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J. Agri. & Fore. 2010. 59(2): 181-197 - 181 -
Development and Study of Garlic Bulb Sorting Machine
蒜球分級機之設計研究
Ching-Cheng Kuo 1)
Yu-An Ma 1)
Jiunn-Ming Chen 2)
郭景成 馬聿安 陳俊明
Feng-Jehng Wang 3)
Chung-Chyi Yu 2)*
王豐政 尤瓊琦
1) Graduate, Dept. of Bio-Industrial Mechatronics Engineering, National Chung Hsing University,
Taiwan, R.O.C. 國立中興大學生物產業機電工程學系研究生。
2) Professor, Dept. of Bio-Industrial Mechatronics Engineering, National Chung Hsing University,
Taiwan, R.O.C., * Corresponding Author.
國立中興大學生物產業機電工程學系教授，* 通訊作者。
3) Instructor, Dept. of Bio-Industrial Mechatronics Engineering, National Chung Hsing University,
Taiwan, ROC. 國立中興大學生物產業機電工程學講師。
Abstract
In this research, the basic physical
characteristics of garlic bulbs were first
investigated. The results studied showed that
the shape size and weight of garlic bulbs held
with high correlation. Accordingly, one type of
shape sorting mechanism as the stage sorting
machine and two types of weight sorting
mechanism as the single-rail and double-rail
sorting machine were designed and developed for
the use of garlic bulbs grading. The accuracies
of grading obtained for single-rail and double-rail
weight sorting machine were 90.56 and 76.11%,
respectively, and under the tests with three
different stem lengths of the garlic bulbs and five
rotation speeds of the hairbrush shafts for the
stage sorting machine, the maximum accuracy
obtained was 90.1% with the case of stem length
3 cm and rotation speed 86 rpm. The processing
capacity of the stage sorting machine was
reached up to about 576 kg/hr which was 2.2 and
1.4 times, respectively as compared to the results
obtained by the single-rail and double-rail weight
sorting machine. A sequential operation system
for the automatic garlic bulbs grading was also
developed and which was combined together
with the parts of the automatic supplying unit, the
peel and dust removing equipment, and the stage
sorting machine. The severity of clearing, peel
stripping and injury of the graded garlic bulbs
were judged and evaluated as treated by this
newly developed system. The results showed
that treated with or without peel and dust
removing equipment had the significant
difference in cleaning and peel stripping, but the
- 182 - Development and Study of Garlic Bulb Sorting Machine
injury rate of the system was only 4%.
Moreover, studies of the cost-benefit assessment
of various sorting machines showed that the stage
sorting machine also held the lower construction
expenditure and operation cost than those
obtained by the single-rail and double-rail weight
sorting machines, and the operation costs per
kilogram of garlic bulbs graded was NT$0.47,
0.81 and 1.28, respectively for the stage,
double-rail and single-rail sorting machines.
Use of this newly developed stage sorting
machine could precisely and quickly grade garlic
bulbs, and could save tremendous labor power
and processing cost as required in the grading
operation of garlic bulbs.
Key words: Garlic bulbs, Grading, Stage sorting.
摘要
本研究蒜球基礎物性探討，結果顯示蒜球
外形與重量具有高度相關性，故分別設計一套
以外形為選別機制之階級式分級機，及以重量
為選別機制之單、雙排重量式分級機進行分級
測試。單、雙排重量式分級機測試結果，獲致
其分級準確率分別為 90.56 與 76.11% ，而階
級式分級機，當蒜球莖長 3 cm，分級轉速 86
rpm 時，分級準確率達 90.1% ，分級作業量最
高可達 576 kg/hr，為單排（側放式）重量式分
級機之 2.22 倍，雙排（下放式）重量式分級機
之 1.41 倍。本研究亦測試包含自動供料機構、
去皮脫膜機構及階級式蒜球分級機所組裝成之
一貫化作業蒜球分級系統之清潔、脫膜去皮及
損傷程度，結果顯示經脫膜去皮機構清潔之蒜
球，與未經刷洗清潔之蒜球於清潔度與脫膜去
皮皆有明顯之差異，而其損傷率也僅為 4%；
且有關外形與重量三種型式分級機之分級成本
效益評估結果，獲致階級式分級機分級成本，
每公斤約 0.47 元為最佳，其次雙排下放式每公
斤約 0.81 元，單排側放式則為最差每公斤約達
1.28 元，顯示階級式分級機具有蒜球分級準
確、快速，亦可達到節省人力與成本之效果。
關鍵詞：蒜球、分級、階級選別
前言
根據農業統計年報(1)之資料顯示，大蒜全
省栽培面積達 5,906 公頃，總產量 54,508 公噸，
每公頃平均產量為 9.229 公噸；栽培地區主要
分佈於彰化縣、雲林縣與台南縣，然而目前坊
間卻無針對蒜球或相關分級機械可供使用，蒜
農多未加分級即販售，導致價格低落，且農民
若欲加以分級時，則僅能以人工進行分級，此
大大增加其收穫後處理之生產成本(9)。因此為
解決目前未有合適蒜球分級機可供農民與業者
使用下，本研究將針對此問題進行設計開發一
蒜球分級機，期能取代人工分級，快速且準確
地完成分級作業，並且降低收穫後處理成本，
以提高蒜球收購價格與增加蒜農收益。
市面上常見之蔬果分級裝置有重量、外形
尺寸及光電選別等分級方式之分級機，其中又
以重量及外形選別分級方式，操作較簡便，且
製作成本較低、較為被廣泛應用，也將是本研
究規劃開發之方向。重量分級機係利用天平與
槓桿原理進行分級，游 (7)針對印度棗分級選
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別，先後研製板型（外形選別）及重量式兩種
分級機械，經實驗結果顯示重量式印度棗分級
機，具有較佳分級作業能力，作業能量每小時
達 7,200 粒以上，分級準確率約 90%，且操作
簡便，分級作業不會造成果實損傷；陳(4)研發
利用天平槓桿原理，依重量分級方式選別鳳
梨，分級機作業採人工進料，可將鳳梨分為 6
級，每小時作業量達 3,600 粒，處理量每小時
約 2.5~3 公噸，分級準確率達 95% 以上，與現
有人工選別方式比較，作業效率比人工快 3
倍，有效地提高作業效率及降低生產成本；陳
(5)研發之高改型重量式洋蔥分級機，係由毛刷
清潔裝置、平面輸送、單粒化排序、單粒化輸
送供果、重量分級、出料集果輸送及裝袋等裝
置所組成 ，可將洋蔥分成 4 至 6 級，作業效率
每小時可達 14,400 粒以上，與人工作業比較可
節省 30% 工時，分級準確率達 95% 以上，且
分級損傷率低於 5% 。而外形尺寸分級機則係
利用間距可調方式來改變軸與軸間之距離，或
以網格及網孔，由小至大移動方式來達到分級
篩選作業，其常用之外形尺寸分級機有圓盤
式、滾筒型、板型、滾軸式及帶式等分級型式，
陳(6)研製一套軸間距呈漸開式椪柑分級機，間
距依行駛位置逐漸擴大，分級時取椪柑果寬為
分級指標，並探討果粒由分級機構掉落至收集
承接面時，相互碰撞造成損傷之情況，結果顯
示分級準確率達 80%以上，分級後之椪柑亦無
損傷跡象；徐與邱(3)的文旦分級機係由滾軸式
（外形選別）及重量分級機所組成，可單獨使
用亦可串聯使用，串聯使用是先將文旦經滾軸
式選別機後，相同等級之文旦再透過重量分級
機進行一次重量分級作業，其單獨作業時，外
形與重量式每分鐘作業能力分別達 180 與 104
粒文旦，每天分別達 51.8 與 30 公噸（每日以 8
小時計，文旦每粒以 0.6 公斤計），而兩機串聯
最大作業量每日則約達 30 公噸，作業效率均高
於人工分級，操作成本可節省 11.1~25%；施與
鄭(2)利用上、中、下三組不同大小的橡膠滾輪，
使滾輪間的差速轉動產生搓揉進行蒜頭剝瓣
後，再經不同篩網孔目以振動篩選進行分級，
可將蒜瓣分為三級，即蒜瓣徑小於 1 cm（良
等）、蒜瓣徑 1~1.6 cm（優等）及蒜瓣徑大於
1.6 cm（特等）以上，每小時作業能力可達 1,000
公斤以上，分級準確率達 97%以上，分級成本
每公頃較人工成本節省約 94.6%。因此，若能
以上述之重量與外形分級機為參考藍本，設計
開發一符合蒜球物性之分級機械，以提高蒜球
之分級作業效率，應是確實可達到之目標。
本研究首先將針對蒜球外形與重量基礎物
性進行量測探討，以建立其外形與重量之相關
性，作為未來分級機規劃設計之參考依據。本
研究將設計一套以外形為選別機制之階級式分
級機，及以重量為選別機制之單、雙排重量式
分級機，並分別測試其分級準確率與分級作業
能力；同時亦將以篩選分級效率較高之分級機
裝置，配合自動供料機構與去皮脫膜機構建置
成一套一貫化作業蒜球分級系統，進行脫膜去
皮清潔能力與損傷率測試，並評估各別分級機
之分級作業成本效益，以提供作為未來農民或
業者使用之參考。
材料與方法
一、試驗材料
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本研究所使用之大蒜 (Allium sativum L.)
品種皆屬大片黑蒜種，購自於台中果菜批發市
場與產地雲林縣麥寮鄉，分別屬於乾、濕蒜球
二種，且為確保試驗材料品質與降低因存放所
造成之品質差異，均將於蒜球採收後或採買後
立即進行基礎物性量測等各項試驗。
本研究依據中華民國國家標準 (CNS)(8)將
蒜球進行分類，分別為特、優及良三等級，特
等直徑大於 4.5 cm、優等直徑為 3.8~4.5 cm及良
等直徑 3.2~3.8 cm，且除特等容許誤差為 5%外，
其餘二等級容許誤差皆為 10%，即當蒜球任一
量測面之直徑落於 2.88~4.18 cm 範圍時，即判
定為良等，而剩餘之蒜球其任一直徑落於 3.42
~4.95 cm 時，則判定為優等，其次所剩餘蒜球
之任一直徑為 4.28 cm以上者，則判定為特等。
二、試驗機構組成
本研究所開發之階級式蒜球分級機，係由
階級桿與分級出料槽兩部份組成之分級平台，
如圖 1 a 所示，分級平台長、寬、高分別為 116、
66 及 70 cm，並可藉由下方舉升機構調整平台
仰角，初始設定為 10°；平台中含 5 支軟毛刷
階級桿，由 40W 組合型無段變速馬達
(SESAME,US540-01, Taiwan) 帶動階級桿轉
動，每支階級桿由分級前端至後端分為三段，
桿徑分別由大漸小，並各階級半徑差約 0.35
cm，且每階段長度皆為 30 cm，其依中華民國
國家標準 (CNS) 將蒜球分類為特、優及良三
等級，所對應之階級桿間隙分別為 5.2、4.5 及
3.8cm，同時於階級桿下方分別置有所對應之分
級出料槽三組，收集由各階級桿間隙掉落之蒜
球，而於分級平台末端亦設置一分級出料槽，
以收集直徑超過所設定之階級桿間隙 5.2 cm以
上之蒜球。
單排側放式蒜球分級機，如圖 1 b 所示，
其分級平台長、寬、高分別為 248、35 及 90 cm，
分級時係利用一迴轉鍊條上設置等距單排盛
杯，其中盛杯長、寬各約為 14 cm，深則約為 3
cm，間距 20 cm，由馬達帶動迴轉鍊條牽引盛
杯移動至分級秤重機構，並由重至輕進行分
級，分級後蒜球由盛杯側依次進行出料，最小
等級之蒜球則落至平台尾端最小等級出料口。
圖 1 c 則為雙排下放式蒜球分級機，其分
級平台長、寬、高分別為 248、75 及 90 cm，
分級係利用成對之盛杯，盛杯大小與單排側放
式蒜球分級機相當，並以兩盛杯各為一組設置
於同一軸上，再將軸之兩端固定設置於兩迴轉
鍊條間，由迴轉鍊條牽引至分級秤重機構，量
測蒜球重量是否在設定範圍內，如在設定範圍
內，則盛杯向下傾倒，蒜球呈現下放式分級出
料；反之則由迴轉鍊條繼續帶往下一分級測重
機構，直至待測蒜球到達設定範圍內進行分級
出料，分級亦由重至輕進行分級，最小等級之
蒜球則落至平台尾端最小等級出料口。
本研究亦將結合自動供料機構、去皮脫膜
機構及階級式蒜球分級機，組裝為一貫化作業
蒜球分級系統，如圖 2 所示，其中自動供料機
構係以馬達帶動履帶與稱果杯，將蒜球向架設
於階級式蒜球分級機前之去皮脫膜機構堆送，
而去皮脫膜機構則係以筒狀毛刷 4 支與通風扇
(TJ-1601A, Taiwan) 進行蒜球脫膜去皮，同時
亦達到能刷洗表面髒汙之功能，蒜球經去皮脫
膜機構後，即輸送至階級式分級機進行分級，
以達到蒜球分級之一貫化作業。
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a. 階級式蒜球分級機 (Stage)
b. 單排側放式蒜球分級機 (Single-rail)
盛杯
(Cup)
承台
(Platform)
階級桿
(Hairbrush shafts)
出料口
(Outlet)
最大等級出料口
(Maximum size outlet)
最小等級出料口
(Minimum size outlet)
出料口
(Outlet)
- 186 - Development and Study of Garlic Bulb Sorting Machine
c. 雙排下放式蒜球分級機 (Double-rail)
圖 1. 蒜球分級機示意圖
Fig. 1. The schematic chart of garlic bulb sorting machine
圖 2. 一貫化作業蒜球分級系統示意圖
Fig. 2. The schematic chart of a sequential operation system for garlic bulb sorting
最小等級出料口
(Minimum size outlet)
出料口
(Outlet)
盛杯
(Cup)
自動供料機構
(Automatic supplying
unit)
分級機
(Sorting machine)
去皮脫膜機構
(Peel and molt removing equipment)
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三、試驗方法
本研究首先針對所購置之蒜球進行基礎物
性量測分析，並探討其外部特徵在各等級間之
基礎物性及與重量之相關性，以作為分級機分
級操作條件設計規劃之參考；分級機性能測試
方面，本研究將針對雙排下放式、單排側放式
及階級式分級機進行分級準確率測試，並測試
一貫化作業系統中蒜球去皮脫膜清潔機構之效
能與蒜球損傷率，並評估各分級機分級作業之
成本效益。
(一) 基礎物性量測試驗
蒜球基礎物性量測係由特、優及良三等級
中隨機各選取乾濕蒜球各 10 粒，共計 60 粒蒜
球進行各項物性之量測分析，探討項目包括外
形尺寸、重量、體積及乾基含水率 (Dry
Basis) ，其中蒜球外部特徵(外形)，其量測方
式係以CCD鏡頭 (SONY 2X6F, Japan) 對蒜球
影像進行擷取，其每張影像大小為 640×480 像
素點，系統光源總亮度約為 1,563 lux、影像面
積校正值為 0.00257 cm2/pixel 及長度校正值為
0.0505 cm/pixel，待經影像處理分析軟體
(Vision Assistant 7.0) 處理，即取得蒜球外部特
徵之量測值，包括蒜球四個量測面 1-1、2-2、
3-3 及 4-4 之直徑 (d1, d2, d3, d4; cm) 、上視投
影面積 (A1; cm2) 、側視投影面積 (A2;
cm2) 、上視周長 (P1; cm) 及側視周長 (P2; cm)
等，而上述選取四個蒜球量測面之直徑，係因
蒜球外形屬不規則形狀，無法以單一方向或
面，作為其整體直徑特徵表示，故此以每間隔
45 度為一量測面，共 4 面，並命名為 1-1、2-2、
3-3 及 4-4 量測面；同時亦量測蒜球高、全株
高、圓度、幾何平均直徑 (Geometric Mean
Diameter, GMD) 及球度，其中全株高為蒜球高
度與剪切後梗長（莖長）之總和，而蒜球圓度
(Roundness) 則係用以表示蒜球外形是否接近
正圓(11)，而以下式求得
圓度(Roundness) =4𝜋𝐴1
𝑃12
式中 A1 為正投影面積（上視投影面積）、
P1 為正投影周長（上視投影周長），正圓的圓
度為 1.0，當圓度大於 1.0 時則表示蒜球越不接
近正圓；幾何平均直徑與球度量測方法依
Mohsenin(10)文中所提及，分別表示如下：
幾何平均直徑(GMD) = √𝑎𝑏𝑐3
球度(Sphericity) =𝐺𝑀𝐷
𝑎
式中 a、b、c 分別代表蒜球之最大直徑
(Major Diameter) 、居中直徑 (Intermediate
Diameter) 及最小直徑 (Minor Diameter) ；重
量 (g) 係以電子秤 (AND GF 300, Japan) 量
測；體積 (cm3) 量測則係以排水法(10)來獲致；
而乾基含水率係使用對流型恆溫式烤箱
(ADVENTECH FC-610, Japan) 以130℃熱風進
行乾物量測，並以 12 小時間隔之相對失重率在
1%以下，決定其烘烤時間，以獲致其乾物重，
進而求其含水率，並以如式④之乾基含水率來
表示：
乾基含水率(% d b ) = w/d × 100% .......④
式中 w 為水分重量，d 為乾物量、% d. b.
為乾基含水率。上述所獲致之蒜球相關基礎物
性皆以統計軟體 (Microsoft Office Excel 2003)
- 188 - Development and Study of Garlic Bulb Sorting Machine
分別進行統計分析與線性迴歸分析，並以 t 檢
定判別迴歸分析所做之假設是否適切，並求出
其決定係數 (Coefficient of Determination,
R2) ，以作為未來分級機測試時分析探討比較
用。
(二) 分級機分級準確率與作業能力試驗
蒜球分級機測試係依據前述物性量測分析
所獲致之結果，規劃設計開發單排側放式重量
分級機、雙排下放式重量分級機及階級式蒜球
分級機進行蒜球分級測試，並探討各分級機之
分級準確率。其中兩種重量式分級機依前述基
礎物性量測結果，其於濕蒜球相對應（良、優
及特等）外形直徑之分級區間分別設為 35 g 以
下、35~50 g 及 50 g 以上；而於階級式分級機
之測試，其分級等級設定亦如前述，分別為良、
優及特等三級，並在考量蒜球莖長與階級桿轉
速為影響分級準確率因子下，分別選取蒜球莖
長為 2、2.5 及 3 cm，分級轉速為 40、62、86、
106 及 121 rpm 時之分級準確率，本試驗各組
皆採三重複，以求得最佳之莖長與分級轉速作
為階級式分級機操作參數。而各分級機之作業
能力係根據行政院農業委員會 89.11.6 (89) 農
糧字第 890021028 號公告－修正之『農機性能
測定要點』來進行量測，其分級作業能力測試
方法如下所述：依照蔬果分級機性能測定方法
[25 與 26]，測試 3 次，每次 20 分鐘，以單人
供果其所處理之蔬果粒數為評判之依據，求出
每小時之作業能力。上述所獲致之結果，將作
為三機型作業能力之比較分析依據。
(三) 一貫化作業蒜球分級系統試驗
本研究依前述各分級機測試結果，以階級
式蒜球分級機作為一貫化作業蒜球分級系統之
主要分級裝置，並分別測試蒜球脫膜清潔機構
之清潔效率與脫膜去皮效果，及檢查經過蒜球
分級機分級後是否會造成蒜球外部損傷與內部
瘀傷等問題。脫膜清潔試驗係測試未經日曬烘
乾脫膜與去皮清潔之濕蒜球，於去皮脫膜機構
上刷洗時間與清潔效率之相關性，分別以刷洗
時間 10、20 及 30 秒三組進行測試，並於測試
後觀察與未經處理之對照組蒜球於清潔上有否
差異，同時將 10 與 20 秒兩組，再刷洗補至 30
秒，以進一步觀察經試驗組與對照組其脫膜去
皮之差異；損傷試驗則係測試蒜球經階級式蒜
球分級機處理後有無損傷現象，試驗前取蒜球
50 粒作為損傷之對照樣本，再於經分級機分級
後之蒜球樣本中抽樣 50 粒以上作為損傷測試
樣本，分別裝於網袋中，置於常溫下 7 日，以
目視觀察是否有損傷與發霉等現象，並統計其
數量即為損傷率。
(四) 分級機分級作業成本分析
本研究所開發建置之三種型式分級機，其
分級成本係以每天最大作業能量 (kg/day) 、操
作人力、機械成本及人工成本等因子作為計算
之參考依據，並取作業時間以每日工作時數 8
小時，大蒜每粒平均約 50 g，單排、雙排重量
式分級機售價均為 NT$200,000，階級式蒜球分
級機售價為 NT$60,000，人工費用每人每日
NT$1,000 下，求取各分級機每公斤之分級成
本，並依據農業統計年報(1)，進而計算每公頃
之分級成本，作為三種機型之分級成本比較分
析。
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表 1. 蒜球基礎物性資料調查表
Table 1. Data list of the basic physical characteristics of garlic bulbs
物性
Physical characteristics
濕蒜球 ( 294.85±7.96 % d .b.)
Wet garlic bulb
乾蒜球 (248.12±7.18% d .b.)
Dry garlic bulb
特等
Imperial
優等
excellent
良等
Good
特等
Imperial
優等
excellent
良等
Good
1-1 量測面直徑
Diameter 1-1 (cm) 6.12±0.45 5.36±0.20 4.77±0.42 6.49±0.51 5.64±0.15 4.938±0.55
2-2 量測面直徑
Diameter 2-2 (cm) 5.21±0.32 4.54±0.32 3.93±0.37 5.49±0.40 4.51±0.39 4.075±0.39
3-3 量測面直徑
Diameter 3-3 (cm) 5.62±0.48 4.88±0.33 4.26±0.36 5.72±0.46 5.01±0.29 4.286±0.40
4-4 量測面直徑
Diameter 4-4 (cm) 5.70±0.40 4.85±0.26 4.19±0.39 5.80±0.48 4.81±0.31 4.180±0.45
幾何平均直徑
Avg. diameter (cm) 5.66±0.38 4.91±0.21 4.29±0.32 5.87± 0.42 4.99±0.25 4.37±0.40
上投影面積
Projection area of top view
(cm2)
25.56± 3.24 18.98±1.42 14.87±2.01 27.44±3.97 20.01±2.17 15.28±2.81
上投影周長
Projection circumference
of top view (cm)
18.34±1.18 15.90±0.57 14.11±0.97 19.16±1.28 16.42±0.76 14.49±1.33
圓度
Roundness 0.95±0.01 0.94±0.02 0.93±0.02 0.94±0.02 0.93±0.02 0.91±0.03
蒜球高
Bulb high (cm) 4.86±0.25 4.42±0.22 3.90±0.35 5.24±0.25 4.56±0.31 4.15±0.33
蒜球全株高
Total high (cm) 7.92±0.48 7.07±0.45 6.52±0.62 7.93±0.56 6.95±0.70 6.78±0.61
側投影側面積
Projection area of side
view (cm2)
28.38±3.10 22.07±1.47 17.15±2.60 29.88±3.98 22.16±1.42 17.49±3.62
側投影周長
Projection circumference
of side view (cm)
22.87±1.52 20.13±0.82 18.42±1.36 23.88±1.52 20.63±1.36 19.18±2.06
球度
Sphericity 0.88±0.04 0.89±0.03 0.88±0.05 0.88±0.03 0.86±0.03 0.89±0.04
重量
Weight (g) 66.30±9.31 47.30±3.21 33.14±5.52 74.45±13.39 49.13±6.08 33.31±7.39
體積
Volume (cm3) 71.01±12.79 53.09±5.31 31.26±9.01 77.34±17.19 46.38±8.18 28.60±7.47
- 190 - Development and Study of Garlic Bulb Sorting Machine
圓形 (Round)
橢圓形 (Oval)
不對稱形 (Asymmetric)
不規則形 (Irregular)
有稜狀 (Sharp)
圖 3. 蒜球上視外形輪廓圖
Fig. 3. The outline of garlic bulbs in top view
結果與討論
一、基礎物性量測試驗結果
乾、濕兩種蒜球之基礎物性量測結果，如
表 1 所示。表中顯示，購自產地之濕蒜球其乾
基含水率為 294.85±7.96% ，而購自市場之乾
蒜球其乾基含水率為 248.12±7.18% ，並顯示
蒜球之平均直徑、上視投影面積、上視投影周
長、蒜球高、蒜球全株高、側視投影側面積、
側視投影周長、重量及體積，皆隨其等級而增
加，各等級間皆有明顯差異；且兩乾濕蒜球各
等級圓度皆達 0.91 以上，並以特等之圓度較
佳，其次優等，良等則為最差，顯示直徑較大
之蒜球，越趨近圓形，亦可說生長發育越好的
蒜球果形較類似圓形，反之越小的蒜球生長發
育越不完整，果形較為不規則、不對稱及呈現
有稜狀，如圖 3 所示；同時表中亦顯示兩蒜球
各等級球度皆在 0.88 左右，即可以球形作為其
近似之幾何形狀。
蒜球重量與各量測外形特徴間之線性迴歸
方程式，以乾蒜球為例，結果如表 2 所示。表
中蒜球四個量測面直徑 (d1、d2、d3及 d4) 、上
視投影面積 (A1) 、周長 (P1) 及側投影面積
(A2) 、周長 (P2) 對重量均有良好之相關性，
顯示若以蒜球之外形與重量進行分級皆為適
合，且表中 4 種量測面所量測之直徑對重量之
迴歸關係，其平均決定係數 (R2) 約為 0.88，
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顯示可以蒜球直徑作為階級式分級機分級之依
據，即利用分級階級桿由鏈條同步帶動，蒜球
置於分級桿上，因分級階級桿轉動，而使蒜球
亦被帶動前進，當蒜球直徑小於分級間隙則會
落入該級分級出料槽；反之則繼續轉動向下一
階級進行分級出料移動。同時此亦說明當蒜球
在階級桿上翻滾轉動時，其落入所對應之分級
出料槽，是發生在當時位置之直徑小於階級桿
間隙，因此進一步考量四個量測面之直徑與重
量間之多重線性迴歸關係，獲致其迴歸方程式
如式⑤所示：
W = −0 1443d1 + 5 5144d2 + 4 7492d3
+ 6 847d4 − 41 671 ⑤
式中 W 為蒜球重量 (g) ，d1、d2、d3及 d4
為相對應 1-1、2-2、3-3 及 4-4 量測面之蒜球直
徑 (cm) ，且獲致其迴歸分析之決定係數 (R2)
高達 0.95，並在 t 檢定其 P-value 為 0＜α＝0.05
之判定下，其迴歸分析為適切；同時在蒜球呈
不規則形狀下，其於階級式分級機翻滾轉動之
現象，可進一步促使以外形尺寸作為分級標準
之階級式分級機，與以重量為標準之重量式分
級機，其蒜球分級結果在外形尺寸與重量間具
有高之相關性，即分別以外形尺寸作為分級標
準之階級式分級機，及以重量為標準之重量式
分級機，進行蒜球分級應是皆可行的。
表 2. 蒜球重量與各物性間關係
Table 2. The correlation between weight and each physical characteristic
物性
Physical characteristics
線性迴歸方程式
Linear regression equation
決定係數 (R2)
Coefficient of determination (R2)
量測面 1-1 直徑
(Surface1-1) W=17.457d1-50.833 0.89
量測面 2-2 直徑
(Surface2-2) W=15.154d2-26.560 0.83
量測面 3-3 直徑
(Surface3-3) W=14.020d3-25.187 0.89
量測面 4-4 直徑
(Surface4-4) W=14.998d4-30.410 0.90
上視投影面積
(Projection area of top view) W=2.4330A1-4.9727 0.94
上視投影周長
(Projection circumference of top view) W=5.8317P1-50.663 0.94
側視投影面積
(Projection area of side view) W=2.5120A2-10.879 0.88
側視投影周長
(Projection circumference of side view) W=5.2613P2-59.555 0.87
- 192 - Development and Study of Garlic Bulb Sorting Machine
二、分級機分級準確率與作業能力試
驗結果
雙排下放與單排側放兩種重量式分級機，
其濕蒜球分級試驗結果，如表 3 所示。表中顯
示雙排下放式重量分級機，平均分級準確率為
76.11%；單排側放式重量分級機，平均準確率
為 90.56%；當再給予分級容許誤差 1、2 及 3 g
時，雙排下放式重量分級機平均分級準確率提
升至 82.22、88.33 及 92.22% ，而單排側放式
重量分級機平均分級準確率則提升至 94.44、
96.11 及 98.33% 。試驗結果亦顯示，雙排下放
式重量分級機分級準確率不如單排側放式分級
機，其原因為雙排式分級機分級盛杯以成對方
式固定在同一軸上，容易因其中一方進行分級
下料時產生震動，導致分級動作不確實。
表 3. 重量式分級機分級準確率試驗結果
Table 3. The result of accuracy tests with weight sorting machine
容許誤差 (g)
Admissible error (g)
分級準確率 (%)
Accuracy of grading (%)
雙排下放式
Double-rail
單排側放式
Single-rail
0 76.11 90.56
± 1 82.22 94.44
± 2 88.33 96.11
± 3 92.22 98.33
圖 4. 階級式分級機分級準確率試驗-分級轉速與蒜球莖長試驗
Fig. 4. The result of accuracy tests in stage sorting machine under various rotation speed and stem length
70
75
80
85
90
95
40 62 86 106 121
Acc
ura
cy (
%)
Rotation speed (rpm)
3 cm 2.5 cm 2 cm
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階級式蒜球分級機測試結果，如圖 4 所
示。當蒜球莖長 3 cm，分級轉速於 40、62、86、
106 及 121 rpm 時，獲致平均分級準確率分別
為 85.10、85.58、90.10、89.10 及 87.77%，其
中以 86 rpm 分級準確率最高，即分級效果最
好；蒜球莖長 2.5 cm 組，其平均分級準確率在
各轉速下分別為 83.33、83.33、81.62、82.47
及 82.47% ，且經 ANOVA 分析，於 0.05 顯著
水準 (Significant Level) 下，顯示此組分級轉
速對於分級準確率並無顯著差異；而蒜球莖長
2 cm 組，其平均分級準確率在各轉速下則分別
為 79.66、82.44、81.10、79.32 及 79.33%，此
結果亦顯示當蒜球在此莖長下之分級準確率較
其他兩組者低，其原因可能為蒜球高度較低與
蒜莖長度不夠導致蒜球無法於分級階級桿上確
實翻轉，而直接掉落分級槽，造成分級準確率
較低。圖 4 結果亦獲致階級式蒜球分級作業
時，蒜球莖長保留 3 cm，分級轉速為 86 rpm
時，其分級準確率達 90.10% ，可做為未來農
民操作時之設定參考依據；比較三種蒜球分級
機之分級準確率得知，階級式蒜球分級機的分
級準確率高於雙排下放式重量分級機，但與單
排側放式重量分級機的分級準確率相當。
分級作業能力測試結果，獲致單排側放式
與雙排下放式兩種重量式分級機作業能力，每
小時平均分別約為 5,184 與 8,160 粒，而階級式
蒜球分級機作業能力則每小時平均約為 11,520
粒，分別為單、雙排重量式分級機之 2.22與 1.41
倍。結果顯示階級式蒜球分級機分級作業能力
為最高，雙排下放式重量分級機次之，單排側
放式重量分級機分級作業能力則最低；係因單
排側放式重量分級機僅有一分級道可做分級處
理，雙排下放式重量分級機則具有兩分級道，
而階級式蒜球分級機則有四分級道，故分級處
理作業能力較高。總述各式分級機之分級準確
率與分級作業能力測試結果，顯示階級式蒜球
分級機之分級準確率雖與單排側放式重量分級
機相同，但其作業能力則明顯比單、雙排兩種
重量式分級機有較佳之表現，即階級式分級機
整體之表現為最佳，未來將進一步選取作為一
貫化作業蒜球分級系統之分級裝置。
三、一貫化作業蒜球分級系統試驗結
果
蒜球於去皮脫膜清潔機構上之刷洗時間，
分別設為 10、20 與 30 秒三組試驗下，其試驗
後蒜球表面清潔狀況與原先未經脫膜去皮清潔
之蒜球兩者進行比較，結果如圖 5、6 及 7 所示。
圖 5 為購自雲林縣麥寮鄉未經日曬烘乾脫膜去
皮清潔之濕蒜球；圖 6 由上至下則分別為刷洗
10、20 與 30 秒後之蒜球，結果顯示經刷洗 10
秒之蒜球表面脫膜去皮程度仍不明顯，即表面
清潔程度不夠，而經過刷洗 20 與 30 秒之蒜球
脫膜去皮情形與未經刷洗蒜球脫膜去皮蒜球則
有明顯差異，但仍以刷洗 30 秒者為較佳；圖 7
則將同一批原先刷洗 10 與 20 秒的蒜球重新刷
洗補足時間至 30 秒之結果，顯示經去皮脫膜機
構刷洗清潔30秒之蒜球與圖5原先未經刷洗蒜
球比較，除清潔度外，脫膜去皮情形亦有明顯
差異，顯示此一貫化作業蒜球分級系統設定刷
洗清潔時間 30 秒，可達到良好之去除蒜球表面
塵土與脫膜去皮能力。
本研究亦測試蒜球於此一貫化作業蒜球分
級系統作業時之損傷程度，50 粒蒜球於損傷測
- 194 - Development and Study of Garlic Bulb Sorting Machine
驗 7 天後，對照組蒜球外表並無損傷痕跡及發
霉等情況，而試驗組則有 2 粒蒜球有發霉現
象，蒜球損傷率約為 4% ；顯示本一貫化階級
式蒜球分級機系統對蒜球造成的損傷率，仍合
乎農機性能測試要點規範 5% 以下之要求，其
損傷率為在可接受之範圍內。
圖 5. 未經脫膜去皮清潔之蒜球
Fig. 5. The garlic bulbs untreated by peel and dust removing equipment
a. 刷洗 10 秒 (Treated 10 sec)
b. 刷洗 20 秒 (Treated 20 sec)
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c. 刷洗 30 秒 (Treated 30 sec)
圖 6. 不同脫膜去皮清潔時間處理之蒜球
Fig. 6. The garlic bulbs treated by peel and dust removing equipment in different treatment times
圖 7. 經脫膜去皮清潔之蒜球
Fig.7. The garlic bulbs treated by peel and dust removing equipment
四、分級機分級作業成本分析結果
單排（側放式）重量式分級機、雙排（下
放式）重量式分級機及階級式分級機之蒜球分
級成本效益評估，各分級機係在考量每天最大
作業能量 (kg/day) 、操作人力、機械成本與人
工成本等因子下，進行成本估算，結果如表 4
所示。其結果係依前述各分級機分級能力測試
結果與取每粒蒜球平均約 50g 下，並再以每日
操作 8 小時，所需人力 2 人之情況，及各別機
械售價之 10 年平均分攤與年使用 30 日數下，
獲致單排重量式分級機、雙排重量式分級機及
階級式分級機分級成本每公斤分別約為 1.28、
0.81 及 0.47 元，以階級式分級機之分級成本最
低，其原因主要與機械成本及分級作業能力影
響最大，因此本研究獲致階級式分級機可選用
作為蒜球之分級裝置，以解決農民蒜球分級作
業等問題。
- 196 - Development and Study of Garlic Bulb Sorting Machine
表 4. 分級作業成本比較
Table 4. The cost comparison of each sorting operation
分級機型式
Sorting
machine
type
每小時作
業量
Work
capacity
per hour
(kg/hr)
每日
作業量 a
Worka
capacity
per day
(kg/day)
操作人力
Operation
labor
power
(person)
分級成本項目 (Cost items of sorting)
機械成本 b
Machine
costb
(NT$/kg)
人工成本 c
Labor
costc
(NT$/kg)
每公斤分
級成本
Sorting
cost per
kilogram
(NT$/kg)
每公頃分級
成本 d
Sorting
costd
(NT$/ha.)
單排下放式
Single-rail 259 2,074 2 0.32 0.96 1.28 10,434
雙排側放式
Double-rail 408 3,264 2 0.20 0.61 0.81 6,603
階級式
Stage 576 4,608 2 0.04 0.43 0.47 3,831
註 (ps.)： a. 作業時間以每日 8 小時計，大蒜每粒 50g 計 (The operation hour and each garlic bulb are assumed
to be 8hr per day and 50g per garlic, respectively.)。
b. 單排、雙排重量式分級機售價均為 NT$200,000，階級式蒜球分級機售價為 NT$60,000，假設分
級機使用年限 10 年，每年使用 30 天 (The purchasing prices of single-rail, double-rail and stage
sorting machines are NT$200,000, NT$200,000, and NT$60,000, respectively. The life of each
machine is assumed to be 10 years, and year to use is estimated to be 30 days.)。
c. 人工費用以每人每日 NT$1,000 計算 (Labor cost per person per day is NT$1,000.)。
d. 根據農業統計年報 (2006) 蒜球每公頃產量 8,151kg (According to the agricultural statistical
report in 2006, the garlic bulb product is 8,151kg per hectare in Taiwan.)。
結論
本研究蒜球基礎物性量測分析結果，獲致
其四個量測面之直徑與重量線性迴歸關係，其
決定係數 (R2) 皆達 0.83 以上，若將四個量測
面同時考慮，採多重迴歸分析時，則獲致其決
定係數 (R2) 高達 0.95，即蒜球外形尺寸與重
量間具有高的相關性；且亦獲致特等、優等及
良等之蒜球，其四個量測面直徑、平均直徑、
投影面積、周長、蒜球高、幾何平均直徑及重
量等均有明顯差異，顯示以外形與重量作為分
級標準皆是可行的。
實際測試單排（側放式）與雙排（下放式）
重量分級機之分級結果，獲致分級準確率分別
為 90.56 與 76.11% ，顯示單排側放式重量分
級機能較準確的進行分級作業；而階級式分級
機於蒜球莖長 2、2.5 及 3 cm，分級轉速 40、
62、86、106 及 121 rpm 時之分級準確率，獲
J. Agri. & Fore. 2010. 59(2): 181-197 - 197 -
致當蒜球莖長 3 cm、分級轉速為 86 rpm 時，
平均分級準確率最高約達 90.10% ，與單排側
放式重量分級機相當；且三種分級機之分級能
力測試結果顯示，獲致其分級能力由大至小為
階級式、雙排重量式及單排重量式分級機，每
小時平均作業量分別為 576、408 及 259kg，顯
示階級式分級機不僅具有良好之分級準確率，
亦有最佳之分級能力。
一貫化作業系統之測試結果，亦獲致系統
整體狀況良好、無異常故障或磨耗現象發生，
並獲致刷洗時間設定 30 秒下有良好之清潔與
脫膜去皮效果，而其損傷率亦在可接受之容許
範圍內約為 4% 。而三種分級機成本效益評估
結果，亦獲致階級式分級機分級成本最低，每
公斤僅需約 0.47 元，其次雙排側放式約 0.81
元，單排下放式則最高約需 1.28 元，顯示本研
究所開發之階級式分級機除具有蒜球分級準
確、快速外，亦可節省相當之人力與成本，進
而可提高蒜球收購價格與增加蒜農收益。
謝誌
本研究承農委會相關計劃經費輔助下，始
克完成，謹致謝忱；同時雙排下放式重量分級
機已獲得新型專利，外形階級式分級機則申請
發明專利審核中。
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