激光熔覆金属增材制造是基于激光熔覆、快速原型技术而发展起来的新型制造技术,该技术具有可制造复杂结构零件、材料利用率高、制造周期短等一系列优点。但在成形过程中,受到基体散热条件变化、成形件尺寸结构变化等因素的影响,熔池温度波动范围较大,这种热效应的累积可能导致熔层热作用失衡,组织不匀,成形表面凹凸不平,甚至塌陷。因此,有必要对熔池温度进行实时监测与闭环控制,以提高熔池温度的稳定性,提高成形质量。目前,国内外研究大多采用基于高温计测量结果调整工艺参数的方案来控制熔池温度,系统方案成本较高,且由于熔池温度机理模型比较复杂,存在适用于熔池温度闭环控制的算法并不多见或控制精度不高等问题。本文针对上述问题,结合比色测温法与PID控制原理对熔池温度的检测与控制进行系统研究,构建了基于彩色CCD的熔池温度测控系统,并通过设计具体实验对该系统进行验证,取得了较为理想的结果。基于光内送粉熔覆喷头和彩色CCD构建激光熔池温度测控系统,该系统可稳定地采集中空环形激光熔池的热辐射图像,选用的光内送粉熔覆喷头具有扫描能量分布均匀、粉束挺直等优点。结合普朗克辐射定律和比色测温原理建立激光熔池温度检测模型,确立双通道结构的测量方案,综合考虑CCD光谱响应曲线和测温范围,选择合适的比色测温波长,建立起灰度比值与温度的线性函数关系,推导出系统的熔池温度计算公式;利用红外热像仪作为温度标定设备,温度检测结果与标定结果最大误差率为2.3%,分析了测温误差的来源。基于Visual C#语言和机器视觉软件Halcon的联合编程开发熔池温度专用的系统软件,采用模块化思想进行软件界面的设计,详细介绍了图像采集、图像处理和数据输入/数据输出模块的实现方法,利用Socket通信实现温度数值信号在工控机与机器人控制器之间的反馈,为下一步闭环控制提供基础。研究了激光熔覆基础工艺对熔覆层质量的影响,通过对单道熔覆过程中熔池温度的跟踪测量并进行分析后,确定激光功率作为闭环控制的参量,结合模拟PID控制原理设计温度控制器算法。通过在基板上进行圆筒薄壁试样的堆积实验检验温度测控系统的控制效果,从尺寸精度、显微组织及硬度的角度分析了熔池温度控制对成形件质量的影响。结果表明:该熔池温度测控系统能够有效地进行熔池温度的闭环控制,熔池实际温度与设定温度之间的绝对误差不超过46℃,相对误差控制在2.7%以内。成形件底部与顶部外径仅相差0.9mm,尺寸精度明显提高。成形件各处显微组织差异较小,组织致密均匀,力学性能得到进一步改善。