离焦量

离焦量直接关系到激光作用在工件上的功率密度。

在激光焊接过程中，离焦量对焊接质量的影响。 激光焊接通常需要一定的离焦量，因为激光焦点处光斑中心的离焦量功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。

在激光热处理过程中，离焦量对热处理效果产生直接的的影响。 当离焦量过大，作用在工件上的功率密度过低达不到处理工件的目的；当离焦量过小，作用在工件上的功率密度过高，容易熔化激光照射点，破坏工件表面。

离焦方式按焦平面与工件的位置关系，可分为正离焦与负离焦，焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离焦平面与焊接平面距离相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。

实验表明，激光加热50~200us材料开始熔化，形成液相金属并出现问分汽化，形成市压蒸汽，并以极高的速度喷射，发出耀眼的白光。与此同时，高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘，在熔池中心形成凹陷。当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。

当离焦较小时，就会产生较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。当离焦量适中，激光处于较低功率密度时，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。

一种测定离焦量的方法及系统，用于扫描振镜系统中离焦量的测量，包括如下步骤：确定激光λ1的焦平面；测量结构光λ3与水平面之间形成一倾角α及焦距的值；测量指示光λ2偏离垂直面的角度θ；根据公式计算得出离焦量。此方法克服了常规测量工具由于读数引入的误差，并能实现非接触的距离测量，避免了常规测量对工件的损伤，并能实现狭小空间内的测距，提高了加工效率。