Optisches Messsystem zur Prüfung von Schweißnähten unter Wasser

Unterwasserbauwerke sind hohen Belastungen ausgesetzt. Der Zustand der Bauteile, insbesondere der Schweißnähte, muss regelmäßig überprüft werden. Bisher sind hierfür Taucher im Einsatz. Wissenschaftler der Jade Hochschule entwickeln derzeit eine automatisierte, hochgenaue Alternative zur dreidimensionalen Oberflächenvermessung von Schweißnähten unter Wasser.

Unterwasserbauwerke wie Brücken, Offshore-Windkraft- oder Hafenanlagen sind hohen statischen, dynamischen und auch korrosiven (durch den Betrieb und das Wasser) Belastungen ausgesetzt. Der Zustand der Bauteile, insbesondere der Schweißnähte, muss entsprechend geltender Normen und Richtlinien regelmäßig überprüft werden. Bisher sind hierfür Taucher im Einsatz, die die Nähte sichten und kontrollieren. Deren Einsätze sind teuer und zeitlich begrenzt (ein Tauchgang dauert max. 40 Minuten). Zudem sind die Ergebnisse ungenau und subjektiv, da die Prüfung von den Fähigkeiten des Beobachters abhängt. Wissenschaftler der Jade Hochschule entwickeln derzeit eine automatisierte, hochgenaue Alternative zur dreidimensionalen Oberflächenvermessung von Schweißnähten unter Wasser.

Das Messsystem muss hohe Anforderungen erfüllen, da im Gegensatz zu Messungen an der Luft unter Wasser veränderte, sich variierende Brechungseigenschaften des Lichts herrschen, so Projektleiter Prof. Dr. Thomas Luhmann vom Institut für Angewandte Photogrammetrie und Geoinformatik. Zudem würden Strömungen, Algen, Schwebstoffe und Sedimente die Messungen erschweren. Eine weitere Herausforderung sei die Größe möglicher Risse in den Schweißnähten. Untersucht werden kleinste Detailstrukturen von einem zehntel Millimeter. Das entspricht in etwa der Dicke eines Haares und liegt an der Grenze des natürlichen Auflösevermögen des menschlichen Auges.

Im Labor für optische Messtechnik fokussieren Prof. Dr. Thomas Luhmann (li.) und Oliver Kahmen die Kameras auf die Laserlinie / Bildquelle: Piet Meyer/Jade HS

Das Messsystem muss hohe Anforderungen erfüllen, da im Gegensatz zu Messungen an der Luft unter Wasser veränderte, sich variierende Brechungseigenschaften des Lichts herrschen, so Projektleiter Prof. Dr. Thomas Luhmann vom Institut für Angewandte Photogrammetrie und Geoinformatik. Zudem würden Strömungen, Algen, Schwebstoffe und Sedimente die Messungen erschweren. Eine weitere Herausforderung sei die Größe möglicher Risse in den Schweißnähten. Untersucht werden kleinste Detailstrukturen von einem zehntel Millimeter. Das entspricht in etwa der Dicke eines Haares und liegt an der Grenze des natürlichen Auflösevermögen des menschlichen Auges.

In einem Vorgängerprojekt startete Luhmanns Team bereits mit der Entwicklung eines Messsystems: Zwei Kameras, welche nebeneinander angeordnet sind, beobachten eine Linie, die von einem Laser erzeugt wird und über die Schweißnaht bewegt wird. Die Laserlinie ist auch bei der Dunkelheit unter Wasser gut zu erkennen. Jede Kamera misst zweidimensionale Bildkoordinaten, wodurch 3D-Koordinaten berechnet werden können. Aktuell entwickelt das Team ein Unterwassergehäuse für das System, das trotz des hohen Wasserdrucks eine geometrische Stabilität wahren kann. Das System wird erst an Land getestet, dann im Aquarium im Labor und schließlich in einem Hafenbecken zum Beispiel am Studienort Elsfleth.

Neben der Objektivität und der hohen Qualität der Daten des Kamerasystems sei ein entscheidender Vorteil, dass sämtliche Daten gespeichert werden können. Da die Messungen regelmäßig durchgeführt werden müssen, können die Daten auch über Jahre noch ausgewertet und verglichen werden, sodass ein Verformungsprozess dokumentiert werden kann.

Langfristig ist denkbar, dass das Messsystem mit autonomen Unterwasserfahrzeugen, wie sie in einem anderen Forschungsprojekt der Jade Hochschule derzeit entwickelt werden, an die Prüfstellen gebracht wird. So könnte zukünfig das System auch an schwierigen Orten, beispielsweise im Havariefall oder zur Untersuchung von Wrackteilen zum Einsatz kommen.

Das Forschungsprojekt Entwicklung eines kompakten Prototyps zur hochgenauen 3D-Oberflächenmessung unter Wasser wird durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert und läuft noch bis Ende 2019.

http://www.jade-hs.de/