Skruven som håller koll på sig själv
I din anläggning finns tiotusen skruvar och du måste hela tiden känna dig säker på att alla sitter som de ska. Lösningen hittills: du skickar ut någon att kolla alla skruvar. Lösningen i en nära framtid: skruven ringer upp dig och berättar att den är på väg att lossna.
- Det hela började för några år sedan då jag träffade en god vän, Lena Klasén. Idag är hon chef för Nationellt Forensiskt Center i Linköping, men hon har tidigare forskat mycket kring laserteknik. Jag hade tidigare uppmärksammats på problemet att skruvar lossnar utan att man vet om det och vi kom att prata om detta. Hon sade: ”jag vet inte mycket om skruvar, men en sak vet jag säkert och det är att allt går att lösa med laser”. Det tog faktiskt inte speciellt lång tid för oss att ”snacka” fram en lösning, en laserbaserad sensor som går att montera i skruvar på ett sådant sätt att den kan detektera om dessa är på väg att lossna, säger Matts Lilja.
De båda patenterade sin lösning.
- Ju mer jag funderade över detta, både problemet med skruvar som lossnar och själva sensorn, desto mer övertygad blev jag om att detta är en riktigt bra grej. Så jag sade upp mig från mitt VD-jobb i säkerhetsbranschen och startade bolaget för att göra den här innovationen till en riktig produkt, fortsätter Lilja.
Hur fungerar då den nya sensorn? Företagets tekniske chef Csaba Madru förklarar:
- När en skruv spänns så töjer den sig och blir längre. Sensorn mäter helt enkelt denna förlängning. Sensorn placeras i ett hål som borras i skruvskallen och den mäter hur djupt hålet är. När skruven sträcks så blir hålet djupare och den skillnaden går att mäta.
Matts Lilja igen:
- Vi upptäckte ganska snabbt i utvecklingsarbetet att noggrannheten blev betydligt högre än vad vi väntade oss. På en mikrometer mäter vi 100 digitala steg, vilket betyder att upplösningen är tio nanometer. I praktiken innebär detta att hålet i skruven inte behöver vara så djupt, mätningarna blir ändå väldigt exakta.
Den exakta mätmetoden är ändå inte det viktigaste med Strainlabs innovativa sensor.
- Den stora grejen är att vår idé går ut på att varje skruv har en sändare som kan skicka sensorns mätdata vidare till lämplig plattform, säger Madru och Lilja och fortsätter:
- Det här innebär att man kommer att kunna sitta var som helst i världen och titta på vilken individuell skruv som helst av alla man installerat. Man kan då se skruvens förspänning, hur denna eventuellt har förändrats över tid, vilken temperatur det är i skruven och när man samlat data över tid så kommer man också att kunna se om det finns trender och tendenser till något. Det kan vara att problem uppstår vid vissa tider på dygnet, om de sammanfaller med andra händelser, vid vissa temperaturer etc. Om en ändring i förspänning är linjär så kommer man också att kunna dra slutsatser som exempelvis ”den här bulten kommer att behöva spännas i oktober”. Ett tillståndsbaserat, prediktivt underhåll blir alltså möjligt för skruvförband och detta utan att någon behöver gå ut i anläggningen. Det är egentligen det riktigt intressanta, att kravet på fysisk närvaro för inspektion elimineras.
Till sensorerna hör ett gränssnitt som visar inom vilka gränser förspänningen ska ligga, var den de facto ligger, vilken temperatur som råder samt på vilken position skruven sitter.
- Med position avses då GPS-position samt en visualisering om skruvens plats i skruvförbandet. Vidare skickar sensorn info om sin batteristatus. Givaren skickar sin information antingen till en app eller en molnlösning, beroende på vad det handlar om. En oljerigg med hundratusentals skruvar kräver ju en helt annan kapacitet för datalagring än en installation med ett fåtal skruvar. I det senare fallet kan det räcka med en smart mobil eller surfplatta för att lagra datan, berättar Matts Lilja och fortsätter:
- Datamängden bestäms ju också av hur ofta man vill mäta. Intervallet bestäms av användaren. När vi demonstrerar vår prototyp tar vi ett mätvärde var tredje sekund, men i praktiken kommer det kanske mer att handla om en mätning per dygn, vecka, eller månad, beroende på applikation.
Prototypen vi tittar på är rätt stor (M20), beroende dels på att den har en Bluetoothmodul inbyggd, dels för att batteriet är externt.
- Vi måste kunna byta batteri då våra demonstrationer tömmer dessa ganska snabbt. Produktionsversionen, som blir klar i höst, kommer att vara väsentligt mindre, M10, och ha mycket lång batteritid. De laserdioder vi kommer att använda är så små att om de läggs kvadratiskt fem gånger fem st, så blir det en kvadratmillimeter. Radiosändare avsedda för datasändning på låga frekvensband och avstånd upp till 2 km (specialutvecklade för IoT-applikationer) är 2 x 4 mm stora och kostar dessutom bara ett par dollar. Överhuvudtaget så kan man säga att det vi åstadkommit nu hade inte varit möjligt för bara ett par år sedan, säger Csaba och Lilja.
Den närmaste framtiden för Strainlabs ser ut som så att nästa prototyp kommer att vara klar till sommaren.
- Det är då en prototyp för produktionsversionen. Går allt som tänkt så ska vi kunna börja masstillverka sensorerna sent i höst. Vår tanke är inte att vi ska sätta sensorer i skruvar, utan mer att det ska vara så enkelt att montera sensorerna att vilken tillverkare, distributör etc som helst ska kunna göra detta, efter att ha fått adekvat utbildning förstås. En vision är att det ska kunna bli möjligt att ha generiska sensorer på lager och en liten bank med mjukvaror för olika dimensioner etc. Sensorerna måste alltid programmeras efter miljön de ska arbeta i och efter vilket material den aktuella skruven är tillverkad av. Framöver kanske det också blir aktuellt att titta på möjligheterna att bygga in ytterligare sensorfunktioner. Varför inte vibrationsmätning till exempel?, avslutar Matts Lilja och Csaba Madru.
Peter Olofsson
Bild: När produktionsversionen är helt klart kommer sensorn att vara mindre än den prototyp som syns på bilden.