Automatisierung eine gefährliche Aufgabe im Bereich EOD mit 3D-Bildgebung

01 Hintergrund

Die Heinrich Hirdes KMR ist im Bereich der Kampfmittelbeseitigung (Explosive Ordnance Disposal, EOD) tätig und kümmert sich um nicht explodierte Munition, die nach bewaffneten Konflikten zurückbleibt. Diese nicht explodierten Kampfmittel (UXO) stellen ein erhebliches Risiko für die Sicherheit und Umwelt im Alltag dar. EOD-Einsätze umfassen die Suche, Identifizierung, Entschärfung, Bergung, den Transport und schließlich die Entsorgung.

Bei der herkömmlichen Entsorgung werden die Munitionskörper in Öfen mit strengen Explosivstoffkapazitätsgrenzen verbrannt, um das Risiko von Splittern im Falle einer Detonation zu mindern. Um diese Grenzwerte einzuhalten, muss die Munition oft mechanisch mit Bandsägen getrennt werden. Dieser Prozess ist gefährlich, langsam und setzt die Bediener und Geräte einem erheblichen Risiko aus.

Das Konzept hinter dieser Lösung entstand aus industrieller Auftragsforschung zu Trenntechnologien für Hirdes durch Fraunhofer. Die Ergebnisse wurden als Möglichkeit einer sichereren, schnelleren und ökologisch nachhaltigeren Entsorgungsmethode erkannt, die als einzigartiges Unterscheidungsmerkmal bei kommerziellen EOD-Dienstleistungen dienen könnte.

02 Herausforderungen

Die größte Herausforderung besteht darin, unter extremen und unvorhersehbaren Bedingungen sicher zu arbeiten. Das System ist für den Einsatz im Feld konzipiert, möglicherweise in der Nähe ehemaliger oder aktiver Konfliktgebiete. Die Bediener stehen möglicherweise unter Stress und sind keine Robotik-Experten, sodass eine einfache Bedienung und eine inhärente Sicherheit entscheidende Anforderungen an das Design sind. Jeder Blindgänger hat seine eigene Geschichte. Munition kann deformiert oder beschädigt sein, und keine zwei Objekte sind identisch. Um dieser Einzigartigkeit Rechnung zu tragen, wird vor dem Einsatz für jeden Blindgänger eine 3D-Vermessung durch-geführt. Auf der Grundlage dieser Messung ermittelt die Software automatisch die Bearbeitungsparameter und Roboterpfade. Während des Betriebs überwacht eine Wärmebildkamera kontinuierlich die Munition und reguliert die Heizleistung. Die Bediener können die Robotergeschwindigkeit und die Heizleistung anpassen, jedoch nur innerhalb vordefinierter Sicherheitsfenster. Die festgelegten Sicherheitsgrenzen können nicht überschritten werden, sodass auch nicht spezialisierte Bediener das System ohne fortgeschrittene Roboterschulung sicher bedienen können.

Im Gegensatz zur automatisierten Hochgeschwindigkeitsfertigung stehen bei dieser Anwendung Zykluszeiten nicht im Vordergrund. Sicherheitsabstände und konservative Prozesszeiten werden bewusst eingesetzt, um das Risiko zu minimieren und den Druck auf die Anforderungen an Genauigkeit, Geschwindigkeit oder Deformierung zu verringern.

03 Lösung

Anstatt Munition mechanisch in viele Teile zu zerschneiden, benötigt Hirdes nur einen einzigen Schnitt. Der neue Ansatz zielt darauf ab, den Sprengstoff in einem einzigen Arbeitsgang zu entfernen, indem die Hülle erhitzt wird, bis der Sprengstoff minimal schmilzt und sich von der Innenwand löst. Durch die Schwerkraft kann dann der gesamte Sprengstoffblock sicher entfernt werden. Dieser Prozess ist vom Kinderspiel „Heißer Draht“ inspiriert und erfordert eine präzise Steuerung, die auf jeden Munitionstyp zugeschnitten ist.

Das System wird als vollständig mobile Roboterlösung angeboten, die in Standard-20-Fuß-Container integriert ist. Dieser containerbasierte Ansatz ermöglicht den weltweiten Einsatz und die schnelle Einrichtung an abgelegenen oder gefährlichen Orten.

Die containerbasierte Zelle umfasst:

• Einen Robotermanipulator
• Ein Zivid 2+ MR 60
• Ein Induktionsheizsystem
• Einen Absenktisch zum reibungslosen Entnehmen des Sprengstoffes
• Mehrere Kameras, die eine Fernsteuerung aus mehreren hundert Metern Entfernung ermöglichen

Das 3D-Bildverarbeitungssystem spielt eine entscheidende Rolle bei der Erfassung der Geometrie jedes Munitionskörpers. Mehrere Scans werden zu einer vollständigen Punktwolke des Objekts zusammengefügt. Das System arbeitet unter rauen Umgebungsbedingungen von –10 °C bis +50 °C und bis zu 100 % Luftfeuchtigkeit.

Die Entwicklung wurde in Zusammenarbeit mit dem Automatisierungspartner Wandelbots durchgeführt, welcher auf Basis bestehender Anwendungsbeispiele die spezifischen Sicherheits- und Betriebsanforderungen der EOD-Entsorgung umsetzte.

Was diese Lösung auszeichnet, ist die Kombination aus Roboterhandhabung, 3D-Messung, thermischer Überwachung und kontrollierter Induktionserwärmung, wodurch eine Entfernung des Explosivstoffes mit deutlich geringerem Risiko im Vergleich zum Stand der Technik ermöglicht wird.

04 Ergebnisse

Das robotergestützte Entsorgungssystem bietet gegenüber den derzeitigen Methoden eine zehnfache Verbesserung:

• Bis zu 10-mal schnellere Entsorgung im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren
• Bis zu 10-mal weniger gefährliche Arbeitsabläufe, was zu einem deutlich sichereren Arbeitsablauf führt

Die Endkunden sind mit den Ergebnissen sehr zufrieden, was sowohl den technischen Ansatz als auch die betrieblichen Vorteile bestätigt. Der Erfolg des Systems hat bereits zu Anfragen für weitere zusätzliche Roboteranwendungen mit 3D-Bildgebung geführt, und die Lösung wird weltweit eingesetzt.

Das Projekt zeigt, wie fortschrittliche 3D-Bildverarbeitung und Robotik eine der gefährlichsten Phasen von EOD-Einsätzen in einen sichereren, schnelleren und skalierbareren Prozess verwandeln können.