Spezialdrohnen für berührende Messverfahren
Inspektions- und Prüfaufgaben werden von Drohnen in der Regel aus sicherer Entfernung erledigt. Und im Normalfall ist eine Kollision ohnehin so ziemlich das Letzte, was beim UAS-Einsatz passieren sollte. Doch es gibt Aufgaben, die die physische Berührung des Beobachtungsgegenstands zwingend erfordern. Eine „Mission impossible“ für unbemannte Flugsysteme? Mitnichten. Eine handvoll Firmen bringt Spezialdrohnen zum Aufbringen von Sensor- und Manipulationsköpfen zum Einsatz. Eine davon: U-ROB aus Bielefeld.
Von Jan Schönberg
Berührungslose Datenerhebung aus der Luft – zum Beispiel mit Hilfe von Thermal- und RGB-Kameras – gehört schon eine ganze Weile zu den gängigen Prüf- und Inspektionsverfahren. Doch was passiert, wenn eine Materialauffälligkeit nicht sicher genug klassifiziert werden kann, weil die optische Aufklärung an ihre Grenzen stößt? Hier sehen gängige Prozessbeschreibungen als nächsten Schritt oft eine so genannte handnahe Prüfung vor, die die Ergebnisse der Sichtprüfung ergänzt. Bringt auch diese nicht die gewünschte Erhebungssicherheit, müssen weitergehende Analysen vorgenommen werden. Beispielsweise Ultraschalluntersuchungen oder Probenentnahmen. Auch für die rechtssichere Prüfung von Bauwerken sind oftmals solcherlei handnahe Prüfungen vorgeschrieben, zum Beispiel in der DIN 1076 („Ingenieurbauwerke im Zuge von Straßen und Wegen, Überwachung und Prüfung“). Mit „normalen“, für die Fernerkundung ausgerüsteten Drohnen ist es nicht möglich, diese Schritte zu gehen.
Wie eine handnahe Prüfung konkret auszusehen hat, wenn statt des menschlichen Prüfers beispielsweise eine Drohne Pfeiler und Bögen von Brücken „in Augenschein“ nimmt, ist derzeit noch nicht im Detail definiert. Allerdings stellt das Aufbringen von Sensoren – ob nun von Hand oder per UAS – in jedem Fall ein sehr sicheres Verfahren dar. Technisch müssen für die Messungen am Bauwerk in den meisten Fällen drei Schritte umgesetzt werden: „Andocken“ der Drohne, Reinigung der Oberfläche von Schmutz oder Korrosion sowie Aufbringen des Messkopfes und gegebenenfalls eines Koppelmittels. Für das „Andocken“ am Bauwerk reicht eine kurze Berührung daher nicht aus, der gesamte Vorgang dauert pro Messpunkt in der Regel zwischen 5 und 20 Sekunden. Daher muss die Drohne aktiv an das Bauwerk gedrückt werden. Dies erfolgt entweder durch den vertikalen Auftrieb oder – wenn eine horizontale Annäherung erforderlich ist – über einen am Heck angebrachten Druckantrieb. Eine andere Möglichkeit ist es, zu diesem Zweck die Antriebe wie bei einigen VTOL-Drohnen zu schwenken.
Eine spezielle Konstruktion sorgt dafür, dass die Drohne sich plan an das Bauwerk anschmiegt und den Sensorkopf im richtigen Winkel an der zu untersuchenden Oberfläche ausrichtet
Bei den meisten Messverfahren ist es erforderlich, dass die Oberfläche möglichst sauber und eben ist. Insbesondere korrodierte Stahloberflächen können dabei problematisch werden. Daher müssen Spezialdrohnen wie die Robi XL von U-ROB mit einer Art Schleifkopf zur Reinigung der Oberfläche ausgestattet sein. Nachdem die zu prüfende Stelle für die Messung vorbereitet wurde, wird anstatt der Reinigungsmechanik der eigentliche Messkopf aufgebracht. Bei Ultraschallmessungen muss dabei noch ein Gel aufgebracht werden, um eine sichere Messung zu ermöglichen. Neben der punktuellen Messung können erste Drohnenmodelle auch an Oberflächen „entlangrollen“. Dabei werden an der Drohne meist eine Art Stützräder verwendet. Mit deren Hilfe kann die Drohne eine Oberfläche beispielsweise senkrecht nach oben abfahren. Dieses Verfahren wird Insbesondere bei der Hohlraumdetektion oder Messung der Bewehrungstiefe auf Betonoberflächen genutzt.
Über eine drehbare Vorrichtung lassen sich verschiedene Mess- und Reinigungsaufsätze situativ einsetzen
Was vor ein paar Jahren noch eine Vision war und in Teilen undurchführbar schien, hat sich mittlerweile zu einem Business Case mit Perspektive entwickelt. Und die Drohnen-gestützte Messung auf Oberflächen von Bauwerken befindet sich noch ganz am Anfang, ist vielen potentiellen Endanwendern in Industrie und Handwerk bislang unbekannt. Eine große technische Herausforderung ist die Automatisierung des „Andockvorgangs“, um schneller und sicherer möglichst viele Messungen oder auch praktische Arbeiten an Bauwerken vornehmen zu können. Wichtige Impulse könnte hier das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte Verbundprojekt AIDA geben, bei dem es um die autonome Inspektion und Wartung von Offshore-Windenergieanlagen durch Entwicklung eines ganzheitlichen UAS-Ansatzes geht. In einem Teilprojekt widmen sich dabei U-ROB, Ems Maritime Offshore, das Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung sowie die Helmut Müller GmbH der Offshore-Ertüchtigung von berührenden Messverfahren mittels UAS für Inspektionsaufgaben.
