Forschung

Semi-autonomer Roboter zur visuellen Inspektion des SIS 100

Derzeit entsteht auf dem Gelände der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH in Darmstadt das internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research). Unter anderem wird ein neuer Ringbeschleuniger, das Schwerionen-Synchrotron SIS 100, mit einem Umfang von ca. 1100m gebaut. Nach der Fertigstellung soll das Strahlrohr des Beschleunigers von innen auf Beschädigungen und zurückgelassene Fremdkörper (Werkzeuge, Montagematerial) untersucht werden. Auch nach Wartungsarbeiten und dem Austausch einzelner Ringsegmente kann eine visuelle Überprüfung des Rohrinneren nützlich sein.

Um solch eine Inspektion zu ermöglichen, soll in diesem Forschungsprojekt ein Roboter entwickelt werden, der sich durch das Strahlrohr bewegt und eine Kamera mit sich führt. Die besonderen Herausforderungen sind zunächst die vielfältigen Geometrien, mit denen der Roboter zurecht kommen muss. Das Rohr ist nicht homogen, sondern variiert in den unterschiedlichen Ringsegmenten. Dadurch befinden sich viele Stufen im Rohr, die erkannt und bewältigt werden müssen. Zusätzlich befinden sich in Pump- und Diagnosekammern Flanschabgänge, in die der Roboter unter keinen Umständen stürzen darf. Weitere kritische Bereiche sind das Injektions- und Extraktionsmodul. Hierin befinden sich hochempfindliche Drähte, die bei Berührung Schaden nehmen würden.

Im Bewegungskonzept müssen diese Besonderheiten alle berücksichtigt werden. Aufgrund des kleinsten Rohrquerschnitts darf der Roboter lediglich 50mm hoch sowie 60mm breit sein. Zusätzlich müssen hohe Reinheitsbedingungen eingehalten werden, da Fremdmoleküle den Strahlbetrieb stören können. Dies hat zur Folge, dass lediglich Materialien mit sehr niedrigen Ausgasraten eingesetzt werden können und Abrieb vermieden werden sollte.

Ein Forschungsschwerpunkt des Projekts stellt die Kommunikation mit dem Roboter dar. Das Kamerabild soll in Echtzeit übertragen werden und Steuerbefehle müssen den Roboter zu jeder Zeit erreichen. Da das Rohr einen faradayschen Käfig darstellt, muss eine Methode gefunden werden, die eine permanente Kommunikation garantiert.

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