研究目的
研究温度对金属粗糙表面散射光产生的散斑图案的影响，并确定分形维数、空隙度和相关性等参数对温度变化的敏感性。
研究成果
分形维数对温度变化的敏感度低于间隙度和相关性，因此更适合在温度波动环境中进行粗糙度监测。相关性具有高度敏感性，最适合检测微小温度变化，而间隙度则表现出中等敏感度。本研究为优化工业应用中难以控制温度条件下的散斑图案分析提供了参考依据。
研究不足
热电偶测量的是样品表面附近的温度，而非精确的表面温度，这可能会引入轻微的误差。该实验仅针对具有特定粗糙度的单一铝制样品，其他材料或不同粗糙度水平的结果可能会有所差异。大量图像（约11万张）的处理耗时较长（例如分形维数和空隙度计算耗时9小时）。工业环境中的温度控制被指出是一项挑战，且相关方法若不做调整可能无法直接适用。
1：实验设计与方法选择：
实验通过激光照射铝粗糙表面，在不同温度下获取8位数字散斑图案图像。采用特定算法计算分形维数、空隙度和相关性等参数（分形维数使用差分盒计数法，空隙度使用滑动盒法，相关性使用标准相关系数）。
2：样本选择与数据来源：
使用尺寸为104毫米×38毫米×6毫米、平均粗糙度为1.3±0.2微米的铝样本。当样本从高温（最高452.55°C）冷却至室温时，采集散斑图案图像。
3：3±2微米的铝样本。当样本从高温（最高55°C）冷却至室温时，采集散斑图案图像。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：设备包括DPSS激光器（532纳米，5.0毫瓦）、中性滤光片（ND 30A，OD=3.0和ND=6A，OD=0.6）、单色CCD相机（30帧/秒）、陶瓷加热板（Jung，型号CV200AP01）、K型热电偶、模数转换器（数据记录仪A202）及软件（带Fraclac和Image CorrelationJ 1o插件的ImageJ、VirtualDub、Masterlogger）。材料包括铝样本和定制夹具。
4：0毫瓦）、中性滤光片（ND 30A，OD=0和ND=6A，OD=6）、单色CCD相机（30帧/秒）、陶瓷加热板（Jung，型号CV200AP01）、K型热电偶、模数转换器（数据记录仪A202）及软件（带Fraclac和Image CorrelationJ 1o插件的ImageJ、VirtualDub、Masterlogger）。材料包括铝样本和定制夹具。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：采用受控加热方案（5分钟达到最终温度，60分钟稳定，随后自然冷却）。在冷却过程中采集散斑图案图像，每10秒记录一次温度。对图像进行处理，计算不同温度范围内的分形维数、空隙度和相关性。
5：数据分析方法：
使用ImageJ插件计算分形维数、空隙度和相关性。统计分析包括通过百分比相对差异比较各参数对温度变化的敏感性。
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Confocal microscope
DCM3D
LEICA
Used to assess the average roughness of the aluminum sample according to DIN 4768 norm.
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DPSS laser
532 nm, 5.0 mW
Used as the light source to generate coherent light for producing speckle patterns on the metallic surface.
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Neutral filter
ND 30A, OD=3.0
Used to adjust the laser intensity to avoid camera saturation.
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Neutral filter
ND=6A, OD=0.6
Used to adjust the laser intensity to avoid camera saturation.
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CCD camera
Monochromatic, 30 fps
Used to capture digital images of the speckle patterns without a lens, operating in the diffraction plane.
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Heating plate
CV200AP01
Jung
Used to heat the aluminum sample to various temperatures with a digital controller.
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Thermocouple
K type
Used to measure the temperature inside the aluminum sample near the surface.
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Analog-to-digital converter
A202
Datalogger
Used to convert analog temperature signals from thermocouples to digital data for recording.
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Software
ImageJ
NIH
Used for image processing, including calculations of fractal dimension and lacunarity with plugins.
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Software
Fraclac
Plugin for ImageJ used to calculate fractal dimension and lacunarity from digital images.
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Software
Image CorrelationJ 1o
Plugin for ImageJ used to calculate correlation between digital images.
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Software
VirtualDub
Used to extract frames from the video captured by the CCD camera.
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Software
Masterlogger
Used to monitor and record temperature data from the thermocouples.
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Computer
Intel Core i7 processor, 16 Gb RAM
Intel
Used to process the digital images and perform calculations for the experiment.
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