Damit die maritime Infrastruktur nicht mehr nur von Industrietauchern instandgesetzt werden muss, hat ein Konsortium unter Leitung des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) einen Unterwasser-Schweißroboter entwickelt. Mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI), Sensorik und einem Unterwasser-Roboterarm soll das System künftig autonome Schweißarbeiten ermöglichen.
Bisher wird unter Wasser bei der Reparatur von Hafenanlagen, Offshore-Strukturen oder anderen metallischen Bauwerken von Hand geschweißt. Der Bedarf übersteigt die verfügbaren Fachkräfte jedoch deutlich. Hier setzte das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Projekt Mariow (Maritime AI-Guided & Remote Operated Welding) an: Erstmalig haben die Partner ein robotisches System entwickelt, das Unterwasserschweißarbeiten weitgehend autonom ausführen kann. Es soll Taucher künftig entlasten und präzisere, gleichmäßigere Schweißnähte selbst unter schwierigen Sichtbedingungen anfertigen.
Zum Projektkonsortium gehörten neben dem DFKI Robotics Innovation Center in Bremen das Institut für Material- und Prozesstechnik sowie das Labor für Autonome Systeme der TH Köln, das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD, die AMT GmbH und die Unterwasserkrause – Mutzeck GmbH, wie das DFKI mitteilt.
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Modularer Unterwassermanipulator und KI-Unterstützung
Ein zentrales Element ist der am DFKI entwickelte Unterwassermanipulator. Der Roboterarm ist bis zu einer Tiefe von 6.000 m einsetzbar, verfügt über eine Reichweite von 2 m und ist an die Einsatzszenarien anpassbar. Mittels dezentraler Gelenkregelung und übergeordneter Bewegungsplanung führt der Manipulator die Schweißarbeiten präzise und wiederholgenau durch.
Ein weiteres Kernstück des Mariow-Systems ist die KI-gestützte Bestimmung der Schweißbahn. Das vom Fraunhofer IGD entwickelte Stereo-Kamerasystem liefert hochauflösende Unterwasseraufnahmen am Schweißbrenner. Darauf aufbauend hat das Labor für Autonome Systeme der TH Köln KI-Modelle entwickelt und trainiert, die Schweißstöße sowie deren Start- und Endpunkte autonom erkennen. Die KI berechnet anschließend die optimale Bewegung des Roboters.
Neuartiges Fülldraht-Schweißverfahren
Ein entscheidender Fortschritt ist das Fülldraht-Schweißverfahren, das Unterwasserschweißen erstmals zuverlässig automatisierbar macht. Der vom Institut für Material- und Prozesstechnik der TH Köln gemeinsam mit der AMT GmbH entwickelte underwater flux-cored arc welding (UW-FCAW)-Prozess ersetzt die herkömmlichen Stabelektroden, die bereits nach wenigen Zentimetern Schweißnaht ausgewechselt werden müssen, durch einen kontinuierlichen Draht. Dieser ununterbrochene Materialfluss bildet die Grundlage für stabile, kontrollierte und reproduzierbare Nähte.
In der finalen Projektphase wurden alle Teilanwendungen im Unterwasser-Testbecken des DFKI in Bremen zusammengeführt und demonstriert. Dabei wurde die vollständige KI-basierte Bestimmung der Schweißlinie, die automatisierte Planung des Schweißpfads und die abschließende Schweißung mittels UW-FCAW-Verfahrens umgesetzt.
In kommenden Vorhaben möchte das Konsortium diese Ergebnisse ausbauen. Neben der Verbesserung der Qualität der Schweißnaht steht dann vor allem der Praxiseinsatz im Hafenbecken auf dem Programm. Der Einfluss von Salzwasser, Strömung und Wellengang wird dann eine Anpassung der Systeme nötig machen. Zudem steigt durch den höheren Druck in der Tiefe die Anforderung an Komponenten etwa in Bezug auf die Dichtigkeit. Nicht zuletzt soll ein Lasersystem integriert werden, das die Schlacke entfernt, die während des Schweißens entsteht.
Web:
www.dfki.de
