Fliegende Inspekteure für marode Bauwerke

Diese Inspekteure sind schnell, kostengünstig – und ihnen entgeht nichts: Forschende haben ein laser-basiertes 3D-Messsystem entwickelt, das an Bord einer Drohne in kurzer Zeit den Wartungsbedarf an Gebäuden, Straßen und Schienen erfassen kann.

AirRobot Flugplattform AR200 mit 3 Achs stabilisiertem Gimbal für individuelle Nutzlasten. © AirRobot GmbH & Co. KG

Gebäude, Straßen, Schienen und Brücken müssen regelmäßig überprüft werden, um deren Sicherheit zu gewährleisten. Doch das ist bisher sehr aufwendig, erfolgt teilweise nur punktuell und in zeitlich großen Abständen. Neueste Technik könnte künftig die Inspektion von Bauwerken und Verkehrsinfrastruktur erleichtern und verbessern. In einem vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt haben Forschende des Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik (IPM) und der Firma AirRobot ein laser-basiertes Messsystem entwickelt, das an Bord einer Drohne den Wartungsbedarf der Infrastruktur schnell und effizient im Vorbeiflug erfassen und digitalisieren kann. Anhand hochauflösender 3D-Daten erkennt das System bauliche Veränderungen wie die Unterspülung von Bahngleisen oder Risse in Bauwerken.

Mit dem System lassen sich Inspektionen beschleunigen und kosten sparen

Erprobt haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ihr System am Rathaus in Staufen in Baden-Württemberg. Im Vorbeiflug konnten sie dort Risse mit einer Breite von wenigen Millimetern aufspüren. Diese waren durch Geothermie-Bohrungen in der Nähe entstanden. „Mit dem System lassen sich Inspektionen beschleunigen und kosten sparen“, erklärt Markus Leidinger vom Fraunhofer IPM. „Man braucht keine Hebebühne mehr und kann Schäden millimetergenau dokumentieren.“ Und ein weiterer Vorteil: Die geringen Kosten erlauben häufige Inspektionen. „So können wir auch zeitliche Veränderungen in der Bausubstanz aufspüren“, sagt der Experte. Für die Vermessung von Baustellen ist das System, das Fraunhofer derzeit in Kleinserien produziert, bereits im Einsatz. Doch auch für die Inspektion von Brücken, Straßen und Schienen sei es geeignet, meint Leidinger.

Stabilisierungssystem sorgt für wackelfreie Aufnahmen

Dieser gewichtsoptimierte Laserscanner erfasst 3D-Daten von einem fliegenden, unbemannten Flugobjekt (UAV) aus. © Fraunhofer IPM, Holger Kock

Für wackelfreie Aufnahmen nutzen die Forschenden ein Stabilisierungssystem, ein sogenanntes Gimbal. Dieses besteht aus zwei sich schneidenden zueinander rechtwinkligen Drehlagern. Durch die besondere Aufhängung kann das Messmodul, bestehend aus Kamera, Laserscanner, Verarbeitungseinheit (Mini-PC), Zeitsynchronisationsmodul, eigenständiger Stromversorgung und leichtem Gehäuse, auch bei Neigung des Flugobjektes eine qualitativ hochwertige 3D-Beschreibung liefern. An den drei Achsen der Aufhängung sind Motoren angebracht, durch die das Messmodul stabilisiert beziehungsweise nachgeführt werden kann. So kann sich die Sensorik unabhängig von der Ausrichtung und Lage der Drohne im Raum orientieren. Den Entwicklerinnen und Entwicklern bei der AirRobot GmbH & Co. KG ist es gelungen, hierfür die Motoransteuerung so zu optimieren, dass wenig Energie verbraucht wird. Dadurch verlängert sich auch die Flugzeit der Drohne.

Die Fraunhofer-Forschenden hat das Messmodul als autarke Einheit entwickelt. Das heißt: Es kann sich selbst mit Energie versorgen. Das hat den Vorteil, dass die Entwicklungen an der Drohne und dem Messsystem getrennt erfolgen können. Darüber hinaus kann das Messsystem leicht an verschiedene Drohnen angebracht werden. Es ist so konzipiert, dass es sowohl mit einer eigenen Energieversorgung (Akku) ausgestattet werden kann, als auch an die Energieversorgung der Drohne angeschlossen werden kann.

Eurostars – Förderung europäischer kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU)

Das BMBF hat die AirRobot GmbH & Co. KG und das Fraunhofer IPM im Forschungsprojekt MonIs (E!9193) mit rund 180.000 Euro beziehungsweise 250.000 Euro gefördert.

Die Förderung durch Eurostars eröffnet uns als KMU die Möglichkeit mit Universitäten und Forschungseinrichtungen komplexe Lösungen im Anwendungsbereich unserer UAV's zu entwickeln und diesen zu erweitern. Dies schafft somit die Grundvoraussetzung, um Innovationen voranzutreiben, um weiterhin konkurrenzfähig am Markt bestehen zu können.

Burkhard Wiggerich, CEO AirRobot GmbH & CO KG

Auch zwei österreichische Partner und ein KMU aus Spanien haben sich am Projekt beteiligt. Finanzielle Unterstützung erhielten sie von ihren nationalen Förderorganisationen. Genau das ist das Prinzip von Eurostars, einem gemeinsamen Programm von EUREKA und der Europäischen Kommission: Die Projektteilnehmenden erhalten eine nationale Förderung und die nationalen Förderagenturen eine entsprechende Aufstockung ihrer Fördermittel durch die Europäische Kommission.

Ziel von Eurostars ist es, KMU für eine europäische Zusammenarbeit in Forschungs- und Entwicklungsprojekten zu motivieren und damit deren internationale Wettbewerbsfähigkeit zu stärken. Die besondere Attraktivität von Eurostars liegt nicht nur in der nationalen Förderung. Die Unternehmen schätzen auch die Flexibilität bei der Zusammensetzung des Konsortiums, die Technologieoffenheit sowie die Marktnähe. Damit bietet Eurostars KMU eine Fördermöglichkeit, die in der Form von keinem anderen Forschungsförderprogramm abgedeckt wird. Dies bestätigt das Zentrum für Europäische Wirtschaftsforschung im Abschlussbericht zur „Evaluierung der nationalen Förderung im Förderprogramm Eurostars 1 (2008-2013)“.

In der ersten Phase des Programms hat das BMBF deutsche Teilnehmende mit rund 68 Millionen Euro gefördert. Für Eurostars 2 (2014-2020) hat das BMBF aufgrund des großen Erfolgs sein Budget auf rund 100 Millionen Euro erhöht. Ansprechpartner für deutsche Interessenten ist das nationale EUREKA-Büro im DLR Projektträger.