Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Projektüberblick und Motivation
Das Verbundprojekt MARIOW adressiert die Entwicklung eines intelligenten, teilautonomen Unterwasser‑Schweißsystems für die Instandhaltung maritimer Infrastruktur. Ziel ist es, durch den Einsatz von KI‑gestützter Bildverarbeitung, moderner Robotik und eines automatisierbaren Fülldraht‑Schweißverfahrens die Qualität, Effizienz und Sicherheit von Unterwasserschweißarbeiten zu steigern.
Unterwasserschweißungen an Hafenanlagen, Offshore‑Strukturen, Pipelines und metallischen Bauwerken sind aufwändig, risikoreich und schwer reproduzierbar. Die bisherige Durchführung durch Taucher ist kostenintensiv und technisch limitiert, während gleichzeitig der Bedarf die verfügbaren Fachkräfte übersteigt. MARIOW setzt hier an und kombiniert Robotik, Sensorik und KI mit dem UW‑FCAW‑Verfahren, bei dem anstelle herkömmlicher Stabelektroden ein kontinuierlicher Draht verwendet wird. Dies ermöglicht stabilere und gleichmäßigere Schweißnähte unter Wasser und bildet die Grundlage für eine Automatisierung der Prozesse.
Das Projekt wurde im Rahmen eines interdisziplinären Konsortiums umgesetzt, bestehend aus Industrie- und Forschungspartnern – darunter Unternehmen wie AMT GmbH und UNTERWASSERKRAUSE‑MUTZECK sowie wissenschaftliche Einrichtungen wie die TH Köln, das DFKI und das Fraunhofer IGD.
Diese enge Zusammenarbeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette ermöglichte die Entwicklung eines integrierten Systems, das Komponenten aus Schweißtechnik, Robotik, Sensorik und KI vereint.
Wissenschaftliche und technische Ziele
Im Mittelpunkt der Arbeiten des Fraunhofer IGD steht die Entwicklung eines robusten visuellen Sensorsystems für den Einsatz direkt am Schweißbrenner. Dieses umfasst ein Stereo‑Kamerasystem mit KI‑basierter Echtzeit‑Bildverbesserung auf Basis von Autoencoder- und UNet‑Verfahren.
Ziel ist es, auch unter schwierigen Sichtbedingungen – etwa bei Trübung oder starken Helligkeitskontrasten – eine zuverlässige Erfassung und Analyse des Schweißprozesses zu ermöglichen. Ergänzend werden markerbasierte Positionierungsverfahren und Verfahren zur 3D‑Abstandsmessung entwickelt, um Schweißkopf, Werkstück und Naht präzise zu erfassen und die Grundlage für Bahnplanung, Robotiksteuerung und Qualitätskontrolle zu schaffen.
Technische Umsetzung und Innovationen
Das Fraunhofer IGD entwickelte und erprobte verschiedene Kamera‑ und Gehäusekonfigurationen, die auf Edge‑Computing‑Plattformen wie NVIDIA Jetson und Raspberry Pi in Echtzeit arbeiten. Die KI‑basierte Bildverbesserung wurde mit domänenspezifischen Datensätzen trainiert und in das Gesamtsystem integriert.
In enger Abstimmung mit den Projektpartnern wurden zudem Algorithmen zur 3D‑Abstandsmessung sowie Schnittstellen zur Einbindung in ein ROS2‑basiertes Robotik‑ und Schweißsystem realisiert. Die Kopplung von Bild‑ und Prozessdaten ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung und Bewertung des Schweißprozesses und unterstützt sowohl die automatische Schweißbahnerkennung als auch die Qualitätssicherung.
Ergebnisse und Nutzen
Ergebnis des Projekts ist ein funktionsfähiger Prototyp eines KI‑gestützten Unterwasser‑Bildverarbeitungssystems, das die Planung, Durchführung und Dokumentation von Schweißprozessen unterstützt. In der Abschlussdemonstration wurden Kamerasystem, Schweißbahnerkennung, Roboterarm und UW‑FCAW‑Prozess erfolgreich in einem Gesamtsystem zusammengeführt.
Die entwickelte Lösung ist modular aufgebaut und auf weitere Anwendungen wie Offshore‑Windanlagen, Pipeline‑Inspektionen oder Hafeninfrastruktur übertragbar. Sie bietet sowohl wissenschaftlichen als auch wirtschaftlichen Mehrwert, indem sie die Automatisierung maritimer Wartungsprozesse vorantreibt und die Belastung von Fachkräften reduziert.
In Folgevorhaben ist der Praxiseinsatz unter realen Hafenbedingungen mit Salzwasser, Strömung und Wellengang geplant.
