Kontaktinspektion: von Drohnen, die schauen, zu Drohnen, die berühren und messen

Manches in der Inspektion kann man sehen, manches findet man nur durch Berührung. Risse und Rost zeigen sich auf Fotos. Aber wie viele Millimeter ein Stahlblech durch Korrosion verloren hat, ob Beton innen abgelöst ist oder ob Rost unter einer Beschichtung kriecht, sieht man von der Oberfläche nicht. Diese Prüfungen sind zerstörungsfreie Prüfung (ZfP), und die meisten verlangen, dass der Sensor die Oberfläche berührt.

Heute werden Gerüste, Hubarbeitsbühnen und Seilzugangstechnik nur eingesetzt, um diesen Kontakt herzustellen. Die Messung dauert Sekunden; das Hinkommen dauert Tage. Genau darauf zielen Kontaktdrohnen.

Am nächsten am Routineeinsatz ist die Ultraschall-Wanddickenmessung (UT). Der Prüfkopf muss senkrecht zur Oberfläche, mit gleichmäßigem Druck und für einige Sekunden gehalten werden. Wer im Schwebeflug drückt, wird von der Oberfläche zurückgedrückt – deshalb greifen die Fluggeräte zu verschiedenen Tricks.

In der japanischen Infrastrukturprüfung ist die Klopfprüfung (Hammer Sounding) unverzichtbar, um abgelösten Beton zu finden. Gesunder Beton klingt hell; eine Hohlstelle gibt einen dumpfen Schlag. Per Drohne muss ein Hammer oder ein Rollgerät die Oberfläche anschlagen, während Mikrofone den Klang aufnehmen und vom Rotorgeräusch trennen.

• Überwiegend Forschung und Erprobung: Viele Prototypen und Demonstrationen von Universitäten, Bauunternehmen und Herstellern, aber noch kein allgemeiner Ersatz für die handnahe Sichtprüfung und das Abklopfen.
• Geräusche trennen: Rotorlärm kann die Frequenzen des Klopfens überlagern. Mikrofonplatzierung und Signalverarbeitung sind entscheidend.
• Kontakt und Positionierung: Unter Überbauten und Tunnelfirsten drückt das Gerät nach oben, wo zusätzlich der Deckeneffekt (Flugprinzipien) ins Spiel kommt.
• Andere Methoden: Thermografie kann mögliche Ablösungen großflächig eingrenzen; abgeklopft wird dann nur an verdächtigen Stellen.

Ein Luftmanipulator ist eine Drohne mit Roboterarm. Die Forschung zielt auf Aufgaben wie das Anbringen von Sensoren, das Prüfen von Schrauben oder das Anbringen und Entfernen kleiner Teile. Jede Armbewegung verschiebt den Schwerpunkt, und jeder Druck erzeugt eine Gegenkraft – Flugregelung und Armsteuerung müssen daher gemeinsam entworfen werden.

Perching lässt das Fluggerät wie ein Vogel auf einem Ast am Bauwerk landen und die Rotoren dann abstellen oder drosseln. Magnete, Saugnäpfe oder Greifer halten es an Stahlbauteilen oder Trägern. Weil es nicht mehr schweben muss, reicht der Akku länger und die Messungen sind frei von Vibration – nützlich für Langzeitüberwachung oder das Installieren von Sensoren.

Eine gefesselte Drohne (Tethered Drone) fliegt über ein Kabel mit einer Stromversorgung am Boden verbunden. Mit dauerhafter Stromzufuhr kann sie stundenlang in der Luft bleiben, und Daten lassen sich mit hoher Bandbreite über die Leitung übertragen. Ihre Reichweite ist durch das Kabel begrenzt, das Risiko eines Wegfliegens dagegen gering.

• Gut geeignet: Langzeitüberwachung von einem festen Punkt, Kameras aus der Luft bei Katastrophen, Arbeiten in senkrechten Schächten und Rohren wie Kanälen und Schornsteinen sowie Funkrelais, wo der Empfang schwach ist.
• Achten Sie auf: Verhaken und Verheddern, Kabelgewicht und Windwiderstand, Bodenpersonal und Stromversorgung.
• Regulierung: Seit einer Änderung der japanischen Luftfahrtverordnung im September 2021 brauchen Flüge, die mit einer ausreichend starken Leine von höchstens 30 m gefesselt sind und bei denen der Zugang Dritter kontrolliert wird, keine Erlaubnis oder Genehmigung für Flüge über besiedelten Gebieten, bei Nacht, außerhalb der Sichtweite, innerhalb von 30 m zu Personen oder Sachen oder für das Abwerfen von Gegenständen. Prüfen Sie die Regulierung weltweit und die offiziellen Leitlinien.

In engen Räumen berührt das Fluggerät irgendwann etwas, so geschickt der Pilot auch ist. Also bauen Sie es so, dass es berührt werden darf – das ist die Idee der Kollisionstoleranz. Das Fluggerät sitzt in einem kugel- oder gitterförmigen Käfig, prallt von Wänden ab und fliegt weiter (z. B. die Elios-Serie von Flyability).

Diese Räume vereinen oft enge Räume, Dunkelheit und Sauerstoffmangel & giftige Gase. Keinen Menschen hineinzuschicken ist der größte Sicherheitsgewinn überhaupt.

Die zentrale Frage der Kontaktprüfung lautet: Darf die Messung in den Prüfbericht aufgenommen werden? Prüfungen von Druckbehältern, Rohrleitungen und Tanks schreiben Verfahren, Gerätekalibrierung und Prüferqualifikationen vor (z. B. ISO 9712 oder nationale ZfP-Zertifizierungen). Um in Berichten nach Industriestandards (z. B. API 510, 570, 653) verwendet zu werden, müssen per Drohne gewonnene Werte dieselben Bedingungen erfüllen.