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Fully automated laser guided inspection robot for weld defect detection on ship hulls

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Roboter übernehmen Schiffsrumpfprüfung

Eine EU-finanzierte Forschungsgruppe hat eine neue Robotikplattform zur Prüfung auf Schweißfehler und zur Kartierung der Korrosion an Bord von Schiffen entwickelt. Gegenwärtig führen immer noch Menschen diese Inspektionen durch, wobei die Schiffe zu diesem Zweck ins Trockendock gebracht werden müssen.

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Die EU verfügt über die größte Schiffsflotte der Welt. Zu Beginn des Jahres 2014 umfasste die von der EU kontrollierte Flotte 450 Millionen Bruttoregistertonnen bzw. 23 000 Wasserfahrzeuge. Kurz gesagt, die EU kontrolliert rund 40 % der weltweiten Tonnage und kann sich außerdem rühmen, über die jüngste und innovativste Flotte der Welt zu verfügen. Zerstörungsfreies Prüfen (ZfP) erfolgt mittels leistungsstarker nichtinvasiver Verfahren, mit denen die Unversehrtheit eines Bauteils oder einer Struktur bestimmt wird. Bei großen Schiffen summiert sich die Länge der sicherheitskritischen Schweißnähte auf mehr als 120 km. Die Inspektionen erfolgen üblicherweise zweimal innerhalb der ersten zehn Jahre der Lebensdauer eines Schiffes auf dem Trockendock. Trockendock-Inspektionen sind ein wichtiges Thema, denn der Besitz eines Schiffes kann hier Kosten von bis zu 150 000 EUR pro Untersuchung verursachen.

Schweißnähte in einem einzigen Arbeitsgang untersuchen

Momentan erfolgt die Untersuchung von Schweißverbindungen typischerweise durch Röntgenaufnahmetechnik, Ultraschall, Magnetpulverprüfung oder Eindringmittelprüfung. Jedes Verfahren erfordert eine Person vor Ort, welche die Schweißnahtprüfungen durchführt. Das EU-finanzierte Projekt ShipTest verfolgte das Ziel, die Untersuchung mit zerstörungsfreien Prüfverfahren durch Kommerzialisierung von Spectre-X neu zu definieren. Diese robotergestützte Inspektionsplattform dient der lebenszykluslangen Schweißfehlererkennung und Korrosionskartierung auf Schiffen. „Aufbauend auf den Entwicklungen des RP7-Projekts X-Scan kommt bei Spectre-X eine Kombination aus phasengesteuerter Ultraschallprüfung und Wechselstromfeldmessung zum Einsatz, um die Untersuchungen effizienter und kostengünstiger zu gestalten. Das System kann Schweißfehler auf dünnen Metallplatten prüfen, ohne dass die Beschichtung entfernt werden muss“, erläutert Dr. Kyriakos Berketis, Koordinator von ShipTest. Spectre-X steigert die Effizienz, indem mehrere Verfahren zur volumetrischen und Oberflächenprüfung von Schweißnähten in einem einzigen Durchgang kombiniert werden. Es spart daher Arbeit, erhöht die allgemeine Inspektionssicherheit und senkt die Kosten. Außerdem kommt das Bedienpersonal mit weniger Fachwissen aus. Die erzeugten Daten werden zwecks Fernanalyse auf eine sichere private Cloud-Plattform hochgeladen. „Diese Plattform könnte als Basis dienen, von der aus alle Arten von Untersuchungsdaten hochgeladen werden können – ganz so, als ob man eine medizinische Akte für ein Schiff führen würde“, fügt Berketis hinzu.

Wettbewerbsvorteil für Spectre-X

„Es war ein echtes Kunststück, drei zerstörungsfreie Prüfverfahren anstatt nur einer Technik in eine einzige Kiste mit einem Gewicht von etwa 25 kg zu bekommen“, berichtet Berketis. Zudem vereint diese Kiste bestimmte zerstörungsfreie Technologien, die einfachere und genauere Inspektionen gestatten. Beispielsweise leitet die Wechselstromfeldmesssonde einen elektrischen Strom lokal in die Metalloberfläche und misst die dort in der Nähe der Schweißnaht auftretenden elektromagnetischen Felder. Ist ein freiliegender Riss vorhanden, werden die entsprechenden Felder gestört und die Informationen für das Bedienpersonal grafisch dargestellt. „Die Wechselstromfeldmessung stellt eine bessere Alternative zu den manuellen Verfahren dar, bei denen Magneten zum Einsatz kommen. Mit diesen ist zwar auch das gestörte Magnetfeld zu erkennen, wie es sich vom Oberflächendefekt aus ausbreitet, aber sie liefern keine Informationen darüber, wie tief der Fehler reicht“, erklärt Berketis. Ein weiterer Vorteil von Spectre-X besteht darin, dass Verfahren zum Einsatz kommen, bei denen mittels phasengesteuerter Ultraschallprüfung Defekte in Metallplatten von weniger als 10 mm Dicke untersucht werden können. Auch wenn mit den phasengesteuerten Ultraschallprüfverfahren von Natur aus geringere Dicken untersucht werden können, wird dies jedoch bei den meisten handelsüblichen Systemen nicht ausgenutzt. Deshalb wurde oft Röntgentechnik eingesetzt, bei der es ungeachtet ihrer Vorteile jedoch Gesundheits- und Sicherheitsbedenken gibt. Einzigartig an Spectre-X ist schließlich, dass auch Korrosionskartierungen am schwimmenden Schiff in der Meeresumwelt durchgeführt werden können. Sofern während der Gesamtlebensdauer des Schiffs keine signifikanten Änderungen in Bezug auf Form oder Größe vorgenommen wurden, findet die Prüfung auf Schweißfehler üblicherweise am neu gebauten Schiff statt. „Umfassende Kommunikation mit Fachleuten aus der Schifffahrt, Schiffsbesitzenden und Anlagenbedienpersonal veranlasste uns dazu, eine Erweiterung des Umfangs der von Spectre-X angebotenen Dienstleistungen in Betracht zu ziehen“, schließt Berketis seine Ausführungen.

Schlüsselbegriffe

ShipTest, Prüfung, Inspektion, Schiff, Spectre-X, Schweißfehler, ZfP, zerstörungsfreies Prüfen, phasengesteuerte Ultraschallprüfung, Wechselstromfeldmessung, Korrosion

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