随着激光加工技术自动化、智能化的发展,激光加工监测系统逐渐成为国内外学者研究的热点。在激光加工设备中引入监测系统,对加工的过程进行监测,可以有效的提高激光加工的可控性,改善加工质量。结合实验室激光微加工技术——激光微熔覆技术,本论文研究了适用于激光微熔覆设备的同轴监测系统,实现工件表面激光微加工状况的同轴监测。该系统主要由激光器、镀膜反射镜、激光聚焦镜(同时也是成像物镜)、成像目镜、变焦透镜、CCD传感器、数据采集卡以及计算机等部件组成。它的光学系统主要分为激光聚焦光路和可见光成像光路两部分,不但能够将激光器发出的激光光束聚焦于工件表面用于加工,同时也可以实现工件表面加工状况的可视化监测和定位。文中重点研究了同轴监测系统的光学系统部分。以设计要求和像差理论为依据,选取胶合透镜作为光学系统的透镜,并确定了光学系统的初始结构(包括透镜的曲率半径、厚度与间隔等结构参数),然后利用CODE V光学设计软件对初始结构进行模拟与分析,并根据系统像差的大小对其进行结构优化,得到结构参数的最优解。最后将加工好的胶合透镜按照同轴监测系统光路的要求在光学平台上搭建光路,并对激光聚焦镜的聚焦性能以及工件表面可见光成像性能进行了测试,验证了作者所设计的胶合透镜适用于激光聚焦和工件表面可见光成像,满足实验室激光微加工技术的要求。上述研究为激光微熔覆设备提供了可行的同轴监视和定位系统,提高了设备的性能。同时,可根据激光微加工、机械结构要求将本系统改进后用于其他激光微加工设备(例如紫外激光加工设备),进而为激光微加工技术的发展提供技术保障。