激光直接沉积作为增材制造中近净成型、快速制造的代表技术,在工业生产中得到广泛的应用。激光直接沉积过程中由于其复杂的冶金反应、非平衡凝固特点,在不当的工艺参数下产生缺陷,大大降低的成形零件的性能。因此,研究激光直接沉积过程熔池及沉积层在线监测系统,对于保证沉积过程稳定,提高零件生产效率,具有重要的科学研究意义和实际应用价值。本文以合金钢激光直接沉积的在线熔池缺陷监测系统与方法构建为研究目标,采用高精度激光位移传感器（2 μm）和高速摄像机双测试系统,研究了合金钢激光直接沉积过程熔池形貌与缺陷的在线测试理论与方法,利用宏观和微观表征手段,对制备合金钢样品熔池形貌、裂纹、气孔、夹杂等缺陷随着激光工艺参数变化的规律进行了系统研究,实验结果表明:激光位移传感器具有对沉积层表面形貌高精度检测的能力,通过数据拟合建立了激光直接沉积扫描速度与沉积层垂直扫描方向截面形貌的二次函数关系,发现随着扫描速度的增大,合金钢沉积层宽度基本保持不变,沉积层高度降低,沉积效率降低,但表面缺陷减少,沉积过程稳定。建立了识别合金钢沉积层表面缺陷的方法,通过数据点云三维重构得到沉积层表面三维形貌图像,能够精确测试合金钢熔池表面形貌与缺陷的演化规律。研究阐明了激光直接沉积能量密度与沉积层内部缺陷演化的作用关系及缺陷形成机理,优化获得了制备沉积层样品致密度达到最大99.24%的激光工艺参数;随着能量密度的增大,沉积层内夹杂缺陷含量减少,裂纹率增大,发现夹杂缺陷和热应力是导致沉积层形成裂纹缺陷的主要原因。该研究建立的双测试系统与熔池形貌及缺陷的测试方法为研究激光增材制造合金钢过程在线监控新技术奠定了良好的工作基础。