Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Defekten in der feuerfesten Auskleidung eines Koksofens.

Koksöfen weisen Kammern auf, die eine Breite von einigen 10 cm, beispielsweise 40 bis 50 cm, und eine Länge von mehreren Metern aufweisen sowie eine Höhe von einigen Metern. Diese Kammern werden in einem Temperaturbereich von beispielsweise bis zu 1800 °C betrieben. Die Wände bestehen aus gemauerten Feuerfeststeinen. Diese Mauern können mit der Zeit eine Vielzahl an Schäden aufweisen. Im schlimmsten Fall kann es dann durch Löcher, Risse oder Spalten zu einem unerwünschten Gasaustausch zwischen Ofenkammer und Heizwand kommen, welches bei dem Prozess entsteht, und dieses Gas könnte dann ungewollt und unkontrolliert in die Umgebung abgegeben werden. Dieses gilt es zu verhindern. Hinzu kommt, dass Reparaturen ungleich aufwändiger und teurer werden, wenn die Defekte größer werden. Es ist daher zielführend Defekte frühzeitig zu erkennen und diese zu beheben, bevor Stoffe an die Umgebung abgegeben werden beziehungsweise der Reparaturaufwand unverhältnismäßig hoch wird.

Aus der EP 2 113 552 A1 ist eine Vorrichtung zur Inspektion von Wandoberflächen von Koksöfen bekannt.

Aus der JP 2016 065 225 A ist eine Vorrichtung zur automatischen Erkennung von Kohlenstoffanhaftungen in einem Koksofen bekannt.

Aus der nachveröffentlichten DE 10 2021 101 102 ist ein Fluggerät und ein Verfahren zur Inspektion von Einrichtungen von Kokereianlagen zur Detektion von Fehlerquellen bekannt.

Eine Inspektion der Wandbeschädigungen kann nur bei geöffneter Koksofentür erfolgen. Der Koksofen kann aus betrieblichen Gründen nicht abgeschaltet werden, das heisst, eine Inspektion findet im heißen Betriebszustand des Koksofens statt. Eines der Probleme bei der visuellen Inspektion ist die Temperatur im Inneren der Koksofenkammer. Für eine vor einer Öffnung stehende Person stellt dieses bereits eine Belastung dar. Hinzu kommen Belastungen durch austretende chemische Substanzen. Gleichzeitig erschwert der tunnelförmige Charakter eine visuelle Inspektion. Für eine qualifizierte Inspektion ist in der Regel sehr viel Erfahrung hierfür nötig, was wiederum die Zahl der Personen mit den nötigen Qualifikationen reduziert. Wenn dann noch Reisebeschränkungen, beispielsweise pandemiebedingt, dazukommen, kann eine Überprüfung extrem schwierig sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur sicheren und frühzeitigen Diagnose von Defekten in einer feuerfesten Auskleidung bereitzustellen. Ebenso soll die Arbeitssicherheit der beteiligten Personen erhöht werden und Verzögerungen des laufenden Betriebsprozesses durch Inspektion zeitlich so kurz wie möglich gehalten werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Detektion von Defekten in einer feuerfesten Verkleidung in einem chemischen Reaktionsraum, insbesondere eines Koksofens. Das Verfahren ist aber auch auf andere chemische Reaktionsräume mit einer feuerfesten Auskleidung anwendbar. Beispielhaft seien hier Drehrohröfen, Dampfreformer, Syngasreformer, Reaktoren, Boiler, Dampf- und Abgasleitungen, Nachbehandlungsöfen, Schmelzöfen, Kamine und Schornsteine genannt. Besonders geeignet ist das Verfahren für einen Reaktor für den kontinuierlichen Betrieb. Nach der Leerung und vor der erneuten Befüllung kann eine entsprechende Durchführung bei der Betriebstemperatur durchgeführt werden, sodass es nicht notwendig ist, den Reaktor für eine Inspektion abzuschalten und abzukühlen. Der Koksofen ist besonders für dieses Verfahren geeignet. Zum einen besteht ein Koksofen üblicherweise aus Mauerwerk, wodurch andere Schadbilder entstehen können, als beispielweise bei einem feuerfest ausgekleideten Ofengefäß. Zum anderen sind üblicherweise mehrere Koksöfen nebeneinander in einer Batterie aufgebaut, sodass der Ausfall und die Reparatur eines Koksofens eine unmittelbare Auswirkung auf alle anderen Koksöfen der Batterie haben kann. Des Weiteren ist die Geometrie der Koksöfen so, dass die einzelnen Koksofenkammern vergleichsweise lang, hoch und schmal sind, also beispielsweise eine Länge von über 10 m bei einer Breite in der Größenordnung von einem halben Meter aufweisen. Bei einer Betriebstemperatur in der Größe von 1000 °C bis zu 2000 °C ergibt sich somit eine Schwierigkeit der Inspektion aufgrund der Geometrie als auch der Temperaturbelastung, gleichzeitig besteht aus den oben bereits diskutierten Gründen aber auch die Notwendigkeit zur regelmäßigen Überprüfung der Anlage.

Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) Erfassen wenigstens einer ersten Aufnahme der Innenseite der feuerfesten Verkleidung, b) Durchführen einer Bildanalyse wenigstens eines ersten Bildes zur Erkennung von Defekten, c) Ausgeben potentieller Defekte

Das Erfassen in Schritt a) erfolgt von außerhalb des chemischen Reaktionsraumes. Bevorzugt erfolgt das Erfassen durch eine Öffnung, insbesondere durch eine Öffnung, welche im regulären Betrieb verwendet wird, beispielsweise um Edukt einzubringen, Produkt auszubringen oder um Arbeitsgeräte einzubringen oder auszubringen. Am Beispiel des Koksofens sind zwei Öffnungen besonders relevant für die Durchführung des Verfahrens. Zum einen die Öffnung, durch die der Koks aus dem Koksofen entfernt wird (Koksseite). Zum anderen die Öffnung, durch die der Koks aus dem Koksofen herausgedrückt wird (Maschinenseite). Die Öffnungen zur Zuführung des Edukts Kohle, welche oberhalb angeordnet sind, sind nicht geeignet, da diese durch die dort befindliche Kohle im Regelbetrieb nicht zugänglich sind. Alternativ können natürlich auch Wartungsluks oder Fenster verwendet werden. Besser ist jedoch, wenn Öffnungen verwendet werden, welche im Regelbetrieb sowieso genutzt werden, da hierdurch der Betrieb weniger gestört wird.

Das Erfassen in Schritt a) kann durch eine Aufnahme mit einer Kamera erfolgen. Es kann aber auch eine Mehrzahl an Aufnahmen mit einer Kamera oder eine Aufnahme einer Mehrzahl an Aufnahmen mit mehreren Kameras verwendet werden. Wird ein Mehr- Kamera-System verwendet, so sind diese bevorzugt beispielsweise mit einem Stativ in einer festen räumlichen Anordnung zueinander fixiert, wodurch eine Überlagerung der Aufnahmen zur Erzeugung eines Bildes des chemischen Reaktionsraumes, insbesondere des Koksofens, vereinfacht ist.

Das Erfassen in Schritt a) kann durch eine Aufnahme mit einer Lichtfeld-Kamera erfolgen. Eine Lichtfeld-Kamera, auch plenoptische Kamera genannt, hat den Vorteil, dass eine Fokussierung nicht vor der Aufnahme erfolgt, sondern die verschiedenen Fokusebenen aus der erfassten Aufnahme berechnet werden können. Dadurch kann gerade in chemischen Reaktionsräumen in einer großen Tiefe, wie insbesondere Koksöfen, eine schnelle und durchgehend scharfe Erfassung auf einfache Weise erfolgen.

Das Erfassen in Schritt a) kann durch eine Aufnahme mit einem Laser-Scan-System erfolgen. Hierbei wird die Oberfläche üblicherweise zeilenweise und spaltenwiese abgetastet. Daher ist die Erfassung mit einem solchen Scan-System vergleichsweise langsam gegenüber einer Kamera, welche gleichzeitig alle Informationen erfasst. Dafür kann durch die Größe des Laserpunktes eine genauere Abtastung erfolgen und so gegebenenfalls mehr Informationen gewonnen werden.

Das Erfassen in Schritt a) kann durch eine freihändige Aufnahme mit einer Kamera erfolgen. Dieses hat den Vorteil, dass es vergleichsweise einfach ist. Dafür ist die räumliche Anordnung nicht reproduzierbar. Daher ist es im Falle freihändiger Aufnahmen vorteilhaft, mehr Aufnahmen zu machen und diese anschließend zusammenzufügen, um ein Bild von der gesamten feuerfesten Verkleidung zu erhalten.

Das Erfassen in Schritt a) kann durch eine Aufnahme mit einer Kamera erfolgen, welche beispielsweise mittels eines Stativs in eine vordefinierte Position vor einer Öffnung reproduzierbar positioniert ist. Dieses hat den Vorteil, dass die räumliche Anordnung des Bildes und damit die Positionsbestimmung von Defekten vereinfacht ist. Hierfür können an der Öffnung oder in der Nähe der Öffnung Befestigungspunkte für das Stativ und Aufstellmarken für das Stativ angeordnet sein. Das Erfassen in Schritt a) kann insbesondere mit einer Brennweite zwischen 25 mm und 75 mm bezogen auf das Kleinbildformat erfolgen. Für kleinere Sensoren ergeben sich entsprechend kürzere Brennweiten, für größere Sensoren entsprechend längere. Als Sensorgröße wird ein Sensor mit 20 bis 200 Megapixel bevorzugt, um zum einen ausreichend Auflösung zu haben und zum anderen die zu bearbeitende Datenmenge zu begrenzen.

Hat der chemische Reaktionsraum, insbesondere der Koksofen, zwei oder mehr Öffnungen, so werden Aufnahmen vorzugsweise von beiden oder allen Öffnungen gemacht.

Bild umfasst im Sinne der Erfindung eine wenigstens zweidimensionale Information wenigstens einer Intensitätsverteilung. Ein Bild, welches mittels einer handelsüblichen Kamera aufgenommen wurde, weist drei Farbkanäle auf, welche jeweils eine zweidimensionale Intensitätsverteilung (Helligkeit) aufweist. Um den Informationsbereich zu erweitern, können auch mehr als nur drei Farbkanäle erfasst werden, beispielsweise durch zusätzliche Aufnahmen mit einer IR-Kamera (meist handelsübliche Kamera ohne IR-Sperrfilter und dafür einem VIS-Sperrfilter) oder einer Wärmebildkamera erfasst werden. Bilder können aber auch aus einzelnen Aufnahmen (welche auch Bilder im Sinne der Erfindung darstellen) zusammengesetzt sein. Beispielsweise kann durch Zusammensetzen (Stitchen) ein größeres Panoramabild aus mehreren Aufnahmen zusammengesetzt werden. Ebenso kann beispielsweise aus einer Vielzahl an Aufnahmen mittels Photogrammetrie ein dreidimensionales Bild erzeugt werden, wobei ein solches Bild genau genommen auch nur eine zweidimensionale Fläche, aber eben mit der räumlichen Struktur im dreidimensionalen Raum, zeigt. Der Begriff Aufnahme wird im Sinne der Erfindung daher für ein unverändertes Bild (Bild aus der Kamera, Originalbild, nicht prozessiertes Bild) verwendet.

Somit kann das erste Bild in Schritt b) gleich der ersten Aufnahme in Schritt a) sein, wenn die erste Aufnahme unverändert als erstes Bild verwendet wird. Alternativ kann das erste Bild aus der ersten Aufnahme erzeugt werden, beispielsweise durch die Kombination mit weiteren Aufnahmen. Somit ist das erste Bild gleich der ersten Aufnahme oder das erste Bild wird aus der ersten Aufnahme erzeugt. Das Durchführen einer Bildanalyse erfolgt mit Hilfe eines selbstlernenden Algorithmus. Das Durchführen einer Bildanalyse weist die folgenden Teilschritte auf: b1 ) mit einem ersten neuronalen Netzwerk eine Merkmalskarte erstellt wird b2) die in der Merkmalskarte potentiell interessanten Bereiche mit einem Gebietsvorschlagsnetzwerk untersucht werden, wobei Bereiche identifiziert werden, welche eine Anomalie enthalten könnten, wobei Ankerboxen erzeugt werden, b3) mit einem zweiten neuronalen Netzwerk in den Ankerboxen eine Ausrichtung eines Zielbereichs in jeder Ankerbox durchgeführt wird, b4) mit einem multivarianten Clustering-Algorithmus die Schwere jeder Anomalie in jeder Ankerbox analysiert wird und erkannt wird, welche Anomalien Defekte sind.

Anstelle des Begriffs Merkmalskarte sind auch die Begriffe Merkmalsabbildung oder Merkmal-Tableau geläufig, insbesondere aber auch der englische Begriff Feature Map.

Das Erstellen der Merkmalskarte in Schritt b1 ) ist in sehr einfachen Worten ausgedrückt eine Auswahl von potentiell interessanten Bereichen, beispielsweise von rechteckig gewählten Bereichen, innerhalb des Bildes, welche „etwas“ enthalten können. Hierbei wird noch keine Aussage darüber getroffen, ob der potentiell interessante Bereich tatsächlich etwas enthält oder was er enthält. Es werden lediglich potentiell interessante Bereiche ausgewählt, welche der weiteren, genaueren Analyse unterzogen werden. Dadurch werden insbesondere Bereiche, welche offensichtlich nichts enthalten, als erste aus der weiteren Auswertung entfernt und so die Datenmenge reduziert. Gleichzeitig ist die Größe der potentiell interessanten Bereiche in der Merkmalskarte kleiner als das Bild selbst, sodass in jedem potentiell interessanten Bereich ebenfalls nur mit einer deutlich reduzierten Datenmenge gearbeitet werden muss. Die Merkmalskarte enthält also nur die potentiell interessanten Bereiche.

In Schritt b2) werden nun die potentiell interessanten Bereiche der Merkmalskarte untersucht. Hierfür wird ein Gebietsvorschlagsnetzwerk verwendet. Anstelle des Begriffes Gebietsvorschlagsnetzwerk sind auch Regions-Vorschlagnetzwerk, Netzwerk zum Vorschlag von Regionen geläufig, insbesondere aber auch der englische Begriff Region Proposal Network. Eine Ankerbox ist ein Bereich, beispielsweise ein rechteckiger Bereich, welcher eine Anomalie enthält. Damit werden in diesem Schritt alle potentiell interessanten Bereiche der Merkmalskarte aussortiert, welche letztendlich doch keine Anomalie enthalten.

Die mit einem zweiten neuronalen Netzwerk durchgeführte Ausrichtung in den Ankerboxen eines Zielbereichs in jeder Ankerbox in Schritt b3) ist vereinfacht ausgedrückt die Auswahl der Pixel des Bildes, welche zur Anomalie gehören. Damit entfallen alle Pixel, die innerhalb der Ankerbox etwas anderes, also insbesondere unbeschädigte feuerfeste Verkleidung, zeigen. Hierdurch wird eine abschließende Fokussierung ausschließlich auf die Anomalie erreicht.

Nachdem so die Anomalien eindeutig abgegrenzt sind, wird in Schritt b4) mit einem multivarianten Clustering-Algorithmus die Schwere jeder Anomalie in jeder Ankerbox analysiert. Hierdurch wird auch erkannt, welche Anomalien Defekte sind. Hierbei ist die Position der Anomalie zu berücksichtigen. Eine Anomalie mit beispielsweise 100 Pixel Größe, welche sich sehr nahe an der Öffnung und damit an der Kamera befindet ist natürlich hinsichtlich der Schwere anders zu beurteilen, wie die gleiche Anomalie, welche sich in dem gleichen Bild, aber an einer Position, beispielsweise 5 m tief im Inneren des chemischen Reaktionsraumes, insbesondere des Koksofens, befindet und deren reale Größe bei einer im Bild gleichen Größe von beispielsweise 100 Pixeln entsprechend größer ist. Hierdurch wäre die Schwere des Defekts im Inneren deutlich größer.

Bei einer feuerfesten Verkleidung in Form eines Mauerwerks kann beispielsweise die Struktur des Mauerwerks im Bild dazu verwendet werden, die Größe zu skalieren. Dieses ist besonders gut möglich, wenn die Aufnahmen immer von einem reproduzierbaren Standort gemacht werden und es eine erste Aufnahme ohne Defekte, beispielsweise nach der Erstellung oder Sanierung gibt. Hierdurch kann beispielsweise bei Anhaftungen die Größe der Fläche durch die im „Originalbild“ sichtbaren Mauersteine größenmäßig einfach abgeschätzt werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden das Erfassen in Schritt a) und die Bildanalyse in Schritt b) getrennt durchgeführt. Insbesondere werden die Bilddaten vor der Analyse insbesondere über das Internet oder eine Mobilfunkverbindung auf einen Server übertragen, welcher zur Durchführung der Bildanalyse in Schritt b) ausgebildet ist. Andere Übertragungswege, beispielsweise per Satellitenkommunikation oder Bluethooth können ebenfalls zum Einsatz kommen, ebenso die Übertragung per USB-Stick oder CD/DVD. Zur Vermeidung von Transportzeiten sind digitale Übertragungsmethoden bevorzugt, soweit möglich.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Erfassen in Schritt a) mit unterschiedlichen Brennweiten. Beispielweise werden die nahe an dem Erfassungsgerät (der Kamera) gelegenen Bereiche mit einer Brennweite zwischen 20 mm und 50 mm bezogen auf das Kleinbildformat aufgenommen. Die weiter von dem Erfassungsgerät (der Kamera) gelegenen Bereiche werden mit einer längeren Brennweite, beispielsweise zwischen 75 mm und 300 mm bezogen auf das Kleinbildformat aufgenommen. Für kleinere Sensoren ergeben sich entsprechend kürzere Brennweiten, für größere Sensoren entsprechend längere. Durch die unterschiedlichen Brennweiten ergeben sich unterschiedliche Winkelauflösungen, die vorzugsweise durch die unterschiedliche Entfernung zum Sensor dann wieder zu einer vergleichbaren Auflösung der feuerfesten Verkleidung führen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das erste neuronale Netzwerk ein faltungsbasiertes neuronales Netzwerk. Der geläufige englischsprachige Terminus für ein faltungsbasiertes neuronales Netzwerk ist Convolutional neuronal network. Verglichen mit herkömmlichen neuronalen Netwerken hat sich das faltungsbasierte neuronale Netzwerk für die Erstellung der Merkmalskarte aufgrund der hohen Genauigkeit und Verarbeitungsgeschwindigkeit als besonders geeignet herausgestellt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das erste neuronale Netzwerk mittels Apriori-Wissen trainiert. Hierzu werden Bilder verwendet, welche von einem Fachmann bewertet wurden, wo Defekte markiert, bezeichnet und mit Schwere angegeben sind. Je größer diese Ausgangsdatenlage ist, um so zuverlässiger kann das erste neuronale Netzwerk arbeiten. Dieses gilt auch für das zweite neuronale Netzwerk und den multivarianten Clustering-Algorithmus. Bevorzugt werden alle mit diesem Apriori-Wissen trainiert. Durch dieses Training kann das System von Anfang an Defekte zuverlässig identifizieren und klassifizieren.

Alternativ kann das System auch beispielsweise in eine neue oder frisch sanierte Anlage integriert werden und die ersten Aufnahmen können somit als ohne Defekt klassifiziert werden. Zwar ist das System dann am Anfang nicht in der Lage Defekte zu erkennen und der Schwere nach zu beurteilen. Bilder aber, bei denen Abweichungen auftreten, werden dann beispielsweise einem Fachmann vorgelegt, der dann die Bewertung vornimmt. Auf diese Weise lernt dann das System mit dem Auftreten der ersten Anomalien. Nachteilig ist, dass das System am Anfang stark auf Unterstützung angewiesen ist, dafür ist jedoch kein Apriori-Wissen nötig, dafür der regelmäßige Eingriff des Fachmanns.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Erfassen in Schritt a) bei der Betriebstemperatur des chemischen Reaktionsraums, insbesondere des Koksofens. Hierbei sind Schwankungen natürlich möglich. Wird beispielsweise ein Koksofen geöffnet und der Koks ausgestoßen, so kommt natürlich Umgebungsluft an die Wände und kühlt diese im Gegensatz zu der Zeit, in welcher der Koksofen geschlossen ist, ab. Derartige Schwankungen treten aber im normalen Betrieb bei jedem Öffnen auf und werden daher im Sinne der Erfindung als Betriebstemperatur verstanden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Erfassen in Schritt a) in einem Spektralbereich von 350 nm bis 1700 nm, bevorzugt in einem Spektralbereich von 350 nm bis 1 100 nm, besonders bevorzugt in einem Spektralbereich von 350 nm bis 800 nm, erfolgt. Für den Bereich von 350 nm bis 1100 nm kann bevorzugt ein Si- Halbleiter verwendet werden, für den Bereich 1 100 nm bis 1700 nm ein InGaAs- Halbleiter. Beispielsweise und bevorzugt kann das Erfassen mittels eines CCD Sensors oder eines CMOS Sensors erfolgen. Hierbei muss das Erfassen nicht vollständig über den gesamten Spektralbereich erfolgen und es muss nicht spektral aufgelöst erfolgen. Es kann als reines Schwarz-Weiß-Bild erfasst werden. Bevorzugt wird jedoch eine Erfassung wie in handelsüblichen Kamerasystemen in den drei Grundfarben mit überlappenden Empfindlichkeitsbereichen und damit vollständig über das sichtbare Spektrum durchgeführt. Erschwerend kommt jedoch hinzu, dass beispielsweise bei einer Temperatur um 2000 °C das Maximum des Schwarzen Strahles zwischen 1200 und 1300 nm liegt. Gerade ein spektral nicht auflösender Sensor im NIR Bereich kann dadurch gegebenenfalls Schwierigkeiten haben, Details noch zu erfassen, wenn der Dynamikumfang des Sensors an seine Grenzen stößt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Erfassen in Schritt a) mit einem Mehr-Kamera-System. Wie bereits weiter oben ausgeführt ist es vorteilhaft, wenn die mehreren Kameras in einer festen räumlichen Beziehung zueinanderstehen. Dieses kann beispielsweise durch eine Montage auf ein gemeinsames Stativ erfolgen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Erfassen in Schritt a) mit einer Bewegtbildkamera, zum Beispiel einer Videokamera. Durch die Verwendung einer Bewegtbildkamera hat den Vorteil, dass durch die Vielzahl an Bildern eine gute Überlappung zwischen jeweils zwei nacheinander aufgenommenen Bildern besteht. In diesem Fall besteht die Filmsequenz aus den Aufnahmen. Daher kann aus solchem Filmsequenz leicht ein erstes Bild erzeugt werden. Da so leicht vergleichsweise gut zu kombinierbare Aufnahmen entstehen, kann dieses auch leicht von nicht trainierten Personal erfasst werden. Vorteilhafterweise erfolgt eine erste Umwandlung der Aufnahmen dann möglichst unmittelbar nach der Aufnahme, insbesondere, wenn anschließend das erste Bild beispielsweise über Internet oder ein Mobilfunknetz auf einen Server zur Durchführung des Schritts b) übertragen wird. Hierdurch kann eine deutliche Datenreduktion erreicht werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt a) eine Vielzahl an Bilder erfasst und diese werden mittels Photogrammetrie zu einem virtuellen Abbild des chemischen Reaktionsraums, insbesondere des Koksofens, zusammengesetzt. Zusätzlich zu den Aufnahmen kann hierfür auch ein Modell des chemischen Reaktionsraums, insbesondere des Koksofens, verwendet werden. Hierdurch wird eine besonders gute räumliche Zuordnung der Pixel erzeugt, wodurch eine anschließende Lokalisierung, eine Positionsangabe der Defekte erleichtert wird. Das mittels Photogrammetrie erstellte virtuelle Abbild wird dann in Schritt b) analysiert.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Erfassen in Schritt a) durch wenigstens eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung des chemischen Reaktionsraums, insbesondere des Koksofens. Im Falles des Koksofens ist eine Öffnung die sogenannte Maschinenseite, auf welcher maschineller der Koks aus dem Ofen gedrückt wird. Die andere Öffnung ist dieser gegenüberliegend die Öffnung, aus der der Koks aus dem Koksofen austritt. Durch die Erfassung von beiden Seiten wird die Distanz zwischen Kamera und Defekt gerade für den Inneren Bereich auf maximal die halbe Länge begrenzt, was bei der tunnelartigen Geometrie der Koksöfen sinnvoll ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird jedes Bild, bei dem in Schritt b4) nicht eindeutig ein bestimmter Defekt identifiziert werden kann einem Fachmann zur Entscheidung vorgelegt. Hierdurch kann zum einen das System kontinuierlich weiter lernen. Zum anderen wird dadurch der Bedarf man manuellem Eingriff durch den Fachmann auf ein Minimum reduziert. Dieser Schritt ist naturgemäß langsam und auf die Verfügbarkeit eines Fachmanns limitiert. Entsprechend wird bevorzugt das durch den Fachmann klassifizierte Bild zum Training des multivarianten Clustering-Algorithmus verwendet. Üblicherweise können durch das Apriori-Wissen nur die trainierten Anomalien erkannt werden. Daher wird ein bestimmter Effekt beispielsweise vorgelegt, wenn nicht eindeutig dieser zu einer Art von Anomalie zugeordnet werden kann, beispielsweise wenn die Wahrscheinlichkeit für zwei verschiedene Arten in der gleichen Größenordnung liegen. Durch den Rückgriff auf den Fachmann kann dann eine eindeutige Zuordnung erfolgen. Falls jedoch tatsächlich ein neuer Defekttyp damit gefunden wird, kann dieser auf dieser Grundlage auch eintrainiert werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Ausgeben in Schritt c) bei geringfügigen Defekten mit einer Prognose, wann mit einem schweren Defekt zu rechnen ist. Hierdurch kann insbesondere eine Entscheidung getroffen werden, ob eine unverzügliche Reparatur notwendig ist oder ob ein Abwarten bis zum nächsten Wartungszyklus noch möglich ist. Diese Prognose ist umso zuverlässiger, je regelmäßiger dieses Verfahren an der betreffenden Vorrichtung vorgenommen wird, sodass vorzugsweise bereits eine zeitliche Entwicklung bekannt ist, die als Datengrundlage für die Prognose verwendet werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Ausgeben in Schritt c) die Art des Defekts, die Schwere des Defekts und die Position des Defekts. Diese Angabe kann tabellarisch, bevorzugt aber auch grafisch erfolgen. Weiter bevorzugt erfolgt eine Ausgabe in der Art, dass der chemische Reaktionsraum, insbesondere der Koksofen, in verschiedene Segmente eingeteilt wird, und alle Defekt für jedes Segment kumuliert ausgegeben werden. Hierdurch treten Segmente hervor, in denen sich auch kleinere Defekte häufen und so auf ein insgesamt möglicherweise größeres Problem hindeuten.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Ausgeben der Schwere des Defekts in Schritt c) in drei bis fünf Schweregraden. Werden drei Schweregrade unterschieden, können diese beispielsweise gut, moderat und kritisch sein. Werden fünf Schweregrade unterschieden, können diese beispielsweise gut, leicht, moderat, kritisch und fatal sein. Kritisch bedeutet beispielsweise, dass eine unverzügliche Reparatur notwendig ist, fatal, dass ein Weiterbetrieb aus Sicherheitsgründen ausgeschlossen ist. Die Klassifizierung der Schweregrade kann aber beispielsweise auch über eine Prognose der verbleibenden Betriebszeit sein, also beispielsweise > 1 Jahr, > 1 Monat, > 1 Woche und < 1 Woche.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Ausgeben in Schritt c) kumulativ für alle Defekte innerhalb des chemischen Reaktionsraums, insbesondere des Koksofens, und eine Bewertung wird auf der Basis aller erkannten Defekte für einen Reparaturbedarf ermittelt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Ausgeben Defekte ausgewählt aus der Liste Abbruchkante, Abplatzung, Ablagerung, Durchbruchstelle, keramische Schweißstelle, Fugenaufweitung.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Erstellen einer Merkmalskarte in Schritt b1 ) zum einen auf der Basis von einfachen Strukturen, wie etwa Farbintensität, Schattierung, Geometrie, Ecken und Kanten. Zum anderen werden auch komplexere Merkmalen berücksichtigt, die für die jeweiligen Anomalien charakteristisch sein können, wie etwa Ausrichtung, Ausdehnung, oder wiederkehrende Muster.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren wiederholt, wobei das Wiederholungsintervall ausgewählt ist aus der Gruppe bei jedem Öffnen, täglich, wöchentlich, monatlich, quartärlich, jährlich. Durch eine kontinuierliche Überprüfung sind zum einen Veränderungen leichter zu finden, zum anderen kann eine Prognose für die verbleibende restliche Betriebszeit fundierter abgegeben werden, je kürzer das Intervall ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung berücksichtigt die Bildanalyse in Schritt b) weitere Bilder, welche bereits früher von der gleichen Stelle des chemischen Reaktionsraums, insbesondere des Koksofens, erfasst wurden.

Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 Wand

Fig. 2 Wand mit ersten Defekten

Fig. 3 Wand mit ersten Defekten und Ankerboxen

Fig. 4 Wand mit Ankerboxen und analysierten Anomalien

Fig. 5 Wand mit zweiten Defekten

Fig. 6 Wand mit zweiten Defekten und Ankerboxen

Fig. 7 Wand mit Ankerboxen und analysierten Anomalien

Zur Vereinfachung wird in den Figuren ein Stück Mauerwerk als Ausschnitt einer feuerfesten Verkleidung dargestellt. Defekte sind zur Verdeutlichung bereits sehr groß dargestellt. Die Figuren sind daher nur skizzenhaft und schematisch zu verstehen.

In Fig. 1 ist eine perfekte feuerfeste Verkleidung ohne Defekte gezeigt. Dieses Bild würde sich beispielsweise unmittelbar nach dem Bau eines Koksofens ergeben. Dieses Bild steht beispielhaft für eine Seitenwand in einem Koksofen, wobei der Winkel noch steiler nach hinten wäre. Zur Verdeutlichung ist der Winkel hier jedoch so gewählt, dass das Prinzip des Verfahrens besser zu erkennen ist. Zur Vereinfachung sind auch Decke und Boden sowie die gegenüberliegende Wand weggelassen. Eine reale Aufnahme würde einen tunnelförmigen Eindruck erzeugen. Fig. 2 zeigt die gleiche Wand mit ersten Defekten. Im hinteren Bereich ist ein Durchbruch durch Weglassung von vier Ziegelsteinen schematisch angedeutet, im vorderen Bereich eine Anhaftung an der Wand in Form eines schraffierten Kreises. In Fig. 3 ist die Wand mit den ersten Defekten nach Schritt b2) gezeigt. Zwei Ankerboxen zeigen die beiden Regionen, in denen sich Defekte befinden. Nach Schritt b3) ergibt sich das in Fig. 4 gezeigte Bild. Durch das zweite neuronale Netzwerk werden die beiden Defekte pixelgenau erkannt, angedeutet durch die darüber liegenden klein-schraffierten Flächen.

Fig. 5 zeigt die Wand mit zweiten Defekten. Der einzige Unterschied ist, dass diese näher zusammenliegen. Dadurch sind die Ankerboxen, wie in Fig. 6 dargestellt, partiell überlappend. Dennoch erfolgt in Schritt b3) genauso akkurat die pixelgenaue Analyse der Defekte, wie in Fig. 7 gezeigt.