nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy phân tích màu sơn ôtô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY PHÂN TÍCH MÀU SƠN ÔTÔ S K C 0 9 MÃ SỐ: T2011- 12TĐ S KC 0 3 Tp Hồ Chí Minh, 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN  BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY PHÂN TÍCH MÀU SƠN ÔTÔ MÃ SỐ: T2011- 12TĐ Chủ nhiệm đề tài: DƯƠNG TUẤN TÙNG TP HỒ CHÍ MINH – 2011 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐƠN VỊ Tp HCM, Ngày 10 tháng 12 năm 2011 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy phân tích màu sơn ô tô - Mã số: T2011-12TD - Chủ nhiệm: Dương Tuấn Tùng - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM - Thời gian thực hiện: Từ 08/03/2011 đến 30/11/2011 Mục tiêu: Mục tiêu đề tài thiết kế, chế tạo thiết bị phân tích màu sơn dạng kỹ thuật số nhằm hỗ trợ công việc pha màu cho kỹ thuật viên sở sửa chữa sơn ô tô Ngoài ra, đề tài giúp cho người học pha màu kiểm tra độ xác màu sơn pha trình thực hành pha màu sơn sở đào tạo trường đại học, cao đẳng trường nghề Đề tài xác định với mục tiêu cụ thể sau:  Nghiên cứu lý thuyết màu phương pháp đo màu cảm biến  Thiết kế mạch điện, cảm biến nhận biết màu thông qua tín hiệu tiêu chuẩn cảm biến  Lập trình chuyển đổi không gian màu cho phù hợp với người sử dụng  Giao tiếp với máy tính để phân tích tra công thức màu sơn ô tô  Tập luận văn với đầy đủ sở lý thuyết hướng dẫn sử dụng sản phẩm cách rõ ràng Tính sáng tạo: Chưa có đề tài làm vấn đề Việt Nam Kết nghiên cứu: Sau thiết kế lắp đặt linh kiện lập trình ta thiết bị phân tích màu cầm tay với chức sau:  Một cảm biến màu (Color Sensor Module) có chức nhận màu đưa điều khiển trung tâm dạng tín hiệu điện áp (X, Y, Z)  Một phần mềm máy tính liên kết với cảm biến màu (Color Sensor Module) Có thể phân tích màu trực tiếp máy tính, hiệu chỉnh cảm biến (Calibration) cấn thiết  Một xử lý trung tâm (Color Analyzer) có chức năng: - Nhận tín hiệu từ cảm biến chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số Độ phân giải hiển thị 10 bít - Từ tín hiệu nhận (X, Y, Z) biến đổi không gian màu RGB, L*a*b cho phù hợp với người sử dụng - Hiển thị giá trị đo hình LCD người sử dụng thấy - Tìm sai số hai màu đo - Giao tiếp với máy tính theo chuẩn RS232 để lựa chọn không gian màu mong muốn  Bài báo khoa học đăng tạp chí khoa học công nghệ số 85/2011 Sản phẩm: 01 máy phân tích màu, 01 phần mềm máy tính Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Hiệu kinh tế cao, ứng dụng rộng rãi lĩnh vực sơn ô tô Chuyển giao công nghệ theo phương thức bán trọn gói sản phẩm Trưởng Đơn vị (ký, họ tên) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: Code number: T2011-12TD Coordinator: Dương Tuấn Tùng Implementing institution: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Duration: from March 08, 2011 to November 30, 2011 Objective(s):  Study color theory and color measurement by the sensor  The circuit design, color recognition sensor signal through three standard sensors  Programming color space conversion to suit the user  Communicating with a PC for analysis and investigation automotive paint formulations  Training with full thesis theoretical basis as well as product manuals clearly Creativeness and innovativeness: Research results:  A Color Sensor Module (CSM) has function to get color on the control unit center in the form of voltage signals (X, Y, Z)  Computer software connected with the color sensor module (CSM) It can be directly analyzed by computer, calibration sensor when needed  A central processing unit (Color Analyzer) has the following functions: - Receive signal from the CSM and converts analog signals into digital signals Display resolution as 10 bits  - Transform X, Y,Z signals into the RGB and L * a * b color spaces - Display of measured values to the LCD screen - Find out the error between the measured colors - Communicated with computer by standard RS232 to select the color spaces A journal article is published in scientific journals and technologies No 85/2011 Products: 01 Color analyzer, 01 computer software Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: Economically efficient, widely used in automotive paints Technology transfer by the method of product sales package MỤC LỤC -o0o Chương 1: DẪN NHẬP 1.1 Tính cấp thiết đề tài 03 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 04 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 04 1.4 Phạm vi ứng dụng đề tài 05 1.5 Phương pháp nghiên cứu 05 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nguyên lý cảm nhận màu 06 2.1.1 Màu nguồn sáng 06 2.1.2 Màu vật thể 07 2.2 Các phương pháp phối trộn màu 09 2.3 Các hệ thống phân loại màu không gian màu 12 2.3.1 Giá trị XYZ không gian màu Yxy 15 2.3.2 Không gian màu L*a*b* 17 2.3.3 Không gian màu L*C*h* 18 2.3.4 Không gian màu Hunter Lab 19 2.4 Cơ sở tính toán thiết bị đo màu 19 2.4.1 Chức phối màu 20 2.4.2 Giá trị không gian màu L*a*b* 23 2.4.3 Giá trị không gian màu L*C*h* 24 2.4.4 Không gian màu Hunter Lab 24 2.4.5 Không gian màu L*u*v* 25 Chương 3: NGUYÊN LÝ ĐO MÀU BẰNG CẢM BIẾN 3.1 Phương thức cảm nhận màu sắc mắt người thiết bị đo màu 28 3.1.1 Mắt người 28 3.1.2 Máy đo màu 28 3.1.3 Máy đo quang phổ 29 Chương 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN 4.1 Thiết kế cảm biến 30 4.2 Thiết kế mạch điều khiển , hiển thị giao tiếp máy tính 34 4.2.1 Giới thiệu chung vi điều khiển atmega8 35 4.2.2 Giới thiệu chung LCD HD44780 36 4.3 Lưu đồ giải thuật 39 4.4 Chương trình điều khiển 44 4.5 Thực nghiệm hiệu chỉnh chương trình 48 4.6 Hướng dẫn sử dụng máy 52 Chương 5: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ Kết luận 57 Đề nghị 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ BẢNG TRONG ĐỀ TÀI Hình 2.1: Quang phổ ánh sáng trắng Hình 2.2: Hiện tượng phản xạ khúc xạ ánh sáng Hình 2.3: Khả cảm nhận màu mắt người Hình 2.4: Mô hình màu cộng 10 Hình 2.5: Mô hình màu trừ 10 Hình 2.6: Ứng dụng mô hình màu trừ 11 Hình 2.7: Không gian màu chiều Yxy 12 Hình 2.8: Không gian màu chiều Yxy 13 Hình 2.9: Đồ thị biểu độ nhạy cảm quang phổ mắt người 14 Hình 2.10: Không gian màu chiều L*a*b 15 Hình 2.11: Không gian màu chiều a*b* 16 Hình 2.12: Ứng dụng không gian màu L*a*b để biểu diễn màu táo 16 Hình 2.13: Ứng dụng không gian màu L*C*h để biểu diễn màu táo 17 Hình 2.14: Tiêu chuẩn quan sát 20 100 17 Hình 2.15: Chức phối màu 18 Hình 3.1: Nguyên lý cảm nhận màu 24 Hình 3.2: Nguyên lý cảm nhận màu mắt người 25 Hình 3.3: Nguyên lý cảm nhận màu máy đo màu 25 Hình 3.4: Máy đo màu không gian màu 26 Hình 3.5: Nguyên lý cảm nhận màu máy phân tích quang phổ 26 Hình 3.6: Máy phân tích màu hãng Konica Minolta 37 Hình 3.7: Máy phân tích màu hãng BYK 28 Hình 3.8: Máy phân tích màu hãng Elektro Physik 29 Hình 4.1: Sơ đồ khối tổng quát đề tài 30 Hình 4.2: Cảm biến màu tích hợp TIAM2 31 Bảng 1: Các thông số cảm biến màu TIAM2 32 Bảng 2: Chức chân cảm biến màu TIAM2 33 Hình 4.4: Mạch điện cảm biến TIAM2 thiết kế xong 34 Hình 4.5: Sơ đồ chân Atmega8 35 Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 36 Hình 4.7: Mạch điện điều khiển 37 Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị LCD 37 Hình 4.9: Mạch hiển thị LCD 37 Hình 4.10: Màn hình hiển thị lập trình 38 Bảng 3: Chức chân LCD 38 Bảng 4: Lưu đồ giải thuật cho máy phân tích màu cầm tay 39 Hình 4.11: Thử nghiệm so sánh với máy phân tích màu hãng acquire 49 Hình 4.12: Thử nghiệm phân tích màu đỏ 49 Hình 4.13: Thử nghiệm phân tích màu xanh 50 Hình 4.14: Thử nghiệm phân tích màu xanh dương 50 Hình 4.15: Máy phân tích màu lắp đặt lập trình 51 Hình 4.16: Giao diện máy bật nguồn 53 Hình 4.17: Đo giá trị màu vật mẫu chuẩn không gian màu L*a*b 53 Hình 4.18: Đo giá trị màu vật cần điều chỉnh không gian màu L*a*b 54 Hình 4.19: Máy phân tích màu kết nối với máy tính 55 Hình 5.11: Giao diện phần mềm tra công thức màu máy tính 55 Đề tài NCKH cấp trường trọng điểm MS: T2011-12TD Chương DẪN NHẬP Màu sắc sản phẩm đóng vai trò quan trọng việc thiết kế, sản xuất tiêu thụ sản phẩm Trong môi trường cạnh tranh để đánh giá sản phẩm tiêu chuẩn kỹ thuật tiêu chuẩn kiểu dáng, mẫu mã màu sắc sản phẩm tiêu chuẩn hàng đầu Tuy nhiên mẫu mã màu sắc đa dạng việc thiết lập quản lý công thức màu làm đồng màu sản phẩm phức tạp nhiêu Theo thống kê hãng sản xuất xe thị trường có hàng ngàn màu xe khác việc pha chỉnh màu sơn để sửa chữa có hư hỏng xảy phức tạp Hiện nay, sở sửa chữa sơn ô tô việc pha chỉnh màu hoàn toàn dựa vào kinh nghiệm người thợ chính, chưa có thiết bị, máy móc hỗ trợ nên công việc pha chỉnh màu gặp nhiều khó khăn Trong màu sắc lại yếu tố cảm nhận chủ quan người việc đánh giá chất lượng sản phẩm sau sơn lại khó khăn Như biết, nguyên lý việc cảm nhận màu sắc tượng phản xạ ánh sáng Nguồn sáng tới ánh sáng trắng (bao gồm tia sáng đơn sắc với bước sóng khác từ đỏ, cam, vàng, xanh lá, xanh dương, tím) nguồn sáng nhân tạo khác chiếu vào vật thể cần quan sát Tia sáng phản xạ lại mắt người quan sát người quan sát cảm nhận vật thể có màu Vì vậy, màu sắc vấn đề nhận thức theo cách hiểu chủ quan Khi mô tả với cùng mô ̣t màu sắ c , mỗi người khác sẽ diễn đạt theo nhiề u ý khác , họ sẽ tự định nghĩa màu sắc theo từ ngữ của riêng miǹ h nên việc đánh giá phân loại màu sắc sản phẩm mang tính tương đối Dựa theo quan điể m kỹ thuâ ̣t, mô ̣t màu sắ c có thể đươ ̣c mô tả bằ ng ba thuô ̣c tính sau: Sắ c màu, giá trị sắc độ  Sắc màu là từ ngữ đươ ̣c sử du ̣ng để phân biê ̣t giữa các màu , ví dụ đỏ, vàng, xanh…  Giá trị độ sáng hay tối màu  Sắ c đô ̣ (đôi lúc còn đươ ̣c go ̣i là đô ̣ bão hòa ) việc đo sự khác biê ̣t của mô ̣t màu thế nào so với màu xám Thiết kế, chế tạo máy phân tích màu sơn ô tô Đề tài NCKH cấp trường trọng điểm MS: T2011-12TD lcd_gotoxy(0,2); lcd_puts(dR1); lcd_gotoxy(5,2); lcd_puts(dG1); lcd_gotoxy(10,2); lcd_puts(dB1); lcd_gotoxy(15,2); lcd_puts(saiso1); delay_ms(500); if(saiso[...]... nào nghiên cứu về lĩnh vực máy phân tích màu sơn trên ô tô 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế, chế tạo ra một thiết bị phân tích màu sơn dưới dạng kỹ thuật số nhằm hỗ trợ công việc pha màu cho các kỹ thuật viên tại các cơ sở sửa chữa sơn ô tô Ngoài ra, đề tài còn giúp cho người học pha màu kiểm tra được độ chính xác của màu sơn được pha ra trong quá trình thực hành pha màu. .. về màu sắc 3.1.2 Máy đo màu Hình 3.3: Nguyên lý cảm nhận màu bằng máy đo màu Thiết kế, chế tạo máy phân tích màu sơn ô tô 25 Đề tài NCKH cấp trường trọng điểm MS: T2011-12TD Hình 3.4: Máy đo màu và các không gian màu Máy đo màu có ưu điểm là kích thước nhỏ gọn và có thể mang đi Chúng được sử dụng chủ yếu cho việc đo đạc sự sai khác trong sản xuất và lĩnh vực điều tra và phân loại sản phẩm 3.1.3 Máy. .. Nguyên lý cảm nhận màu bằng máy phân tích quang phổ Máy đo quang phổ cho giá trị đo có độ chính xác cao và có khả năng đo màu tuyệt đối Nó được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực nghiên cứu như trong phòng thí nghiệm của các hang sản xuất bột màu, sàn xuất sơn Thiết kế, chế tạo máy phân tích màu sơn ô tô 26 Đề tài NCKH cấp trường trọng điểm MS: T2011-12TD 3.2 Giới thiệu một số máy phân tích màu của các hãng... = đen Thiết kế, chế tạo máy phân tích màu sơn ô tô 9 Đề tài NCKH cấp trường trọng điểm MS: T2011-12TD Nguyên lý của tổng hợp màu cộng được sử dụng trong tivi màu, trong chiếu sáng trên sân khấu để tạo ra toàn các màu trong dãi quang phổ thấy được 2.2.2 Phương pháp phối màu trừ (sử dụng trong ngành sơn) Hình 2.5: Mô hình màu trừ Màu xanh ngọc, màu tím và màu vàng là các màu sơ cấp của hỗn hợp màu trừ,... vực sơn ô tô Là một công cụ giúp các kỹ thuật viên pha sơn một cách chính xác và nhanh chóng hơn 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Thiết kế, chế tạo máy phân tích màu sơn ô tô 3 Đề tài NCKH cấp trường trọng điểm MS: T2011-12TD Trên thế giới hiện nay đã có các hãng chuyên chế tạo các máy phân tích màu như hãng BYK-Gardner, hãng ElektroPhysik, hãng Jencorlor Tuy nhiên các máy này chỉ đọc và phân. .. cấp trường trọng điểm MS: T2011-12TD 3.2 Giới thiệu một số máy phân tích màu của các hãng trên thế giới Máy phân tích màu của hãng Konica Minolta Các loại máy này dùng cho các ngành sơn ô tô, sơn công nghiệp… Hình 3.6: Máy phân tích màu của hãng Konica Minolta Thiết kế, chế tạo máy phân tích màu sơn ô tô 27 ... người nhận thức được màu sắc và nguyên lý mà một thiết bị đo màu nhận biết màu sắc Hình 3.1: Nguyên lý cảm nhận màu 3.1 Phương thức cảm nhận màu sắc của mắt người và các thiết bị đo màu 3.1.1 Mắt người Thiết kế, chế tạo máy phân tích màu sơn ô tô 24 Đề tài NCKH cấp trường trọng điểm MS: T2011-12TD Hình 3.2: Nguyên lý cảm nhận màu của mắt người Mắt người có khả năng tuyệt vời để so sánh màu, nhưng có những... thức màu sơn ô tô  Tập luận văn với đầy đủ cơ sở lý thuyết cũng như hướng dẫn sử dụng sản phẩm một cách rõ ràng 1.4 Phạm vi ứng dụng của đề tài:  Trong lĩnh vực sơn ô tô: Thiết lập được công thức màu mới theo yêu cầu của khách hàng (sơn trong nhà máy) , tìm ra sai số giữa các màu giúp việc pha chỉnh Thiết kế, chế tạo máy phân tích màu sơn ô tô 4 Đề tài NCKH cấp trường trọng điểm MS: T2011-12TD màu sơn. .. người về màu của một vật nào đó ta sẽ nhận được những câu trả lời khác nhau Tuy nhiên, những người làm trong các lĩnh vực liên quan đến màu sắc như sơn, in cần có một tiêu chuẩn cho Thiết kế, chế tạo máy phân tích màu sơn ô tô 10 Đề tài NCKH cấp trường trọng điểm MS: T2011-12TD việc xác định màu Vì mục đích này, nhiều hệ thống phân loại màu khác nhau đã được thiết lập Một vài hãng sản xuất sơn đã cho... dưới dạng mặt phẳng Thiết kế, chế tạo máy phân tích màu sơn ô tô 12 Đề tài NCKH cấp trường trọng điểm MS: T2011-12TD hơn Phần cắt ngang vuông góc với trục độ sáng Y trong không gian màu CIE là biểu đồ màu CIE Các màu phổ là các màu có độ bão hòa tối đa có thể phục chế được cho một tông màu (bước sóng) Chúng nằm trên đường biên của biểu đồ màu CIE Hình minh họa nhằm chỉ vị trí của màu phổ tương ứng