曲面零件有着良好的流体力学和动力学特性,在工业中被广泛使用。但是自由曲面零件由于其表面形状的不规则性与复杂性,加工制造较为困难,生产成本高昂。并且曲面零件发生破损或者断裂时,修复较为困难。激光熔覆技术是一种新型强化修复技术,具有能量利用率高、对基体热影响小、熔覆层与基体结合性好等特点。激光表面强化修复技术中的扫描路径至关重要,随着逆向工程技术的发展,采集零件表面点云数据然后据此规划激光熔覆路径成为研究热点。本文结合激光熔覆与逆向工程,提出了一种针对空间复杂曲面的激光熔覆路径规划方法。本方法可生成等间距的熔覆路径,从而保证熔覆层搭接率相等且熔覆质量较好。本文构建了以激光熔覆成形设备,点云数据采集处理设备和自主开发的路径规划软件为核心的自由曲面激光熔覆系统。首先标定深度相机Kinect V2的内参并使用相机采集零件的点云数据,采用RANSAC算法分割出仅包含待加工表面的点云数据。然后投影待加工表面的点云数据,以水平面点集的轮廓作为路径起始点修正条件。根据本文提出的等搭接率激光熔覆路径规划算法,选取一条点云束拟合后作为初始熔覆路径。在初始熔覆路径上确定一系列路径点,在每一个通过路径点且垂直熔覆方向的局部轮廓上,根据熔道宽度和搭接率搜索下一条路径上的点。拟合搜索的点集作为后一熔覆路径,重复上述步骤直到熔覆路径遍历曲面。针对拟合函数无法直观表现熔覆路径的问题,在熔覆路径选取一系列点,并采用VTK可视化三维点集从而直观的展现熔覆路径。此外,在Robotics Toolbox中根据机器人的D-H参数建立机器人模型,仿真机器人夹持喷头并保持轴线垂直加工表面运动时,各个关节角位移与角速度,确认运动过程中机器人是否会发生限位。最终按照规划的熔覆路径与喷头姿态进行激光熔覆实验,并对熔覆层的形貌、显微组织、硬度、厚度、熔道间距展开分析。发现熔覆层表面光亮,无明显熔道间隆起或凹陷,显微组织均为细小柱状枝晶和等轴枝晶,熔覆层硬度相对基体硬度有较大提升,熔覆层厚度均匀,熔道间距相等搭接率一致。