Im vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) geförderten Projekt Mariow (Maritime AI-Guided & Remote Operated Welding) haben die Beteiligten ein robotisches System entwickelt, das Unterwasserschweißarbeiten weitgehend autonom ausführen kann. Einer Pressemitteilung des DFKI (Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz) zufolge soll es Taucherinnen und Taucher künftig bei körperlich belastenden und risikoreichen Tätigkeiten entlasten und gleichzeitig präzisere, gleichmäßigere Schweißnähte selbst unter schwierigen Sichtbedingungen anfertigen. In der Pressemitteilung wird darauf verwiesen, dass Unterwasserschweißungen wie Reparaturen von Hafenanlagen, Offshore-Strukturen und anderen metallischen Bauwerken bisher nur von Hand durchgeführt werden konnten. Der Bedarf übersteige jedoch die Zahl der verfügbaren Fachkräfte.
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.
Modularer Unterwassermanipulator
Als ein zentrales Element des Systems bezeichnen die Beteiligten einen am DFKI entwickelten modularen Unterwassermanipulator. Der Roboterarm ist bis zu einer Tiefe von 6.000 Metern einsetzbar, verfügt über eine Reichweite von zwei Metern und ist an unterschiedliche Einsatzszenarien flexibel anpassbar. Durch eine Kombination aus dezentraler Gelenkregelung und übergeordneter Bewegungsplanung kann der Manipulator Schweißarbeiten präzise und wiederholgenau ausführen. Künstliche Intelligenz (KI) verspricht die Revolution der Fertigung, doch in der Praxis scheitern viele Projekte an einer unzureichenden Datenbasis. Warum Sie erst Ordnung schaffen müssen, bevor Sie Künstliche Intelligenz erfolgreich nutzen können. ‣ weiterlesen
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KI-gestützte Bestimmung der Schweißbahn
Ein weiteres Kernstück des Mariow-Systems ist die KI-gestützte Bestimmung der Schweißbahn. Das vom Fraunhofer IGD entwickelte Stereo-Kamerasystem liefert hochauflösende Unterwasseraufnahmen direkt 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
Als weiteren entscheidenden technologischen Fortschritt verweisen die Forschenden auf das Fülldraht-Schweißverfahren, das Unterwasserschweißungen erstmals zuverlässig automatisierbar macht. Der vom Institut für Material- und Prozesstechnik der TH Köln gemeinsam mit dem Unternehmen AMT entwickelte underwater flux-cored arc welding (UW-FCAW)-Prozess ersetzt die gängigen 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.
Demonstration erfolgreich
In der finalen Projektphase wurden alle Teiltechnologien im Unterwasser-Testbecken des DFKI in Bremen zusammengeführt und praxisnah getestet. Dabei wurde die vollständige KI-basierte Bestimmung der Schweißlinie, die automatisierte Planung des Schweißpfads und die abschließende Schweißung mittels UW-FCAW-Verfahrens umgesetzt. „Wir konnten erfolgreich zeigen, dass das automatisierte Fülldrahtschweißen unter Wasser realisierbar ist. Damit haben wir die Grundlage für eine weltweit neuartige Technologie geschaffen, die großes Potenzial für die maritime Wirtschaft und den Industriestandort Deutschland birgt“, sagt Christian Koch, Projektleiter am DFKI Robotics Innovation Center.
Das Konsortium plant, diese Ergebnisse weiter auszubauen. Neben der Verbesserung der Qualität der Schweißnaht steht dann vor allem der Praxiseinsatz im Hafenbecken auf dem Programm. Die Beteiligten sehen etwa Anpassungsbedarf in Bezug auf Einflüsse von Salzwasser, Strömung und Wellengang. Zudem steigt durch den höheren Druck in der Tiefe die Anforderung an Komponenten, etwa bei der Dichtigkeit. Auch ein Lasersystem soll integriert werden, das die Schlacke entfernt, die während des Schweißens entsteht.
