Mobile Robotik in der Qualitätssicherung: Fliegende und tauchende Datensammler

Ob Fassadeninspektion eines 20-stöckigen Hochhauses oder Reparatur eines Windkraftflügels – für manche Aufgaben der Qualitätssicherung ist der Mensch einfach nicht gemacht. Drohnen oder mobile Robotik im Allgemeinen können diesen gefährlichen Einsatz vom Menschen übernehmen. In Zukunft werden sie sich mehr und mehr als Werkzeug einsetzen lassen und besitzen dabei das Potenzial, ihre Aufgaben vollständig autonom durchzuführen. Das Fraunhofer IFAM untersucht unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten von unbemannten Luft- und Unterwasserfahrzeuge in der Qualitätssicherung – ob in der Inspektion, Wartung oder Reparatur.

Der industrielle Einsatz von Drohnen in der Luft oder unter Wasser

Für die Qualitätssicherung in der Kleb- und Oberflächentechnik können unbemannte Luftfahrtsysteme oder Unterwasserfahrzeuge bereits jetzt in vielen Bereichen eingesetzt werden. Da diese Systeme schwer zugängliche Bereiche mit relativ geringem Aufwand erreichen können – etwa Strommasten, Brücken, Pipelines oder Windenergieanlagen – sind sie ein ideales Werkzeug, um Messgeräte, oder in Zukunft auch andere End-Effektoren, an den »Ort des Geschehens« zu bringen. Insbesondere in der Qualitätssicherung können Drohnen effektiv eingesetzt werden. Im Rahmen des Testzentrums für Maritime Technologien am Standort Helgoland werden Wartungs- Inspektions- sowie Instandhaltungsprozesse mittels mobiler Robotik unter Offshore-Bedingungen erforscht und getestet.

Datenerfassung, Schadensanalyse und Reparatur mit Drohnen

Neben technischen Voraussetzungen der unbemannten Luftfahrtsysteme oder Unterwasserfahrzeuge stellt dabei auch die Entwicklung von Schnittstellen zur vollautomatisierten Datenerfassung eine wichtige Herausforderung dar: Innerhalb dieser »Datenpools« kann die Schadenshistorie genutzt werden, um die Daten beispielsweise durch Ansätze des »Machine Learning« mit Expertenwissen zu verknüpfen und damit wiederum eine selbstständige Schadensanalyse zu realisieren. Aber auch für technische Verfahren zur Messung oder Reparatur existiert bei Drohnen noch Entwicklungsbedarf. Den meisten heutigen Anwendungen ist gemein, dass diese »nicht-berührend« stattfinden. Ein Andocken der Drohne am Prüfkörper, wie etwa dem Rotorblatt einer Windenergieanlage, und die Durchführung einer Messung oder gar Reparatur, ist heute noch Gegenstand der Forschung und Entwicklung.

Projekt »TURBO«: Vereisungsschutz von Windenergieanlagen mithilfe von Drohnen

Die Vereisung von Windenergieanlagen stellt ein wesentliches Problem beim Betrieb der Anlagen dar, da sie zu massiven Ertragseinbußen, Verschleiß und Gefährdung von Menschen in der Nähe der Anlagen führt. Im Projekt »TURBO« (IGF-Vorhaben-Nr. 21718 N) wird das Auftragen eines temporären Vereisungsschutzes mittels einer Drohne erforscht. Neben diesem konkreten Anwendungszweck werden die Grundlagen für mobile Beschichtungseinrichtungen bei weiteren Anwendungen gelegt. Im Fokus der Arbeiten werden die Wechselwirkungen aus Drohnenflug (z. B. Stabilität, Positionsgenauigkeit, Rotorenabwind), robuster Auftragstechnik (z. B. Gewicht, Mechanismus) und Materialeigenschaften (z. B. Umweltverträglichkeit, Viskosität, Anti-Eis-Funktion) stehen.

Tim Strohbach ist als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IFAM in der Abteilung Qualitätssicherung und Cyber-Physische Systeme zuständig für den Einsatz von Drohnen und mobiler Robotik mit dem Fokus auf Wartung, Inspektion sowie Instandsetzung.