Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
© Fraunhofer IGP Rostock
Messen von Großstrukturen
Arbeitsbereich
Die Entwicklungsgruppe Messen von Großstrukturen betrachtet Fragestellungen der effizienten Erfassung, Auswertung und Visualisierung von Messdaten im produktionstechnischen Umfeld. Ein breites Spektrum an Digitalisierungsmethoden für stationäre und mobile Anwendungen sowie ein interdisziplinäres Team bilden die Grundlage für innovative Lösungen auch unter schweren Bedingungen, z.B. dem Unterwasserbereich.
Der Einsatz modernster Messtechnik zur Erfassung der Form und des Zustands von Großstrukturen bildet die Basis für die anwendungsspezifische Entwicklung von Analyse- und Auswerteverfahren. Der Forschungsschwerpunkt 3D-Datenerfassung entwickelt zusammen mit Industriepartnern Mess- und Qualitätssicherungskonzepte zur Erfassung des IST-Zustandes beliebiger Objekte. Hierbei erfolgt sowohl eine Qualifizierung von Messprozessen zur geometrischen Qualitätskontrolle als auch die Entwicklung der gesamten Prozesskette von der Datenerfassung, über eine geeignete Ergebnisdarstellung bis hin zur Rückführung der Information in den Fertigungsprozess.
Der Forschungsschwerpunkt Monitoring nutzt vielfältige Sensorik zur kontinuierlichen oder periodischen Zustandserfassung bei Großstrukturen und Prozessen. Der Einsatz von maschinellem Lernen und Bildverarbeitung bilden die Basis zur effizienten Nutzung der umfangreichen Datenmengen und der Entwicklung prädikativen Auswerteverfahren.
Im Forschungsschwerpunkt Datenanalyse werden grundlegende Fragestellungen zur Interpretation von mehrdimensionalen Sensordaten behandelt. Im Vordergrund steht eine angepasste Softwareentwicklung für die automatische Analyse hochaufgelöster 3D-Punktwolken und zusätzlicher Datenquellen. Durch die anwendungsspezifischen Entwicklungen zur automatisierten Extraktion objektrelevanter Information aus 2D-, 3D- und mehrdimensionalen Daten werden Modellierungsverfahren entwickelt, Mess- und Auswerteprozesse automatisiert sowie Zustandsinformationen abgeleitet.
Projektübersicht Messen von Großstrukturen
Projektionssysteme
Projektionssysteme in der schiffbaulichen Fertigung
Entwicklung von Methoden zum flexiblen Einsatz von mobilen Projektionssystemen zur Fertigungsunterstützung
Absteckungsaufgaben sind auf Grund des derzeitigen Standards, zeitaufwendig, stark manuell geprägt und fehleranfällig. Kommerzielle Projektionssysteme werden vorrangig für den statischen Einsatz über Produktionslinien befestigt, um repetitive Produktionsschritte zu projizieren. Zur Entwicklung eines mobilen Laserprojektors muss der herkömmliche Workflow grundlegend verändert werden, beginnend mit einer alternativen Referenzierung des Instrumentes und der Adaption an den möglichen Datenfluss in der schiffbaulichen Fertigung. Für einen effektiven und mobilen Einsatz fehlt jedoch auch eine Schnittstelle zwischen der Konstruktion und dem Projektionssystem sowie an schnellen Referenzierungsalgorithmen. Ziel des Forschungsvorhabens ist es diese Lücke zu schließen, um so die manuellen Hilfsmittel durch eine „digitale Schablone“ zu ersetzen.
Schiffbau
Qualitätsicherung im Schiffbau endlich digitalisiert
Digitalisierung des Prozesses der geometrischen Qualitätssicherung im Montageprozess großvolumiger Strukturen
Aufgrund des sich erhöhenden Wettbewerbsdruck der Werften steigt im Schiffbau der Anspruch an Produktivität, Geschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit. Dabei ist die Nachfrage einer Digitalisierung der Prozesse groß. Das Forschungsvorhaben DiGoCheck hat das Ziel im Fertigungs- und Prüfprozess großer Volumenstrukturen im Schiffbau neue Wege der geometrischen Qualitätssicherung zu gehen. Basierend auf neuen und effektiven Messmethoden mittels 3D-Laserscanning, der Analyse von bestehenden Toleranzen und der Visualisierung von Fertigungsabweichungen mittels AR, versucht das Projekt die herkömmlichen Montageprozesse zu einer geschlossenen digitalen Prozesskette umzuformen. Dadurch ergeben sich durch eine konsequente Rückführung der Erkenntnisse und die Verminderung von Nacharbeiten, nicht nur planerische, sondern auch große wirtschaftliche Vorteile.
Rotorblätter
Sensorsystem zur Inspektion von Rotorblättern
Automatisiert agierende Messplattform für eine ganzheitliche Bestandsaufnahme der WEA Rotorblätter
Die Prüfung von Windenergieanlagenrotorblättern auf mögliche Schäden erfolgt aktuell durch Industriekletterer*innen, die eine manuelle Klopfprüfung mit paralleler Fotodokumentation durchführen. Doch dieser Prozess birgt ein hohes Risiko für die Ausführenden und liefert nur punktuelle Ergebnisse. Im Verbundprojekt ARGOS soll eine automatisiert agierende Messplattform entwickelt werden, die mittels aktiver Thermographie, Fotographie und Ultraschallprüfung eine ganzheitliche Bestandsaufnahme der WEA Rotorblätter ermöglicht. Zudem wird eine Manipulatorik zur Durchführung von Reinigungs- und Wartungsarbeiten installiert. Die verorteten Sensordaten werden zu einem dreidimensionalen digitalen Abbild der Rotorblätter zur Fehlerdetektion zusammengefügt. Wirtschaftlichkeit, Ganzheitlichkeit und Sicherheit der Inspektion werden so erhöht.
Klang-Klassifikation
Endlich ganzheitliche Zustandsüberwachung von Großkraftmaschinen
Mit intelligentem Sensornetzwerk und Fehlerortung komplette Anlagen überwachen
Für eine zustandsorientierte Instandhaltung von Großkraftmaschinen ist eine kontinuierliche Zustandsüberwachung unabdingbar. Fehler der Maschinen äußern sich weit vor einem Ausfall durch eine Veränderung der Geräusch- und Vibrationssignatur. Verfügbare Sensorsysteme nutzen diese akustischen Größen, um den Zustand einzelner Komponenten zu erfassen. Im Gegensatz dazu wird im Vorhaben AKKUT eine ganzheitliche Überwachung des Aggregats über den gesamten Lebenszyklus angestrebt. Dies erfordert eine Erweiterung von Einzelsystemen zu Sensornetzwerken mit einer kontinuierlichen Überwachung und Ansätze der Industrie 4.0: Digitalisierung, Vernetzung und Machine Learning. Innerhalb der drei Forschungsprojekte ASEDA, IDaS und AKKUT/E werden Teilkomponenten entwickelt und im Gesamtvorhabens AKKUT zu einem Condition-Monitoring-System zusammengeführt.
Minilab
Reallabor unter Wasser
Minilab als agile Unterwasser-Plattform
Das Leistungsspektrum der Forschungsgruppe „Smart Ocean Technologies“ soll durch den Aufbau zusätzlicher Infrastruktur erweitert werden. Durch äußere Einflussfaktoren (Wellengang, Wind, fehlende Haltestrukturen) ist es schwierig, stabile Rahmenbedingungen während der Messungen unter Wasser zu gewährleisten. Für Tests von Sensorik oder Materialwirkungen unter Wasser werden realistische Daten der Umgebung benötigt. Zu diesem Zweck soll als Infrastruktur ein Reallabor entwickelt werden, das für SOT-interne Projekte aber auch für Tests mit Projektpartnern oder als Service für Kunden zur Verfügung steht. Durch die Entwicklung eines MiniLab an der Warnow in der Nähe zum SOT-Büro entstehen Kompetenzen, Technologien und Kenntnisse, die für zukünftige Installationen im künstlichem Riff Nienhagen und am »Digital Ocean Lab« von Bedeutung sind.
Solarpanele
Automatisierte Reinigung von Solarpanelen
Entwicklung eines Reinigungs- und Inspektionssystems für Servicefahrzeuge in Solarparks
Im Projekt „Entwicklung eines Reinigungs- und Inspektionssystems für Servicefahrzeuge in Solarparks (ERIS)“ wird ein System entwickelt, mit dem es automatisiert möglich sein soll, Solarpanele sowohl zu reinigen als auch defekte Solarzellen zu detektieren. Auf einem mobilen Servicefahrzeug soll dabei ein Haltungssystem in Form eines Arms installiert sein, an dem Module entweder zur Reinigung oder zur Inspektion der Solarpanele angebracht werden können. Für den eigentlichen Reinigungs- bzw. Inspektionsvorgang wird das Servicefahrzeug in Position zum Solarpanel gebracht. Ein Feinpositionierungssystem soll die Führung des Haltearms innerhalb des Aktionsradius übernehmen und sowohl das Reinigungs- als auch das Inspektionssystem automatisch in definierte Stellungen zum Solarpanel bringen, so dass eine Inspektion bzw. Reinigung durchgeführt werden kann.
Automatisierung
LaserBeat
Automatische Fehlererkennung bei der kontaktlosen Prüfung von Tunnelstrukturen
In Deutschland werden Verkehrstunnel mit einer Gesamtlänge von über 1400 km genutzt, die deutliche Mehrheit hiervon für den Zugverkehr. Regelmäßige Inspektionen sind von großer Bedeutung für den dauerhaft sicheren Einsatz dieser Infrastrukturbauwerke, die in der Regel auf eine Nutzungsdauer von 100 Jahren ausgelegt sind. Aktuell werden zum Auffinden verdeckter Fehlstellen während der Tunnelprüfung die Wände manuell abgeklopft. Im Projekt LaserBeat wird in einer Fraunhofer-internen Kooperation der Institute IPM und IGP ein Ansatz zur Automatisierung dieses zeitaufwändigen Vorgangs verfolgt. Mit dem Einsatz von Lasersystemen zur Anregung und Messung mechanischer Schwingungen in der Tunnelwand wird eine kontaktlose und damit flexible und schnelle Abtastung großer Flächen möglich. Zur Fehlerdetektion werden die empfangenen Oberflächenschwingungen analysiert und nach lokalen Anomalien gesucht, die einen Hinweis auf verdeckte Defekte geben.
Monitoringsystem
OWSplus TP3.D
Entwicklung von Methoden zur Strukturanalyse von schwimmenden Trägerstrukturen in einem Monitoringsystem mit kausaler und zeitlicher Erweiterung
Das Fraunhofer IGP verfolgt das Ziel einer Monitoringlösung für Verformungen bzw. Deformationen bei großen Strukturen wie z.B. bei schwimmenden Offshore-Strukturen. Dies umschließt sowohl die Bereiche über als auch unter Wasser. An neuralgischen Stellen der Struktur sollen Sensoren das Strukturverhalten überwachen. Zusammen mit dem Projektpartner Evologics werden Lösungen gefunden, um auch ein periodisches und/oder kontinuierliches Monitoring unter Wasser zu realisieren. Die Verarbeitung und Auswertung der erfassten Daten erfolgt durch das IGP. Liegen zeitlich synchronisierte Sensordaten mit räumlichem Bezug unter und über Wasser zueinander vor, können diese Daten gemeinsam ausgewertet werden. Unter Berücksichtigung der kausalen Zusammenhänge können Zustandsbeurteilungen vorgenommen werden und Abweichungen zum geplanten Verhalten bzw. zu Prognosemodellen für das zukünftige Strukturverhalten berücksichtigt werden.
UAV - Zustandserfassung von Bauwerken
InüDosS
Inspektion, Überwachung und Dokumentation von stahlbaulichen Strukturen
Bauwerke sind Langfristobjekte, die im Verlauf ihrer planmäßigen Nutzung aufgrund von dynamischen und statischen Beanspruchungen einer Degradation unterliegen. Zur Reduzierung daraus resultierender Schäden ist ein nachhaltiges Bauwerksmanagement in Form von Bauwerksprüfungen in regelmäßigen Abständen durchzuführen, die in der Regel zeit- und personalintensiv und mit Nutzungsbeschränkungen des Bauwerkes verbunden sind. Um eine einfache, beschleunigte und regelmäßige Bauwerksprüfung zu ermöglichen, wurde in dem Vorhaben InüDosS ein Inspektionssystem für die automatisierte Zustandserfassung von Bauwerken entwickelt. Dafür werden automatisiert agierende unbemannte Flugobjekte (UAV) zur Zustandserfassung der Bauwerke genutzt. Anschließend werden etwaige Schäden in den Bilddaten mit Hilfe neuronaler Netze erkannt und auf Grund ihrer Art, Größe sowie Lage im Bauwerk bewertet. Dadurch werden Bauwerksprüfer bei der Ableitung von Handlungsstrategien unterstützt.
Datenerfassung
3D HydroMapper
Hybride 3D Bestandsdatenerfassung und modellgestützte Prüfung von Verkehrswasserbauwerken für ein nachhaltiges Infrastruktur-Lifecycle-Management
Im Rahmen des Verbundprojektes „Hybride 3D Bestandsdatenerfassung und modellgestützte Prüfung von Verkehrswasserbauwerken für ein nachhaltiges Infrastruktur-Lifecycle-Management – 3D HydroMapper“ entwickelt das Fraunhofer IGP in Zusammenarbeit mit Dr. Hesse und Partner Ingenieure in Hamburg (dhp:i), WKC Hamburg GmbH (WKC), dem Geodätischen Institut Hannover (GIH) und dem Hafenbetreiber und Dienstleister Niedersachsen Ports (NPorts) ein System zur digitalen Bauwerksinspektion von Verkehrswasserbauwerken. Alleinstellungsmerkmal ist die weitgehende Automatisierung des Mess-, Auswerte- und Prüfvorgangs für über und unter Wasser gelegene Strukturen. Im Ergebnis kann die Erfassungsgeschwindigkeit erhöht, der Prüfumfang erweitert und erstmals ein umfassendes digitales Bauwerksmodell für Hafenbauwerke erstellt und fortgeschrieben werden.
Leistungen
- Durchführung und Entwicklung von Methoden zur Qualitätskontrolle sowie Steuerung von Fertigungsprozessen durch den Einsatz moderner Messverfahren
- Anforderungsspezifische Modellierung hochaufgelöster Punktwolken (Reverse Engineering)
- Analyse, Beratung und Konzeptionierung von Mess- und Prüfprozessen sowie darauf basierende Ableitung von Handlungsempfehlungen zur Integration der Ergebnisse
- Durchführung von 3D-Toleranzanalysen und Messfähigkeitsuntersuchungen
- Schaffung von Planungs- und Simulationsgrundlagen auf Basis von 2D- und 3D Messdaten sowie Datenmodellierung zur Onlineprogrammierung von Robotern
- Anwendungsspezifische Softwareentwicklung zur Datenauswertung, Analyse und Interpretation Punktwolken
- Konzeptionierung und Entwicklung kundenspezifischer Monitoring-Lösungen durch interdisziplinäre Verknüpfung von Überwachungsmethoden und Messverfahren
- Entwicklung von Komplettsystemen zur Überwachung und Interpretation des aktuellen Zustandes von Großstrukturen, Einzelbauteilen, Anlagen und Prozessen (Monitoring, Product Lifecycle Management, Building Information Modeling)
Ausstattung
| Koordinatenmessmaschine | Laserinterferometer | Messarm | Industrie Photogrammetrie |
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| Streifenlichtprojektor | 3D-Totalstation | 3D-Laserscanner | Thermografiekameras |
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| Lasertracker | Projektionssystem | Auswertesoftware | |
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