汽车覆盖件模具等零件结构复杂,型面质量要求高,由于长期工作在复杂重载工况下,易发生表面磨损失效。利用再制造技术能够有效恢复零件磨损失效面的尺寸及性能,使零件重新投入使用。大功率半导体宽束激光器具有输出功率高、激光波长短、光斑尺寸大等特点,通过对宽束激光熔覆过程中熔池几何形态的准确检测与合理控制,可以有效提高熔覆层成形精度与质量,实现结构复杂零件的高质量、高效率再制造修复。本文针对宽束激光熔覆熔池温度高、亮度大导致的检测、控制难等问题,设计了一种宽束激光熔覆熔池视觉检测方案,分析熔池几何形态特征及其动态特性,并制定了相应的熔池控制策略。主要内容如下:首先,开展了宽束激光熔覆熔池检测装置的选型与设计;建立像素坐标系与世界坐标系之间的逆透视变换模型,并编写基于局部分割框架与主动轮廓模型的轮廓提取算法,实现了宽束激光熔覆熔池轮廓提取与熔池几何特征测量;开发熔池检测软件系统,集成了相机标定、图像预处理与熔池轮廓提取等功能。其次,设计宽束激光单道单层熔覆全因素试验,研究了激光功率、扫描速度、粉末厚度对熔池宽度、熔池长度及熔池面积的影响规律;对工艺参数与熔池几何形态特征进行回归分析,并建立熔池几何模型,进一步表征了不同工艺参数下的熔池轮廓。然后,通过工艺参数阶跃输入试验,采用传递函数分别建立了激光功率、扫描速度与熔池宽度之间的单输入单输出模型。选取扫描速度为控制对象,熔池宽度为被控对象,设计扫描速度输入信号进行系统辨识试验;针对熔池宽度数据进行动态拓展,结合遗传算法对神经网络模型的权值与阈值展开优化,建立了当前时刻熔池宽度的神经网络预测模型,为后续实现熔池闭环控制奠定基础。最后,采用模糊推理系统自适应整定PID控制器参数,制定了熔池宽度模糊PID控制策略;基于熔池宽度神经网络动态预测模型,对模糊PID控制策略、PID控制策略、模糊控制策略进行仿真对比。研究表明,采用模糊PID控制策略时,控制器调节时间为1.8s,超调量为0.44%,对熔池宽度具有较好的控制效果。上述研究实现了半导体宽束激光熔覆熔池几何形态的准确检测与合理控制,为汽车零部件等金属构件失效面快速、高精度修复提供参考依据,具有一定的学术研究意义与工程应用价值。