激光熔覆技术由于热变形较小、熔覆层耐磨耐腐蚀性好等优点,可以广泛应用于材料表面改性、金属零件修复以及金属零件的直接成形等领域。通过对激光熔覆过程中熔池几何特征加以监测,并将其作为闭环控制的控制目标,可以有效提高熔覆层成形精度,使激光熔覆过程的质量和效率更高。本文针对激光熔覆熔池图像干扰多、亮度大导致的监测困难与熔覆过程影响因素复杂多变导致的控制困难问题,设计了一种激光熔覆熔池识别算法,准确稳定的提取熔池区域,分析不同加工工艺下熔池几何特征与熔覆形貌的变化规律,并制定了相应的控制策略,对熔覆形貌加以控制。主要内容如下:首先,搭建了激光熔覆实验与熔池视觉监测平台,对相机、镜头、滤光片等光学器材进行选型设计,对比不同参数下采集的熔池图像,获得了清晰的飞溅较少的熔池图像。其次,分析熔池图像特点,确定熔池处理方案,并对比经典的图像处理算法,分析各方法的优点和不足;针对熔池图像亮度不均匀且干扰复杂多变的问题,提出了一种分区域熔池识别算法,并充分利用均值和均方差信息,实现图像处理算法参数自适应调整,提高熔池提取算法的鲁棒性。之后,通过设计以激光功率和扫描速度为因变量的激光熔覆实验,探究工艺参数对熔池特征、熔覆形貌的影响,其中熔池特征包括而熔池宽度、长度与面积,熔覆形貌则是熔覆层的宽度与高度。基于PID控制原理,设计熔覆形貌控制策略,通过控制熔池宽度恒常不变达到稳定熔覆宽度的目的。并在实验加工中,通过试凑法整定PID控制器的关键参数。最后,将熔池识别算法与控制策略进行集成,结合课题组自主研发的激光熔覆加工系统,设计了基于实时视觉的激光熔覆形貌控制系统。该系统基于Kithara提供的Windows实时拓展套件（KRTS）,能够在实时层完成熔池监测、激光控制与运动控制功能,保证了系统运行的实时性。并且在开环和闭环下进行多道单层激光熔覆实验,结果表明相较于开环加工,在闭环控制下的熔覆宽度波动更小,熔覆形貌尺寸更加稳定。