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Forschungsbericht

Roboter müssen mit Sensoren und Software für dreidimensionales Sehen ausgestattet sein, um ein räumliches Verständnis ihrer Umwelt zu gewinnen und Objekte präzise ansteuern zu können. Ein Forscherteam am Fraunhofer IPMS entwickelt und fertigt seit über 10 Jahren Mikroscannerspiegel, bekannt als MEMS-Scanner, die Roboter befähigen sollen, ähnlich dem menschlichen Sehen Objekte in der Umgebung zu erfassen.

Im 17. Jahrhundert, zu Zeiten Isaak Newtons, vermuteten einige Wissenschaftler, unsere Augen müssten selbst Licht erzeugen und aussenden, um menschliches Sehen zu ermöglichen. Heute wissen wir längst, dass wir für die Wahrnehmung unserer Umwelt lediglich reflektiertes Licht empfangen und interpretieren. Der Gedanke ist dennoch hilfreich. Die Forscher am Fraunhofer IPMS in Dresden verfolgen diesen Ansatz eines „scannenden Auges“, um maschinelles Sehen in drei Dimensionen zu ermöglichen. Die MEMS-Scannerspiegel werden zur gezielten Ablenkung von Licht für Anwendungen in Industrie, Medizin und im alltäglichen Leben genutzt. Diese kompakten mikromechanisch-optischen Bauteile mit integriertem Antrieb sind äußerst robust und zuverlässig. Das Team um Dr. Jan Grahmann blickt heute auf erfolgreiche Projekte mit über 50 unterschiedlichen Bauteilvarianten zurück.

Scannerspiegel für die Automatisierung

Aktuell fokussiert es sich auf Design-Varianten für die industrielle Fertigung. Hier können Scannerspiegel in Automatisierungssystemen zum Beispiel am Ende eines Roboterarms verbaut werden, so dass dem Roboter zu jedem Zeitpunkt „bewusst“ ist, was in seiner Umgebung passiert, welche Arbeitsschritte er zu erledigen hat und wie die Qualität seiner Arbeit ist. „Ein Scannerspiegelmodul ist für den Roboter eine Art rasterndes Auge, welches in den drei Raumachsen hochauflösende Bilder aufnehmen kann“, erläutert Jan Grahmann. „Unser Spiegel verteilt und detektiert Licht eines Lasers in zwei Dimensionen und erfasst gleichzeitig die Tiefe als dritte Dimension durch Laufzeitmessung des Lichts zwischen Objekt und Detektor, auch bekannt als Lidar (Light Detection and Ranging)“. Die Entwickler sind überzeugt, dass mit Ihrer Scantechnologie ausgerüstete Produktionsanlagen oder Fahrzeuge ein verlässliches Verständnis ihrer Umgebung gewinnen können, um mit Objekten in dieser zu interagieren.

Breitbandige Lichtquelle erweitert Umfeldanalyse

Diese Umfeldanalyse kann laut Fraunhofer-Forschern unter Einsatz einer breitbandigen Lichtquelle noch erweitert werden. Dazu Jan Grahmann: „Durchstimmbare Lichtquellen ermöglichen völlig neue Anwendungen, da durch eine Spektralinformation feste, flüssige oder gasförmige Stoffe nachgewiesen werden können. Hierbei ist entscheidend, dass örtlich nicht nur ein Lichtreflex eingefangen wird, sondern zusätzlich die Reflexionscharakteristik unterschiedlicher Stoffe aufgezeichnet und analysiert wird.“ Anwendung kann dies nicht nur bei der Schadstoffüberwachung von Trinkwasser und der Qualitätsprüfung im Bereich der Pharmazie, sondern auch bei der Fernüberwachung von Industrieanlagen, der Leckageprüfung bei Pipelines oder der Detektion von Sprengstoffen finden. Hierdurch ermöglichen die Entwicklungen am Fraunhofer IPMS eine neue Art der Erfassung von Umfelddaten, so dass Anlagen sicherer werden oder Einsatzkräfte nicht mit gefährlichen Substanzen in Berührung kommen.

Das Leistungsangebot des Fraunhofer IPMS reicht von der Konzeption über die Produktentwicklung bis zur Pilotserienfertigung – vom Bauelement bis zur kompletten Systemlösung.


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