电弧增材制造作为一种重要的3D打印技术,具有效率高、成本低等优点。由于电弧增材过程中电弧的不稳定性、熔池尺寸变化,容易导致成形质量变差,故其成形规律及控制成为研究的热点。本文针对电弧增材制造中热输入小、成形相对较好的冷金属过渡（CMT）电弧增材方法,探究其成形规律,并构建新型的视觉传感方法对其成形进行传感和控制。首先,构建了电弧增材制造测控系统,分为CMT增材系统、视觉传感系统和控制系统,并完成了相应系统的软硬件开发,分别用于完成CMT电弧增材、对沉积过程的监控、对增材制造过程参数的控制。其次,设计并进行了电弧增材的单层单道与多层单道工艺实验,对比分析不同增材电流、增材电压、沉积速度、层间温度等工艺参数对成形情况和组织性能的影响,并尝试用回归方程构建增材制造工艺参数与成形尺寸之间的关系。结果表明,电弧增材的焊道熔宽随着增材电流和电压的增大而增大,但电流电压越大,越容易出现表面变形、失稳,甚至流淌等情况,侧表面粗糙度也越大。在实验的参数区间内,其他条件不变时,电流为160A,电压为17V沉积层的变形程度最小,宽高比适中,成形良好。焊接线能量随沉积速度增大而减小,熔宽和余高也减小,有利于提高表面精度,线能量为500J/mm时表面粗糙度最小。降低层间温度也可以使表面更为平整。通过对成形件的显微组织分析,发现由底部到上部存在胞状晶→柱状晶→枝状晶的转变。再次,在工艺实验的基础上,开发基于三条平行激光线的结构光视觉传感系统。基于Visual Studio和Open CV编写了相应的图采软件,提出了相应的算法,对增材过程中熔池宽度、沉积高度等图像特征进行了提取与计算。为克服弧光对图像采集与处理的影响,基于CMT电压波形,构建低电压触发图像采集系统,有效地实现了无弧和低弧下的图像采集,进一步提高增材制造图像处理算法的可靠性。最后,基于Rob5000模块和运动控制模块构建CMT增材上位机控制系统,实现对CMT增材制造的程序化控制,并结合增材成形模型规律,实现对电弧增材的焊道成形的初步控制,提高成形件的整体质量。