KI-Schweißroboter revolutioniert Unterwassertechnik

Autonomes Unterwasserschweißen in neuer Dimension

Ein Forschungskonsortium unter der Leitung des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) hat im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekts Mariow einen technologischen Meilenstein erreicht. Ziel war es, ein autonom arbeitendes System für das Unterwasserschweißen zu entwickeln, das künftig die körperlich fordernden und risikobehafteten Einsätze von Industrietaucher*innen reduziert und qualitativ hochwertige Schweißnähte selbst unter schwierigen Bedingungen erzeugen kann.

Bisher erfolgten Unterwasserschweißungen wie Reparaturen an Hafenanlagen, Offshore-Strukturen oder metallischen Bauwerken ausschließlich manuell – ein Verfahren, das nicht nur physisch belastend ist, sondern auch ein Engpassfaktor geworden ist. Der Bedarf an Fachkräften in diesem Bereich übersteigt das Angebot deutlich. Mariow setzt genau an dieser Stelle an.

Modulares System mit Tiefgang

Zentrales Element des Projekts ist ein modular aufgebauter Unterwassermanipulator, der vom DFKI Robotics Innovation Center in Bremen entwickelt wurde. Der Roboterarm kann bis zu einer Tiefe von 6.000 Metern eingesetzt werden, besitzt eine Reichweite von zwei Metern und ist für unterschiedliche Einsatzzwecke flexibel konfigurierbar. Die Steuerung des Arms erfolgt über eine Kombination aus dezentraler Gelenkregelung und übergeordneter Bewegungsplanung, was eine präzise und wiederholgenaue Durchführung der Schweißarbeiten erlaubt.

Präzision durch künstliche Intelligenz

Ein entscheidender Bestandteil des Systems ist die KI-gestützte Erkennung und Berechnung der Schweißbahn. Das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung (IGD) entwickelte ein hochauflösendes Stereo-Kamerasystem, das direkt am Schweißbrenner montiert ist. Es liefert Unterwasserbilder in Echtzeit, die als Grundlage für die Schweißplanung dienen.

Darauf aufbauend wurden am Labor für Autonome Systeme der TH Köln KI-Modelle trainiert, die in der Lage sind, Schweißstöße sowie deren Start- und Endpunkte autonom zu identifizieren. Die erfassten Daten dienen der KI zur Berechnung der optimalen Bewegung des Roboterarms – ein entscheidender Schritt in Richtung vollständiger Automatisierung.

Fülldraht statt Stabelektrode

Ein technologisches Novum stellt das vom Institut für Material- und Prozesstechnik der TH Köln gemeinsam mit der AMT GmbH entwickelte Schweißverfahren dar: Das sogenannte Underwater Flux-Cored Arc Welding (UW-FCAW). Im Gegensatz zur herkömmlichen Stabelektrode, die nach wenigen Zentimetern Naht ausgewechselt werden muss, erlaubt das neue Verfahren den Einsatz eines kontinuierlichen Drahtes.

Dieser konstante Materialfluss bildet die Grundlage für kontrollierte und stabile Schweißverbindungen unter Wasser. Die Prozesssicherheit wird deutlich erhöht, und gleichzeitig wird der Automatisierungsgrad entscheidend verbessert.

Demonstration unter Realbedingungen

In der finalen Phase des Projekts wurden sämtliche Komponenten im Unterwasser-Testbecken des DFKI in Bremen integriert und erprobt. Dort wurde die vollständige Schweißkette – von der KI-basierten Bahnplanung über die autonome Bewegungssteuerung bis zur eigentlichen Schweißausführung – erfolgreich demonstriert.

„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“, so Christian Koch, Projektleiter am DFKI Robotics Innovation Center.

Nächste Schritte im Projektverlauf

Im weiteren Verlauf plant das Konsortium, die bisherigen Erkenntnisse für den Einsatz unter realen Umweltbedingungen weiterzuentwickeln. Dabei stehen insbesondere die Einflüsse durch Salzwasser, Strömungen und Wellengang im Fokus. Auch die Dichtigkeit der Komponenten muss für tiefere Einsätze weiter optimiert werden.

Eine zusätzliche Komponente ist ebenfalls geplant: Ein Lasersystem zur Entfernung von Schlacke, die beim Schweißen entsteht. Damit könnte die Nachbearbeitung weiter automatisiert und die Qualität der Schweißnähte weiter gesteigert werden.

Mit Material der TH Köln