Báo cáo Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy phân tích màu sơn ôtô (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy phân tích màu sơn ôtô (Phần 1)

1. 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 0 0 2 8 1 MÃ SỐ: T2011- 12TĐ S K C 0 0 3 3 5 0 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2011
2. 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
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ĐƠN VỊ Tp. HCM, Ngày 10 tháng 12 năm 2011 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. 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 2. Mục tiêu: 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 sơn tại các cơ sở đào tạo ở các trường đại học, cao đẳng và các trường nghề. Đề tài được xác định với các mục tiêu cụ thể như sau: Nghiên cứu lý thuyết màu và phương pháp đo màu bằng cảm biến. Thiết kế được mạch điện, bộ cảm biến nhận biết màu thông qua 3 tín hiệu tiêu chuẩn của cảm biến. Lập trình chuyển đổi các không gian màu cho phù hợp với người sử dụng. Giao tiếp với máy tính để phân tích và tra công 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. 3. Tính mới và sáng tạo: Chưa có đề tài nào làm về vấn đề này tại Việt Nam. 4. Kết quả nghiên cứu: Sau khi thiết kế và lắp đặt linh kiện cũng như lập trình ta được thiết bị phân tích màu cầm tay với các chức năng như sau: Một bộ cảm biến màu (Color Sensor Module) có chức năng nhận màu đưa về bộ điều khiển trung tâm dưới dạng tín hiệu điện áp (X, Y, Z).
4. Một phần mềm máy tính liên kết với bộ cảm biến màu (Color Sensor Module). Có thể phân tích màu trực tiếp bằng máy tính, hiệu chỉnh cảm biến (Calibration) khi cấn thiết. Một bộ xử lý trung tâm (Color Analyzer) có các chức năng: - Nhận tín hiệu từ cảm biến và chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số. Độ phân giải hiển thị được 10 bít. - Từ các tín hiệu nhận về (X, Y, Z) biến đổi ra các không gian màu RGB, L*a*b cho phù hợp với người sử dụng. - Hiển thị các giá trị đo được ra màn hình LCD để cho người sử dụng thấy. - Tìm ra sai số giữa hai màu được đo. - Giao tiếp với máy tính theo chuẩn RS232 để có thể lựa chọn các không gian màu mong muốn. Bài báo khoa học đăng tại tạp chí khoa học và công nghệ số 85/2011 5. Sản phẩm: 01 máy phân tích màu, 01 phần mềm máy tính. 6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Hiệu quả kinh tế cao, ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực sơn ô tô. Chuyển giao công nghệ theo phương thức bán trọn gói sản phẩm. Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) (ký, họ và tên)
5. INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. 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 2. 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. 3. Creativeness and innovativeness: 4. 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. 5. Products: 01 Color analyzer, 01 computer software. 6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: Economically efficient, widely used in automotive paints. Technology transfer by the method of product sales package.
6. MỤC LỤC o0o Chương 1: DẪN NHẬP 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 03 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 04 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 04 1.4 Phạm vi ứng dụng của 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 của nguồn sáng. 06 2.1.2. Màu của vật thể. 07 2.2 Các phương pháp phối trộn màu 09 2.3 Các hệ thống phân loại màu và các không gian màu 12 2.3.1. Giá trị XYZ và 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 của các thiết bị đo màu 19 2.4.1. Chức năng phối màu. 20 2.4.2. Giá trị trong không gian màu L*a*b*. 23 2.4.3. Giá trị trong 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 của mắt người và các 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 bộ cảm biến 30 4.2 Thiết kế mạch điều khiển , hiển thị và giao tiếp máy tính. 34
7. 4.2.1 Giới thiệu chung về vi điều khiển atmega8. 35 4.2.2 Giới thiệu chung về 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
8. DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ BẢNG TRONG ĐỀ TÀI Hình 2.1: Quang phổ ánh sáng trắng. 7 Hình 2.2: Hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng. 8 Hình 2.3: Khả năng cảm nhận màu của mắt người. 9 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 3 chiều Yxy. 12 Hình 2.8: Không gian màu 2 chiều Yxy. 13 Hình 2.9: Đồ thị biểu hiện độ nhạy cảm quang phổ đối với mắt người. 14 Hình 2.10: Không gian màu 3 chiều L*a*b. 15 Hình 2.11: Không gian màu 2 chiều a*b*. 16 Hình 2.12: Ứng dụng không gian màu L*a*b để biểu diễn màu của quả táo. 16 Hình 2.13: Ứng dụng không gian màu L*C*h để biểu diễn màu của quả táo. 17 Hình 2.14: Tiêu chuẩn quan sát 20 và 100. 17 Hình 2.15: Chức năng phối màu. 18 Hình 3.1: Nguyên lý cảm nhận màu. 24 Hình 3.2: Nguyên lý cảm nhận màu của mắt người. 25 Hình 3.3: Nguyên lý cảm nhận màu bằng máy đo màu. 25 Hình 3.4: Máy đo màu và các không gian màu. 26 Hình 3.5: Nguyên lý cảm nhận màu bằng máy phân tích quang phổ. 26 Hình 3.6: Máy phân tích màu của hãng Konica Minolta. 37 Hình 3.7: Máy phân tích màu của hãng BYK. 28 Hình 3.8: Máy phân tích màu của hãng Elektro Physik. 29
9. Hình 4.1: Sơ đồ khối tổng quát của đề tài. 30 Hình 4.2: Cảm biến màu tích hợp TIAM2. 31 Bảng 1: Các thông số của cảm biến màu TIAM2. 32 Bảng 2: Chức năng các chân của cảm biến màu TIAM2. 33 Hình 4.4: Mạch điện của cảm biến TIAM2 đã được thiết kế xong. 34 Hình 4.5: Sơ đồ chân của Atmega8. 35 Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý của 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 đã được lập trình. 38 Bảng 3: Chức năng các chân của 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 của hãng acquire 49 Hình 4.12: Thử nghiệm phân tích màu đỏ 49 Hình 4.13: Thử nghiệm phân tích màu xanh lá 50 Hình 4.14: Thử nghiệm phân tích màu xanh dương 50 Hình 4.15: Máy phân tích màu đã được lắp đặt và lập trình. 51 Hình 4.16: Giao diện của máy khi mới bật nguồn. 53 Hình 4.17: Đo giá trị màu của vật mẫu chuẩn bằng không gian màu L*a*b. 53 Hình 4.18: Đo giá trị màu của vật cần điều chỉnh bằng không gian màu L*a*b. 54 Hình 4.19: Máy phân tích màu được kết nối với máy tính 55 Hình 5.11: Giao diện của phần mềm tra công thức màu bằng máy tính. 55