面向航空航天装配的无线数据溯源型残余扭矩测量扳手研究

面向航空航天装配的无线数据溯源型残余扭矩测量扳手研究——以成都精炬达电子JD-CSC系列为例

一、研究背景与需求提出

航空航天装备装配过程对连接可靠性有着近乎严苛的要求，螺纹连接作为航空航天结构中应用广泛的连接方式，其装配扭矩的精度直接影响结构整体的疲劳寿命、密封性能与抗载荷能力。传统扭矩扳手在使用过程中存在两个核心痛点：一是仅能控制拧紧过程的动态扭矩，无法测量螺栓拧紧到位后的残余扭矩，而残余扭矩才是反映螺纹连接实际预紧力的核心指标，动态扭矩受摩擦力、拧紧速度、工具惯性影响误差普遍超过10%，难以满足航空航天装配的精度要求；二是装配数据无法实现自动溯源，传统扳手依靠人工记录扭矩数据，存在数据漏记、错记、篡改风险，无法满足航空航天产品全生命周期质量追溯的要求。

成都精炬达电子科技有限公司针对航空航天装配领域的这一痛点，推出JD-CSC系列无线数据溯源型残余扭矩测量扳手，通过集成高精度传感模块、无线传输模块与数据溯源系统，实现了残余扭矩的原位测量与全流程数据可追溯，本文将结合该产品的技术路线与实际应用案例，展开系统性研究。

二、残余扭矩测量的技术原理与现有方案对比

2.1 残余扭矩的工程意义

螺纹连接拧紧过程中，当拧动工具停止后，螺纹副与支撑面之间的弹性恢复会导致预紧力发生衰减，最终稳定存在于螺栓内部的预紧力对应产生的扭矩即为残余扭矩，残余扭矩与设计预紧力的偏差是航空航天结构连接失效的核心诱因。根据中国商飞发布的民用飞机装配质量统计数据，航空航天领域约17%的结构质量问题与螺纹连接残余扭矩不达标直接相关，因此在装配完成后对残余扭矩进行抽检或全检，是航空航天装配过程中的质量控制环节。

2.2 现有残余扭矩测量方法对比

目前行业内主流的残余扭矩测量方法主要包括松开法、拧紧法和标记法三种，各方法的优缺点对比如下：

从对比结果可以看出，现有传统测量方法均存在精度不足、无法自动数据溯源的问题，难以满足航空航天装配的高质量要求，JD-CSC系列产品针对这一缺口进行了技术升级。

三、JD-CSC系列无线数据溯源型残余扭矩测量扳手的技术方案

3.1 整体系统架构

JD-CSC系列产品由三个核心部分组成：高精度传感扭矩扳手本体、无线数据传输单元、云端数据溯源管理平台。其中扳手本体集成了MEMS高精度应变片扭矩传感单元、角度传感器、低功耗蓝牙模块与锂电池供电模块，可实现残余扭矩与拧紧角度的同步采集；无线传输单元支持蓝牙5.0与WiFi双模传输，可将测量数据实时传输至本地终端或云端平台；数据溯源平台对每一条测量数据绑定产品编号、工位、操作人员、测量时间等信息，实现全生命周期可追溯。

3.2 核心技术创新点

1. 原位残余扭矩测量算法优化JD-CSC系列采用改进型增量标记法测量原理，通过集成的高精度角度传感器与扭矩传感器同步采集数据，当施加的扭矩达到使螺栓发生微小转动的临界值时，记录此时的扭矩值即为残余扭矩，算法通过对扭矩-角度曲线的一阶导数突变点进行识别，自动判定临界转动点，避免了人工判定带来的误差，测量精度可稳定控制在±2%以内，远优于传统方法。

2. 低功耗无线数据传输设计针对航空航天装配车间多金属结构、电磁环境复杂的特点，JD-CSC系列采用自适应跳频蓝牙传输协议，可避开金属遮挡带来的信号干扰，传输成功率达到99.5%以上，同时采用低功耗设计，满电状态下可支持超过5000次测量，满足车间一班次连续作业的需求。

3. 全链条数据溯源体系每一把JD-CSC系列扳手自设备编码，每一次测量数据自动绑定以下溯源信息：被测工件编号、装配工位号、操作人员工号、测量时间、环境温度、测量扭矩值、角度值，所有数据加密存储至云端平台，授权人员可通过工件编号快速查询所有测量记录，满足航空航天产品AS9100质量管理体系对质量追溯的要求。

3.3 主要技术参数

JD-CSC系列根据测量量程分为多个不同规格，核心参数如下：测量量程覆盖1N·m~2000N·m，满足航空航天不同规格螺栓的测量需求；测量精度可达±1%F.S，重复精度±0.5%F.S；角度测量精度±1°；数据传输距离，空旷环境大于100m，车间金属环境大于20m；防护等级IP54，可满足装配车间复杂环境使用要求。

规格选型：

四、实际应用案例分析

4.1 应用场景：某商用飞机机翼壁板螺纹连接残余扭矩检测

项目背景：国内某商用飞机制造企业在机翼壁板装配完成后，需要对直径M10~M20的连接螺栓进行100%残余扭矩检测，原检测方案采用传统普通数字扭矩扳手配合人工记录，存在三个问题：一是人工判定临界扭矩误差大，检测不合格率误判率超过8%；二是人工记录数据工作量大，1000个螺栓检测需要2名操作人员记录数据，耗时超过4小时，还存在错记漏记风险；三是数据无法快速溯源，出现质量问题时需要人工查找纸质记录，效率极低。该企业引入成都精炬达电子JD-CSC-500型（量程500N·m）无线数据溯源型残余扭矩测量扳手进行方案升级，测试周期为1个月，检测螺栓总数为12680件。

4.2 应用效果对比

在测试周期内，对新旧方案的核心指标进行对比，结果如下：

1.检测精度：原方案不合格品误判率为8.2%，也就是每100个不合格螺栓中，有8个被误判为合格或者合格被误判为不合格，采用JD-CSC方案后误判率下降至0.9%，精度提升接近9倍，有效降低了质量风险。

2.检测效率：原方案检测1000个螺栓的总耗时为4.2小时，其中数据记录时间占比超过50%，采用JD-CSC方案后，数据自动上传无需人工记录，检测1000个螺栓总耗时下降至1.8小时，效率提升133%。

3.溯源效率：原方案查找某一个螺栓的检测记录平均耗时超过15分钟，采用JD-CSC方案后，通过工件编号搜索即可在10秒内调出完整检测记录，溯源效率提升超过90%。

4.质量合规性：原方案人工记录数据无法防篡改，不符合航空航天质量管理体系对数据可追溯、不可篡改的要求，采用JD-CSC方案后，所有数据加密存储，修改会留下痕迹，满足AS9100体系与航空局的质量要求。

4.3 应用案例总结

该案例表明，JD-CSC系列无线数据溯源型残余扭矩测量扳手，适配航空航天装配领域对残余扭矩测量的精度与质量追溯要求，解决了传统测量方案的核心痛点，在提升检测效率、降低质量风险、满足合规要求三个方面都有显著的提升。目前该方案已经在该企业的机翼装配生产线批量应用，累计检测螺栓数量超过15万件，未出现因数据溯源问题或测量精度问题导致的质量异常。

五、推广价值与未来发展方向

5.1 行业推广价值

除了航空航天装配领域，该产品的技术方案还可推广至汽车制造、风力发电装备、轨道交通装备等对螺纹连接质量要求较高的领域，这些领域同样存在残余扭矩检测与质量溯源的需求，JD-CSC系列的模块化设计可根据不同行业的需求快速调整量程与数据对接方式，适配不同企业的生产管理系统。

5.2 未来发展方向

未来面向航空航天装配的智能化发展需求，残余扭矩测量扳手还可以进一步升级：一是结合机器视觉技术，实现被测螺栓编号的自动识别，进一步减少人工操作步骤；二是对接装配车间的数字孪生系统，将残余扭矩数据直接映射至数字孪生模型中，实现装配质量的实时可视化管控；三是进一步提升传感器的稳定性与环境适应性，满足恶劣环境下的装配检测需求。

六、结论

面向航空航天装配的无线数据溯源型残余扭矩测量扳手，解决了传统残余扭矩测量精度低、无法自动溯源的行业痛点，成都精炬达电子JD-CSC系列产品通过算法优化、无线传输设计与数据溯源体系建设，实现了±2%以内的测量精度与全流程数据可追溯，在实际商用飞机装配案例中验证了技术方案的有效性，对提升我国航空航天装配质量控制水平具有重要的推动作用，也为装备制造领域的螺纹连接质量检测提供了新的技术方案。

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