Industriedrohnen in der Inspektion

Was sind Drohnen

In der Umgangssprache meint der Begriff der „Drohne“ ein unbemanntes Luftfahrzeug. Begrifflich sind hierbei sowohl militärisch genutzte als auch kommerziell vertriebene Flugfahrzeuge gemeint. Erste große Relevanz erfuhr das unbemannte Flugsystem zu Beginn des Kalten Krieges – zunächst in einem militärischen Sinne, wo sie als Zieldrohnen oder Aufklärungsobjekte dienten. Insbesondere in den letzten Jahren sind Drohnen auch für den Privat- und Freizeitgebrauch zunehmend beliebt. Doch die Anwendungsbereiche sind damit nicht erschöpft. In der Wirtschaft finden Drohnen in verschiedenen Bereichen Einsatz – etwa bei der Logistik, in der Landwirtschaft oder im Naturschutz. Das von der Internationalen Zivilluftfahrtorganisation (ICAO) offiziell als Unmanned Aircraft System (UAS) bezeichnete Flugobjekt besitzt eine fernsteuerbare Komponente zur Fernerkundung in unterschiedlichen Terrains. Je nach Ausstattung und Einsatzbereich umfasst die Drohne neben einem Kommandogerät zur Steuerung auch entsprechende Sensorik und Systeme für Datenübertragung sowie Transport- oder Wartungsvorrichtungen. Diese Gegebenheiten ermöglichen den Einsatz von Drohnen auch in der Industrie. Verstärkt werden Drohnen in den Bereichen der Instandhaltung oder Inspektion verwendet, um beispielsweise Sichtkontrollen bei schwer zugänglichen Anlagen durchzuführen.
Axel bei der Inspektion von Fassaden mit der Mavic Enterprise

Der Einsatz von Drohnen in der Industrie

Die Etablierung von Drohnen in militärischen Kontexten und im Modellflug sorgte für einen technologischen Aufschwung im Bereich der unbemannten Luftfahrt. Die stetige Verbesserung der Produktqualität eröffnete schließlich den Zugang zu einer professionellen und wirtschaftlichen Nutzung der Flugsysteme. Auch für die Industrie gewannen Drohnen damit an Relevanz.

In der Industrie erweisen sich Drohnen als vielfältige Einsatzobjekte. Hauptsächlich finden sie Anwendung in den Bereichen der Inspektion und Instandhaltung. Dabei gehen die Funktionsweisen unter Umständen über das Anfertigen von Foto- und Filmmaterial hinaus. Der Transport von Messgeräten oder sonstigen Nutzlasten kann ebenfalls in ihr Einsatzgebiet fallen. Je nach Modell der Drohne und vorgesehenem Zielbereich besitzen die Flugsysteme Messinstrumente, unter anderem Sensoren zur Feststellung von Temperaturen oder Schadstoffkonzentrationen. Besonders in diesem Segment ist mit zukünftigen Innovationen und Weiterentwicklung zu rechnen.

Jegliche Industrieanlagen müssen regelmäßigen Inspektionen unterzogen werden. In der Regel stellt dies aufgrund der Größe und Komplexität häufig eine aufwändige Herausforderung dar. Für Betreiber von Industrieanlagen ist dies nicht nur mit hohen Kosten verbunden, sondern auch mit einem Gefahrenrisiko für die verantwortlichen Mitarbeiter. Die menschliche Überprüfung der komplexen Anlagen erfordert ein hohes Maß an Sicherheitsvorkehrungen, um Unfälle zu vermeiden. Der Einsatz von Industriedrohnen verringert das Gefahrenpotenzial von industriellen Inspektionen erheblich. Für die Durchführung eines Industriedrohnenflugs sind des Weiteren weniger bauliche Vorbereitungsmaßnahmen zu treffen. Im Vergleich zur von Menschen durchgeführten Inspektion bedarf es keiner vorherigen Gerüstaufbauten oder Ähnlichem. Inspektionen mit Industriedrohnen erweisen sich in der Regel auch als kurzfristig, wodurch längeres Abschalten von wichtigen Industrieanlagen vermieden werden kann.

In ihren Einsatzbereichen sind Industriedrohnen vergleichbar mit Robotern. Beide technischen Errungenschaften erleichtern die Tätigkeiten von Menschen und ermöglichen gleichzeitig ein risikoärmeres Arbeiten. Anders als Industrieroboter sind Drohnen dabei nicht standortgebunden. Sie können hingegen dreidimensional in der Luft bewegt werden.

Bei der Inspektion von Industrieanlagen fertigen Drohnen Bilder und Filmmaterial an. Das funktioniert über die Fernsteuerung des Flugsystems. An einem Bildschirm wird der Flugvorgang live verfolgt und manövriert. Hierdurch können Objekte gezielt angesteuert und von der Drohne visuell aufgenommen werden. Dies dient zunächst der Dokumentation des Allgemeinzustandes. Erfasst werden außerdem Verschmutzungen, Schäden, Risse und sonstige relevante Auffälligkeiten. Bei der Inspektion durch Industriedrohnen können zudem Prüfungen von Beschichtungen, Schrauben und Schweißnähten vorgenommen werden.

Industriedrohnen finden bei der Inspektion unterschiedlicher Bauten und Gegebenheiten Anwendung. Sie eignen sich zum Beispiel für die Untersuchung von Tanks, Silos, Rohren, Kesseln oder Dachkonstruktionen. Insbesondere bei engen Räumen und schwer zugänglichen Bereichen erweist sich der Gebrauch von Industriedrohnen als sinnvoll, um schwerwiegende Unfälle und menschliche Verluste zu vermeiden. Im Falle der Dokumentation des Zustandes von Schornsteinen und sonstigen schmalen Schächten wird daher häufig auf unbemannte Flugsysteme zurückgegriffen. Zudem gibt es spezielle Unterwasser-Drohnen, welche auch komplexe und verzweigte Wasserbecken durchqueren können. Auch hier ist der Einsatz von Technik sicherer als der Rückgriff auf menschliche Taucher.

Quellen

Baumgärtel, A. (2018). Einsatz von Industriedrohnen. In: Die Industriedrohne – der fliegende Roboter. Springer Vieweg, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-21355-8_3

Fiedler, M., Federmann, B. (2020). Einsatzmöglichkeiten von Drohnen zur Inventur in der Logistik 4.0. In: ten Hompel, M., Bauernhansl, T., Vogel-Heuser, B. (eds) Handbuch Industrie 4.0. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-58530-6_109

Irizarry, J., Gheisari, M., & Walker, B. N. (2012). Usability assessment of drone technology as safety inspection tools. Journal of Information Technology in Construction (ITcon), 17(12), 194-212. http://sonify.psych.gatech.edu/~walkerb/publications/pdfs/2012ITCONSTRUCTION-IrizarryGheisariWalker.pdf

https://www.vdi.de/richtlinien/details/vdi-2879-inspektion-von-anlagen-und-gebaeuden-mit-uav-flugdrohnen: Verband Deutscher Ingenieure (VDI) Richtlinienkommission, Entwurf VDI 2879, Instanthaltung, Inspektion von Anlagen und Gebäuden mit UAV, Mai 2017. Aufgerufen am 21.09.2022

Welche unterschiedlichen Drohnensysteme gibt es?

Im wesentlichen wird zwischen Multirotor und Starrflügler unterschieden. Multirotoren sind beispielsweise Quadrocopter, Hexacopter oder Octocopter und Starrflüger sehen im Prinzip aus wie Flugzeuge. Beide Systeme unterscheiden sich sowohl vom Einsatzgebiet als auch von den Komponenten ganz erheblich.

  • Multirotor-Drohnen untergliedern sich je nach Anzahl der Antriebe (Propeller) in verschiedene Klassen wie Quadropkopter, Hexacopter, Octocopter etc. und stellen die Mehrheit der am Markt verfügbaren Drohnen dar. Alle Drohnen von DJI sind bsp. Multirotor Drohnen. Multirotoren werden für alle klassischen Einsatzgebiete von Luftbildern bis hin zu Industrieinspektionen eingesetzt.
  • Starrflügler sehen aus wie ein kleines Flugzeug und fliegen auch wie ein Flugzeug. Sie dienen dazu größere Areale zu erfassen, bsp. um Daten für die Vermessung aufzunehmen. Inzwischen gibt es eine weitere Variante der Starrflügler, sog. VTOLs (Vertical Take-off and Landing, früher sagte man einfach “Senkrechtstarter”). Diese sog. VTOLs starten und landen senkrecht, wie ein Multirotor und gehen nach dem Start in einen “normalen” Flugmodus über.

Aus welchen Komponenten besteht eine Drohne?

Eine Drohne besteht ganz grob gesagt aus dem Luftfahrzeug und der Fernsteuerung, häufig Groundstation genannt. Das Luftfahrzeug selbst besteht aus mehreren Komponenten:

  • Rahmen / Frame
  • Antriebe (Motoren und Propeller)
  • Flightcontroller 
  • Payload: Sensoren, Gimbal und Kamera
  • Funkstrecke zur Groundstation
  • Akku

Neben DJI gibts es noch einige weitere große bzw. relevante Drohnenhersteller die im nächsten Absatz genannt werden.

Eine Übersicht unterschiedlicher Drohnensysteme

Welche professionellen Drohnensysteme gibt es?

Es gibt viele verschiedene professionelle Drohnensysteme, die für den Einsatz in der Industrie entwickelt wurden. Einige Beispiele für solche Systeme sind:

  • DJI Matrice: Diese Drohnen sind speziell für industrielle Anwendungen entwickelt und verfügen über eine lange Flugdauer, hohe Zuverlässigkeit und eine große Anzahl verfügbarer Sensoren. Sie können für Inspektionen, Überwachung und andere industrielle Anwendungen verwendet werden.
  • senseFly eBee X: Diese Drohne ist für die Vermessung und Kartierung von Geländen und anderen Strukturen ausgelegt und kann auch für Inspektionen und Überwachungen eingesetzt werden. Sie verfügt über eine lange Flugdauer.
  • Parrot Anafi USA: Die Anafi ist für den Einsatz in der Industrie geeignet und verfügt über eine lange Flugdauer und umfangreiche Kamerasysteme. Sie kann für Inspektionen, Überwachung und andere industrielle Anwendungen eingesetzt werden.
  • Flyability ELIOS: Flyability ELIOS Drohnen sind für die Inspektion enger und schwer erreichbarer Räume in der Industrie geeignet. Das sind zum Beispiel Tanks, das Innere von Schornsteinen, Brennräume, Chemiereaktoren etc. Die Flyability ELIOS Drohnen sind durch einen Schutzkäfig geschützt und können in Industrieanlagen auf Kontakt geflogen werden ohne dass sie kaputt gehen.

Jedes professionelle Drohnensystem hat seinen eigenen spezifischen Einsatzbereich, auch wenn es Überlappungen geben kann, wird man sich in aller Regel für primär geeignete System entscheiden.

DJI Matrice 300

Was macht ein professionelles Drohnensystem aus?

Ein professionelles Drohnensystem weist in der Regel eine Reihe von Merkmalen auf, die es von konsumentenorientierten Drohnensystemen unterscheiden. Hier sind einige dieser Merkmale:

  • Robuste Konstruktion: Professionelle Drohnensysteme sind in der Regel für den Einsatz im industriellen Umfeld konstruiert und daher besonders robust und langlebig. Sie können häufig unter härteten Bedingungen wie Regen, Schnee, Hitze und Kälte eingesetzt werden und kommen mit einer robusten Transportverpackung.
  • Lange Flugdauer: Industrielle bzw. professionelle  Drohnensysteme verfügen in der Regel über längere Flugdauern als Consumer-Drohnen, was sie für längere Inspektionen oder auch für Überwachungen geeignet macht.
  • Software: Eine Drohne besteht nicht nur aus Hardware , auch die Software spielt eine entscheidende Rolle. Sowohl für spezifische Anwendungen in der Industrie, bsp. zur Steuerung von Thermalkameras oder Software die dabei unterstützt Inspektionsaufgaben zu erledigen. Auch die Software in der Drohne selbst, die der Steuerung dient unterscheidet sich bei Industriefokussierten Drohnen hinsichtlich der Störungsempfindlichkeit.
  • Groundstation / Fernsteuerung: Nicht nur die Drohne selbst muss robust sein, sondern auch die Fernsteuerung bzw. Groundstation. Hier spielen insbesondere die Abschirmung von Staub, Flüssigkeiten, Stoßbeständigkeit und die Ablesbarkeit bei Sonneneinstrahlung eine große Rolle.
  • Hohe Präzision und Genauigkeit: Professionelle Drohnensysteme verfügen in der Regel über umfangreiche Sensoren zu Fluglagestabilisierung und kalibrierte Kameras, die es ihnen ermöglichen, hochpräzise Aufnahmen und Daten zu sammeln. Dies ist insbesondere für Vermessungs- und Kartierungsanwendungen wichtig. Was die Sensoren betrifft, so sind diese für den Einsatz im Industriebereich wesentlich weniger Störanfällig als im Consumer-Bereich.
  • Erweiterungsmöglichkeiten: Professionelle Drohnensysteme bieten oft die Möglichkeit, spezielle Sensoren oder andere Geräte anzubringen, um spezifische Aufgaben zu erfüllen.

Professionelle Drohnensysteme müssen in der Regel den geltenden Gesetzen und Vorschriften für den Einsatz von Drohnen in der Industrie entsprechen. Dazu gehören beispielsweise Anforderungen an die Flugsicherheit und die Datenschutzbestimmungen. So gibt es bei einigen Systemen die Möglichkeit sämtliche aufgenommene Daten zu verschlüsseln.
In der Regel sind professionelle Drohnensysteme teurer als verbraucherorientierte Drohnen. Sie werden jedoch oft als lohnende Investition angesehen, da sie langlebiger und leistungsfähiger sind und spezifische Eigenschaften für den Einsatz in der Industrie bieten.

Autonome Drohnenflüge

Skydio ist führend im Bereich “autonome” Drohnenflüge. Hierbei ist nicht etwa das automatisierte Abfliegen von Wegpunkten (bsp. Waypoint Missions mit Pix 4D) für die Vermessung gemeint. Bei Autonomen Drohnenflügen geht es darum, dass bsp. Hindernisse autonom erkannt und vom System umflogen werden können. Damit das möglich ist benötigt man “Computer Vision” und künstliche Intelligenz. Skydio hat etwa ein Jahrzehnt lang in diesem Bereich geforscht und einige sehr beeindruckende Versuche gemacht. Ein anderes Anwendungsgebiet ist die automatische Erfassung von Bauwerken, bei der die Drohne teilweise auch ohne GPS, bsp. unter Brücken autonom fliegen kann und visuelle Daten sammelt.

Autonomie erfordert bzw. beinhaltet folgende Komponenten: 

  • Echtzeit 3D Mapping
  • Erkennung von Objektion und Situationen
  • Planung von Steuermanöver
  • 360° Hindernissvermeidung

Wie sieht die Zukunft professioneller Drohnensyteme im Industrieumfeld aus?

In den kommenden Jahren wird der Einsatz von professionellen Drohnen für Industrieinspektionen wahrscheinlich weiter zunehmen, da sie eine schnelle, kostengünstige und sichere Alternative zu herkömmlichen Inspektionsmethoden darstellen. Man kann davon ausgehen, dass Drohnen mit immer leistungsfähigeren Sensoren und Kameras ausgestattet werden, um noch genauere Aufnahmen zu machen und umfangreichere Daten zu sammeln. Auch die Flugdauer und die Robustheit der Systeme wird wahrscheinlich weiter verbessert werden, um sie für längere Inspektionen und rauere Umgebungen einsatzfähig zu machen.

Man kann auch davon ausgehen, dass der Einsatz von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen bei der Analyse von Drohnenaufnahmen zunehmen wird, um die Effizienz und Genauigkeit der Inspektionen zu verbessern. Dies könnte dazu beitragen, dass Drohnen in noch mehr Industriezweigen eingesetzt werden, um Inspektionen und Überwachungen durchzuführen.

Zusammenfassend kann man sagen, dass Drohnen eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Effizienz und Sicherheit von Inspektionen spielen werden.

Inwieweit sind Drohnen für Sichtprüfungen geeignet?

Drohnen können in vielen Fällen ein geeignetes Werkzeug für Sichtprüfungen sein, insbesondere dann, wenn es schwierig oder gefährlich ist, einen Menschen an den Ort der Prüfung zu schicken. Einige Beispiele für Sichtprüfungen, die mithilfe von Drohnen durchgeführt werden können, sind:
  • Inspektion von Dächern, Fassaden und anderen Gebäudekomponenten: Drohnen können Aufnahmen von schwer zugänglichen oder gefährlichen Bereichen machen, ohne dass eine Person dorthin gelangen muss.
  • Inspektion von Industrieanlagen und -einrichtungen: Drohnen können bei der Überprüfung von Anlagen und engen Räumen wie Behältern oder Brennräumen eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass alle Teile ordnungsgemäß funktionieren und keine Schäden vorliegen.
  • Überwachung von Bauprojekten: Drohnen können eingesetzt werden, um regelmäßig Aufnahmen von Baustellen zu machen, um den Fortschritt des Projekts zu überwachen und um sicherzustellen, dass alle Arbeiten ordnungsgemäß ausgeführt werden und die Sicherheitsvorgaben auf der Baustelle eingehalten werden.
  • Inspektion von Brücken und anderer Infrastruktur: Drohnen können bei der Überprüfung von Brücken, Tunneln und anderen Infrastruktureinrichtungen eingesetzt werden, um Schäden oder Mängel schnell und effektiv zu erkennen.
Das Wort Drohne beschreibt zunächst generell unbemannte Luftfahrzeuge (UAV - Unmanned Aerial Vehicle). Hierbei spielt es zunächst keine Rolle ob es sich um einen Starrflügler oder einen Drehflügler handelt, wie groß das Gerät ist oder welchem Einsatzzweck es dient. Drohnen werden entweder ferngesteuert oder moderne Drohnen wie die Skydio können auch autonome Missionen erfüllen.
Je nach Ausstattung, beispielsweise als Kamera-Drohne, eigenen sie sich dann zur Aufnahme von Video‐ und Bildmaterial. Bei Einsatz von Wärmebilderkameras können Wärmebrücken auf Gebäuden aufgespürt werden. Beim Einsatz von Laserscannern kann Reality Capture für GIS oder BIM Systeme durchgeführt werden. In der Regel werden die Daten welche die Drohne erhebt live auf die Groundstation bzw. Fernsteuerung übertragen, so dass der Pilot stets einen Überblick über den jeweiligen Einsatz erhält.
  • FPV Racing (Drohnenrennen)
  • Aufnahme von Luftbildern
  • Aufnahme von Videos
  • Vermessung von Grundstücken
  • Inspektion von Dachflächen
  • Inspektion im Baugewerbe und Industrie
  • Thermografie von Dächern oder PV Anlagen
  • Rehkitzsuche
  • Digitalisierung von Bauwerken
  • Inspektion von Kraftwerken
  • SAR Einsätze (Aufspüren von Personen)
  • Feuerwerhr (Untersuchung von Einsatzorten aus sicherer Entfernung)
  • Inspektion von Windkraftanlagen
und vieles mehr.

Urspürnglich wurde die Bezeichnung Drohne im Zusammenhang mit militärischen unbemannten Fluggeräten in Verbindung gebracht, die als Waffe eingesetzt werden können und sogar in der Lage sind Menschen zu töten. Dieses Image der Drohnen wurde zeitweise durch die Medien verstärkt. Auf unserer Webseite geht es ausschließlich um zivil genutze Drohnen die, die Arbeit für sicherer, zeitsparender und effizienter gestalten.

Drohnen lassen sich anhand ihres Antriebs voneinander unterscheiden.

Bei dem Flugdrohnen gibt es Starrflügler und Drehflügler (Multirotoren).

Die Drehflügler werden je nach Anzahl der Propeller unterteilt in

  • Bi-Copter
  • Tri-Copter
  • Quadropkopter
  • Hexakopter
  • Oktokopter

und einige weitere exotische Varianten bei denen beispielsweise an jedem Motoren-Arm noch ein weiterer Propeller an der Unterseite angeordnet ist.

Grundsätzlich kann man sagen, dass eine höhere Anzahl von Rotoren mehr Auftrieb erzeugt und eine höhere Tragkraft bietet und ein gewisses Maß an Redundanz bietet.

Im gewerblichen Bereich wurden daher früher häufig Hexakopter oder Oktokopter verwendet.

Drohnen eigenen sich grundsätzlich auch für die Überwachung von Veranstaltungen, Verkehrsfluss, brandgefährdeten Gebieten etc. In vielen Ländern setzen Ordnungsbehörden bereits Drohnen ein um beispielsweise Großveranstaltungen zu überwachen. Ebenso ist der Einsatz von Drohnen zur Sicherung von großen Industriegeländen möglich. Im privaten Bereich gibt es aber strenge Vorschriften, was den Einsatz von Drohnen beispielsweise in Wohngebieten angeht. Hier wird der Fokus ganz klar richtigerweise auf den Schutz der Persönlichkeitsrechte gesetzt.
Inzwischen seit Anfang 2021 reicht es die Betreiber ID auf der Drohne anzubringen. Diese muss nicht einmal feuerfest sein. Trotzdem empfiehlt es sich natürlich eine Plakette mit der eigenen Anschrift und Telefonnummer anzubringen.
Bei Droneparts, bei Globeflight, bei Amazon oder vor Ort bei Mediamarkt, Conrad Elektronik oder in vielen weiteren Stores.
Grundsätzlich ja, ganz gleich ob die Nutzung privat oder gewerblich ist. Jede Drohne muss vor dem ersten Flug versichert werden. Es handelt sich um eine Halterhaftpflichtversicherung. Selbst ganz kleine und leichte Drohnen wie die DJI Mavic Mini müssen versichert werden. Wir haben gute Erfahrung mit Kopter-Profi gemacht: https://www.kopter-profi.de/
Grundsätzlich ja. Eine Drohne zu haben und diese Drohne in die Luft zu bringen ist allerdings keine Besonderheit mehr. Am besten Sie sind Gutachter und können dem Kunden einen echten Mehrwert bieten.
Beispielsweise bei u-rob: https://u-rob.com/
Je nach Drohnentyp finden sich im Betriebshandbuch die maximal zulässigen Windgeschwindigkeiten. Zu beachten gilt jedoch, dass die Windgeschwindigkeit die im Wetterbericht aufgeführt wird nur den Wind in Bodennähe darstellt. Innerhalb der ersten 100 Meter der Atmosphäre kann sich die Windgeschwindigkeit auch gerne verdoppeln und sogar die Windrichtung ändern. Es ist unter Umständen extreme Vorsicht geboten.