激光同轴送粉头喷出的粉末汇聚和分布特性直接影响激光制造的质量和精度。研究了同轴送粉时粉末分布规律和汇聚情况，提出了同轴送粉式粉末分布理论模型，开发了一种粉末流场检测系统，对喷嘴喷出的粉末汇聚情况和分布形貌进行了实时检测，结果表明，计算结果与实验测量结果比较吻合。通过系统观察和分析粉末流的汇聚和分布的实时变动行为，有利于更好地优化设计送粉头和控制激光制造过程。

为研究同轴送粉熔覆中YAG激光束与粉末流的相互作用机理, 采用CCD检测技术, 对不同功率、不同送粉量下粉末流分布进行检测, 得到不同参数下粉末流的图像、灰度分布图和伪彩色分布图。结果表明: 随着激光功率增加, 粉末流图像由暗变亮, 最后到白炽状态, 其温度逐渐升高。激光功率400 W时, 随着送粉量的增加, 粉末流图像由暗变亮, 到一定程度后变暗。该检测结果可用于激光熔覆工艺优化, 提高熔覆的质量以及材料的利用率。

为了使机器人准确高效地完成复杂形貌零件修复，开发了一套基于三维视觉的激光再制造机器人离线自动编程系统。系统主要包含6个功能模块：机器视觉测量、三维建模、再制造规划、自动编程、仿真优化和通信模块。基于HALCON软件采用标准标定板进行视觉系统的标定，应用梯度重心法对采集到的激光光条图像进行光条中心提取，依据极限几何理论进行特征匹配，根据三角原理获取零件表面点云数据。然后逆向重建零件三维模型并提取出修复区域，根据工艺规划参数，自动进行再制造路径规划和机器人加工程序编制，并通过机器人主控方式实现多个设备之间的联动和时序控制。试验表明，该方法能提高激光再制造机器人编程效率和精度，且机器人动作连贯，修复路径与设计吻合，满足零件修复要求。

针对复杂自由曲面零件激光再制造中在线示教加工路径存在的问题，进行了三维激光熔覆再制造修复路径的研究，提出了基于等距平行截面法的修复轨迹自动生成算法。利用任意等距平行截面与三角网格模型求交确定激光束扫描点位置；估算出三角网格中每个顶点法矢后，通过对交点所在边的两顶点法矢插值得到交点的法矢，确定了在加工点激光束的姿态。应用实例表明，该算法取得了良好的加工效果，能够达到实用化要求。

机器视觉技术对激光机器人加工过程检测与控制具有主要作用。基于CCD/CMOS光电视觉技术，开展了激光再制造机器人零件三维几何形貌重建、激光熔池温度场、同轴送粉粉末流浓度场等3种机器视觉系统研究。3D形貌机器视觉系统：扫描宽度200 mm,扫描速度10~50 mm/s，最大误差小于1 mm。温度场机器视觉系统:测温范围700 ℃~2400 ℃，精度50 ℃。粉末流场机器视觉系统：粉末流量检测范围1~100 g/min。3种系统均可进行实时检测,且体积小，能方便地与机器人安装、耦合。