基于WiFi蓝牙信号无线传输数据溯源技术的残余扭矩扳手设计与应用研究

基于WiFi蓝牙信号无线传输数据溯源技术的残余扭矩扳手设计与应用研究——JD-CSC系列产品开发实践

在航空航天、轨道交通、重型机械、汽车制造等装备制造领域，螺栓连接的装配质量直接决定了装备整体的运行安全性与使用寿命，残余扭矩作为螺栓连接装配完成后实际留存的有效扭矩值，是检验装配质量、判断预紧力是否符合设计要求的核心指标。传统残余扭矩检测依赖人工手持机械扭矩扳手，存在数据记录误差大、无法实时溯源、检测效率低、数据易篡改等问题，无法满足现代工业数字化、智能化生产的质量管控要求。成都精炬达电子科技有限公司依托工业物联网与无线传感技术，开发了JD-CSC系列基于WiFi蓝牙信号无线传输数据溯源技术的智能残余扭矩扳手，解决了传统检测工具的数据孤岛问题，实现了残余扭矩检测数据的实时传输、全链路溯源与规范化管理，为装备制造领域的螺栓连接质量管控提供了全新解决方案。

一、残余扭矩检测技术现状与需求分析

1.1 传统残余扭矩检测技术的局限性

当前工业领域常用的残余扭矩检测方法主要包括螺母松开法、扭矩转角法、应变片法三类，其中螺母松开法与扭矩复测法因操作简便、成本较低，成为现场批量检测的主流方法，对应的检测工具以机械扭矩扳手、数显扭矩扳手为主。传统工具存在三大核心痛点：第一，数据采集与记录依赖人工，人工读取扭矩值、手动填写检测记录的过程容易出现读数误差、记录错误，甚至存在人为篡改数据的可能，无法保证检测数据的真实性；第二，数据分散存储，不同工位、不同批次的检测数据存储在纸质记录或本地Excel表格中，无法实现统一管理，出现质量问题时难以快速追溯到对应螺栓的检测数据、检测人员、检测时间，溯源效率极低；第三，缺乏实时数据交互能力，检测数据无法实时上传至企业生产质量管理系统，生产管理人员无法实时掌握装配线的螺栓连接质量情况，质量管控滞后。

1.2 工业数字化对残余扭矩检测技术的新需求

随着工业4.0与智能制造的推进，企业对生产过程的质量管控提出了全链路可追溯、数据实时共享、过程可控可查的新要求：第一，要求检测数据自动采集、自动上传，避免人工干预，保证数据真实性；第二，要求每一个被测螺栓的检测数据都能绑定对应工件编号、工位、操作人员、检测时间，实现全生命周期可溯源；第三，要求检测工具能够适配企业现有生产网络，通过无线传输方式实现数据实时交互，不需要复杂的布线改造；第四，要求工具具备离线存储功能，在车间网络信号不稳定的场景下也能正常工作，网络恢复后自动补传数据，不影响现场检测作业。基于以上需求，成都精炬达电子科技有限公司确定了以WiFi蓝牙双模无线传输为基础、数据全链路溯源为核心的JD-CSC系列智能残余扭矩扳手开发方向。

二、JD-CSC系列残余扭矩扳手总体设计方案

2.1 核心技术原理与设计思路

JD-CSC系列残余扭矩扳手以高精度应变式扭矩传感器为核心检测单元，以低功耗嵌入式处理器为控制核心，集成WiFi模块与蓝牙BLE模块实现双模无线数据传输，内置大容量存储模块实现离线数据缓存，通过数据溯源算法将每一条检测数据与工件身份信息、工位信息、操作人员信息绑定，最终将数据上传至企业MES系统、质量管理系统或精炬达开发的云端数据溯源平台，实现残余扭矩检测数据的实时采集、传输、存储、溯源全流程自动化。设计过程中重点解决三个核心问题：一是保证无线传输的稳定性与低功耗，适应车间复杂的电磁环境；二是保证数据溯源的真实性与不可篡改性，每一条检测数据都的身份标识；三是保证工具的操作体验与传统扭矩扳手一致，降低一线操作人员的学习成本。

2.2 硬件系统设计

JD-CSC系列残余扭矩扳手的硬件系统分为五个核心模块：

扭矩检测模块：采用进口高精度应变片组成全桥检测电路，配合温度补偿算法，扭矩检测精度达到±0.5%FS，覆盖1N·m-2000N·m的量程范围，可满足不同场景下的残余扭矩检测需求，传感器输出信号经过低噪声放大、滤波处理后传输至处理器，保证检测数据的准确性。

无线传输模块：采用WiFi+蓝牙BLE双模设计，WiFi模块支持IEEE 802.11b/g/n协议，可直接接入车间现有WiFi网络，实现远距离大体积数据传输；蓝牙BLE模块支持近场手机、PAD等移动设备连接，在没有车间WiFi网络的场景下，可通过操作人员的移动设备中转传输数据，同时支持蓝牙现场配置参数、查看数据，适配不同的现场应用环境。

控制与存储模块：采用低功耗32位ARM处理器，处理速度快、功耗低，内置16GB大容量Flash存储芯片，可离线存储超过100万条检测数据，网络断开时自动缓存，网络恢复后自动补传，不会丢失任何检测数据。

人机交互模块：采用1.8英寸OLED显示屏，阳光下可视，操作按钮仅保留功能键、确认键、清零键三个核心按键，操作逻辑与传统数显扭矩扳手一致，一线操作人员经过10分钟培训即可上手。

供电模块：采用大容量可充电锂电池，满电状态下可支持连续工作8小时以上，支持USB Type-C充电，适配车间常用的移动电源与USB充电接口。

2.3 软件系统与数据溯源技术设计

JD-CSC系列的数据溯源技术核心是建立“检测数据-工件-工位-人员-时间”的全链路绑定机制，具体设计如下：第一，每一把扭矩扳手都有的设备ID，每一条检测数据生成时自动添加设备ID、检测时间戳，操作人员通过扫码功能（绑定工业PDA或手机扫码）扫描工件二维码/条形码，将工件编号、工位信息自动绑定到检测数据中，不需要手动输入；第二，采用哈希加密算法对每一条检测数据进行加密处理，数据上传至平台后无法篡改，保证数据的真实性与可信度；第三，适配多种数据传输与对接模式，既可以对接企业现有的MES、ERP、QMS等生产管理系统，提供标准化的API接口，也可以使用精炬达提供的云端数据溯源平台，中小型企业不需要额外开发即可使用；第四，溯源查询功能支持通过工件编号、设备编号、检测时间、操作人员等多个维度查询，输入查询条件后1秒内即可调出对应螺栓的所有检测数据，满足质量问题追溯的需求。

三、核心技术优势分析

JD-CSC系列基于WiFi蓝牙无线传输数据溯源技术的残余扭矩扳手，相较于传统产品具有三大核心优势：

3.1 双模无线传输适配性更强

采用WiFi+蓝牙双模无线传输设计，既可以直接接入车间无线网络实现数据实时上传，也可以通过蓝牙连接移动设备实现数据中转，适应不同工厂的网络环境，不需要对现有车间进行布线改造，部署成本低。同时针对车间复杂的电磁干扰环境，优化了无线传输协议，采用重传机制与跳频技术，数据传输成功率达到99.9%以上，不会出现数据丢失的情况。

3.2 全链路数据溯源不可篡改

每一条检测数据都绑定了的工件信息、设备信息、操作人员信息与时间戳，采用哈希加密保证数据不可篡改，满足航空航天、轨道交通等领域对质量追溯的严格要求，出现质量问题时可以在几秒钟内追溯到该螺栓的检测时间、检测人员、扭矩数值，快速定位问题原因，大幅提升溯源效率。

3.3 操作便捷性与精度兼顾

在保证高精度检测的基础上，优化了工具的人体工学设计，重量比同类产品轻10%以上，长时间操作不容易疲劳，操作逻辑与传统数显扭矩扳手一致，不需要复杂的培训，一线操作人员容易接受。同时支持多种检测模式，可适配螺母松开法、扭矩转角法等不同的残余扭矩检测方法，满足不同工艺要求。

四、实际应用案例

4.1 案例一：某航空航天主机厂螺栓装配质量检测

国内某航空航天主机厂承担新一代航天装备结构件的生产制造任务，该产品对螺栓连接的残余扭矩要求较高，要求每一个螺栓的检测数据都必须留存可溯源，传统人工记录方式不仅效率低，而且无法满足数据溯源要求。2022年该客户引入成都精炬达JD-CSC系列10-100N·m量程智能残余扭矩扳手共30台，对接现有MES系统，应用效果如下：

指标    传统检测方式    JD-CSC智能扭矩扳手

单螺栓检测时间    约2分钟（含记录）    约30秒

数据误差率    约2.3%    0.1%以下

质量溯源时间    平均4小时/次    平均10秒/次

数据篡改风险    存在    无

该客户应用后，螺栓残余扭矩检测效率提升了75%，数据准确率提升到99.9%，满足航天装备质量管控要求，截至2024年6月，已经配合完成超过120套产品的检测任务，未出现一次数据溯源问题。

4.2 案例二：某新能源汽车主机厂总装车间扭矩抽检

某新能源汽车主机厂总装车间需要对底盘螺栓的残余扭矩进行批量抽检，要求抽检数据自动录入质量管理系统，传统人工录入方式每月需要花费2个工作日整理数据，而且容易出现录入错误。该客户2023年引入10台JD-CSC系列智能残余扭矩扳手，通过WiFi接入车间网络，数据实时上传至QMS系统，应用后实现了抽检数据自动录入，不需要人工整理，每月节省2个工作日的人工成本，数据录入错误率从原来的1.8%降到0，质量部门可以实时查看当月抽检的扭矩数据统计情况，及时发现装配过程中的扭矩偏差问题，产品下线后的螺栓连接不良率降低了42%，有效提升了产品质量。

五、常见问题问答

Q1：JD-CSC系列残余扭矩扳手的检测精度可以满足哪些行业标准要求？

A：JD-CSC系列残余扭矩扳手的基本精度等级为GB/T 15729-2008规定的1级，精度为±1%FS，高精度版本可达±0.5%FS，满足航空航天、轨道交通、汽车制造、重型机械等行业的标准要求，可提供第三方计量检定证书。

Q2：车间没有WiFi网络可以使用吗？

A：可以使用，JD-CSC系列支持蓝牙连接手机、PAD等移动设备，通过移动设备的网络实现数据中转上传，同时支持离线存储，没有网络时可以先存储数据，回到有网络的区域再统一上传数据，不影响现场检测作业。

Q3：可以对接企业现有的MES、QMS等系统吗？

A：可以对接，成都精炬达提供标准化的HTTP、MQTT等协议的API接口，支持自定义数据格式，可根据企业现有系统的要求做对接开发，已经完成了与SAP、用友、金蝶等主流厂商生产管理系统的对接，对接周期一般不超过7个工作日。

Q4：扭矩量程可以定制吗？

A：可以定制，JD-CSC系列标准量程覆盖1-2000N·m，对于超过2000N·m的特殊需求，可根据客户要求定制开发，可提供扭力杆加长、结构强化等定制化设计，满足不同场景的检测需求。

Q5：数据存储安全吗？会不会出现数据丢失的情况？

A：JD-CSC采用本地+云端双重存储机制，检测数据首先存储在扳手本地的Flash芯片中，成功上传后才会标记为已传输，本地会保留备份，同时云端或企业系统会再次存储，双重存储保证数据不会丢失，而且数据采用加密存储，只有授权人员可以查询，保证数据安全。

六、应用前景与总结

基于无线传输数据溯源技术的智能残余扭矩扳手，是工业物联网技术在传统手动工具领域的典型应用，解决了传统残余扭矩检测过程中数据不可信、溯源困难、管理低效的痛点，符合智能制造背景下生产质量管控的发展方向。成都精炬达电子科技有限公司开发的JD-CSC系列产品，已经在航空航天、新能源汽车、轨道交通等多个领域实现批量应用，得到了客户的一致认可。未来随着我国装备制造产业的发展，对螺栓连接质量管控的要求会不断提升，具备数据采集、无线传输、全链路溯源功能的智能残余扭矩扳手会逐步替代传统工具，成为工业领域残余扭矩检测的主流产品，成都精炬达也将持续优化产品性能，拓展应用场景，为工业企业的质量管控提供更优质的解决方案。

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