất lượng), loại 2 (nghi ngờ) và loại 3 (không đạt chất lượng).
STT Đặc tính
1 Kích thước máy (Dài x Rộng x Cao)
2 Khối lượng
3 Năng suất
4 Động cơ băng truyền
5 Động cơ lau
6 Thời gian hoạt động của máy
7 Tốc độ di chuyển của băng truyền
8 Loadcell
9 Camera
Bảng 6.1: Thông số kỹ thuật của hệ thống làm sạch và đánh giá chất
lượng trái dừa
Khi đánh giá sự hoàn thành tổng thể hệ thống làm sạch và kiểm tra chất lượng trái dừa có 2 vấn để quan trọng cần chú ý: hệ thống phải hoàn chỉnh khả năng làm sạch vỏ trái dừa và phải phân loại được trái dừa hư hay không hư thông qua việc đánh giá tỷ trọng của trái.
6.2. Kết quả thực nghiệm
6.2.1. Khả năng làm sạch trái dừa
Khả năng làm sạch trái dừa được đánh giá dựa vào một số tiêu chuẩn xuất khẩu
ở mục 1.1.2. bao gồm:
- Sạch sẽ, thực tế không có bất kỳ vấn đề bên ngoài có thể nhìn thấy
- Không có vết nứt ở vỏ
- Không có độ ẩm bên ngoài bất thường, không bao gồm ngưng tụ sau khi loại bỏ khỏi kho lạnh.
Qua đánh giá thực tế, chúng tôi thu nhận được kết quả qua quá trình làm sạch của hệ thống. Như đã trình bày ở chương 2, các đối tượng bám trên trái dừa bao gồm đất, bụi, sâu bọ,… tập trung ở phần cuống và giảm dần về phần cuối của trái dừa. Chúng tôi lựa chọn trái dừa bị bùn đất, sâu bọ bám rất nhiều trên cuống và xung quanh vỏ tại Công ty TNHH MTV Nông Hải Sản Hoa Mai, để thử nghiệm
(hình 6.3 (a)).
(a) (b)
Hình 6.3:Khả năng làm sạch của hệ thống: Trái dừa trước khi đưa vào hệ thống
(a) ( b)
Hình 6.4: Trái dừa được làm sạch bằng hệ thống: Đầu phun nước (a);
Rulo lau và đầu chổi lau (b)
Kết quả được thể hiện ở hình 6.3 (b), hệ thống làm sạch hoàn toàn bùn đất và sâu bọ trên phần cuống và bề mặt vỏ trái dừa. Tuy nhiên lượng nước động lại trên vỏ và cuống vẫn còn. Chúng tôi tiếp tục thử nghiệm để tìm ra lượng nước động lại trên trái dừa sau khi làm sạch bằng hệ thống bằng cách cân khối lượng trái trước khi được làm sạch (hình 6.5 a) và cân lại khối lượng trái sau khi được làm sạch
(hình 6.5 b).
(a) (b)
Hình 6.5: Lượng nước còn động lại trái trái dừa khi làm sạch: Trái dừa trước
khi đưa vào hệ thống làm sạch (a), trái dừa sau khi được hệ thống làm sạch (b) Khối lượng trái dừa trước khi được làm sạch bằng hệ thống là 2,633 Kg. Khối lượng trái dừa sau khi được làm sạch bằng hệ thống là 2,637 Kg. Kết quả thực
nghiệm cho thấy lượng nước động lại trên toàn bộ bề mặt trái dừa là 0,004 Kg tương đương 4 ml nước. Lượng nước động lại trên trái dừa là quá nhỏ có thể bốc hơi khi để ngoài môi trường trong một khoảng thời gian. Tuy nhiên để tối ưu, chúng tôi đã kịp thời điều chỉnh lưu lượng nước cấp vào đầu phun nước.
Như vậy, kết quả của hệ thống làm sạch trái dừa hoàn toàn đạt được 3 tiêu chuẩn xuất khẩu, cứ mỗi 6s trái dừa sạch sẽ được chuyển qua từng bộ phận (phun nước, rulo lau xung quanh và đầu chổi lau). Vì vậy, năng suất của hệ thống làm sạch đạt 600 trái/giờ.
6.2.2. Khả năng phân loại trái dừa
Qua quá trình thực nghiệm, trái dừa được đánh giá dựa vào việc so sánh tỷ trọng trái dừa, bao gồm 2 quá trình: cân khối lượng (hình 6.6) và xử lý ảnh (hình
6.7 a)
Hình 6.6: Bệ cân loadcelll
(a) (b)
Kết quả nhận được từ cân loadcell là giá trị khối lượng và kết quả của bộ phận xử lý ảnh là kích thước dài và rộng của trái dừa ở dạng pisxel (ở phía trên đĩa chứa dừa), hình 6.8. Các kích thước dài và rộng của trái dừa phải được chuyển đổi thành đơn vị mm. (1 mm 0.378773545 pixel)
Hình 6.8: Kích thước nhận được khi xử lý ảnh (W: chiều rộng trái dừa; H:
chiều cao trái dừa tính từ mặt đĩa)
Ứng dụng công nghệ trí tuệ thông minh nhân tạo vào xử lý ảnh để suy đoán thể tích trái dừa dựa vào hai kích thước thu được từ hệ thống thị giác máy tính. Kết quả của quá trình xử lý được thể hiện ở hình 6.9, cho thấy độ sai số bình phương tích lũy là rất nhỏ so với thực tế, giá trị trung bình sai số bình phương tích lũy là 2%.
Bộ phận xử lý tiếp tục nhận các giá trị khối lượng và thể tích của trái dừa được suy đoán, tính toán giá trị tỷ trọng của trái và so sánh với giá trị tỷ trọng chuẩn (được trình bày ở mục 4.3). Bộ xử lý sẽ truyền tín hiệu đến động cơ để phân loại trái dừa. Như vậy, việc đánh giá mức độ chính xác của bộ phận kiểm tra chất lượng trái dừa dựa vào khoảng giá trị tỷ trọng chuẩn (hình 6.10).
y 1.0044x - 0.0003
Hình 6.10: Độ sai lệch giữa tỷ trọng chuẩn và tỷ trọng tính toán (số liệu
tháng 6 năm 2020)
Đánh giá chất lượng trái dừa ở tháng 6 năm 2020 khi thực nghiệm 110 trái dừa của Công ty TNHH MTV Nông Hải Sản Hoa Mai, cho ra kết quả như sau:
- Trái dừa loại 1: 61 trái dừa đạt chất lượng. Độ chính xác đạt 100%.
- Trái dừa loại 2: 43 trái dừa, trong đó 3 trái bị hỏng cần được kiểm tra lại.
- Trái dừa loại 3: 6 trái dừa không đạt chất lượng. Độ chính xác đạt 100% Như vậy, có thể nhận thấy phương pháp đánh giá chất lượng trái dừa dựa vào so sánh tỷ trọng đạt độ chính xác rất cao. Tuy nhiên, cần thu thập thêm dữ liệu của trái dừa theo từng tháng để có thể lựa chọn được khoảng giá trị tỷ trọng chuẩn theo từng tháng. Có như vậy, đánh giá chất lượng dừa sẽ chính xác hơn và giảm được yếu tố phụ thuộc con người trong việc kiểm tra trái dừa.
CHƯƠNG 7. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 7.1. Kết luận
Hệ thống làm sạch và kiểm tra chất lượng trái dừa là một đề tài mang tính thực tiễn rất lớn. Năng suất gấp 4 lần người công nhân làm việc, giảm chi phí cho cơ sở và doanh nghiệp sản xuất dừa xuất khẩu. Làm sạch từng phần trên trái dừa giúp loại bỏ các vết bẩn và sâu bọ ở các vị trí khó làm sạch như phần cuống. Đánh giá chất lượng trái dừa không phụ vào cảm tính và kinh nghiệm của người công nhân.
Hệ thống cần được sự đóng góp ý kiến từ các chuyên gia trong các lĩnh vực cơ khí chế tạo máy, nông nghiệp và những người công nhân trực tiếp làm sạch và đánh giá chất lượng trái dừa tại các cơ sở, công ty sản xuất dừa tươi. Để từ đó, chúng tôi có thể nâng cao những ưu điểm và cải tiến những hạn chế mà hệ thống làm sạch và kiểm tra chất lượng trái dừa mang lại.
7.2. Hướng phát triển
Qua quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đã đáp ứng các yêu cầu của đề tài đưa ra. Tuy nhiên, chúng tôi nhận thấy hệ thống làm sạch và kiểm tra chất lượng dừa còn những hạn chế cần được khắc phục, cũng như cải thiến trong tương lai như sau:
- Kích thước trái dừa thay đổi theo mùa, theo các tháng khác nhau. Như vậy, cần phải thu thập, phân tích thêm dữ liệu dừa hàng tháng.
- Tiếng ồn phát sinh do phần làm sạch cơ học tác động trực tiếp lên băng chuyền dừa. Để khắc phục điều này, cần thay đổi cơ cầu làm sạch sao cho không tác động lên phần băng chuyền.
- Năng suất chưa được tối ưu. Với năng suất của máy hiện tại là 600 trái/ giờ làm việc, tuy nhiên sản lượng dừa tại các công ty hiện nay rất lớn. Chính vì vậy, cần nâng cao năng suất làm việc của hệ thống.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Sở Khoa học và công nghệ tỉnh Bến Tre, 30/01/2009, “Đặc điểm sinh học cây dừa”
(http://www3.skhcn.bentre.gov.vn/Pages/TraiCay.aspx?ID 55&CategoryId C%u0 0e2y+d%u1eeba&InitialTabId Ribbon.Read&PageIndex 2)
[2] Sở khoa học và công nghệ tỉnh Bến Tre, 2010, “Dừa xiêm lục- giống dừa uống nước triển vọng”(http://www3.skhcn.bentre.gov.vn/Pages/TraiCay.aspx?ID
70&InitialTabId Ribbo n.Read&PageIndex 7)
[3] Hiệp hội dừa tỉnh Bến tre, 23-07-2014, “Tiêu chuẩn ASEAN cho trái dừa tươi”
(http://hiephoiduabentre.com.vn/index.php?Module Content&Action view&id 37 67&Itemid 66&fbclid IwAR1hIVBydosDzKsvOgUbHrUJj-
UglMu2o7GxCH3Ir99ydrvKzHbnswwh0vU)
[4] Hiệp hội dừa tỉnh Bến Tre, 2018, “Tình hình sản xuất dừa trên thế giới”, ( http://hiephoiduabentre.com.vn/index.php?Module Content&Action view&id 102 81)
[5]Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2006), “Tính toán hệ thống dẫn động cơ khí tập 1”, Nhà xuất bản Giáo Dục, Trang 15- 209.
Tiếng Anh
[6] Prashanth Thomas, Dr. Anita H B, A novel automated method for coconut grading based on audioception, (2017), pp. 2265- 2271
[7] Anupun Terdwongworakul, Songtham Chaiyapong, Bundit Jarimopas, Weerakul Meeklangsaen, Physical properties of fresh young Thai coconut for maturity sorting, biosystems engineering 103 (2009), pp. 208 – 216