无人机工厂末端测试的螺丝松动可检出性基准

1 · 创新命题

中 面向珠三角小型无人机装配厂的末端质检，用固定转速扫频下的机架振动、声学和电流三证据，建立不同位置/扭矩不足螺丝的可检出边界，回答“现有 30 秒通电测试能抓住哪些松动、漏掉哪些”，并把结果嵌入存量测试台而非增加人工逐颗复检。 EN A detectability benchmark for end-of-line drone testing that quantifies which under-torqued fasteners a 30-second vibration–acoustic–current sweep can and cannot catch, retrofitting existing factory stands rather than adding manual reinspection.

2 · 背景与空白

螺纹连接松动会改变结构刚度与模态，但末端测试常只看电机转动、飞控自检和明显异响。ISO 16047 讨论紧固件扭矩—夹紧力，结构健康监测有大量基于模态/非线性振动的松动识别研究；NI、Brüel & Kjær 提供工业振动方案。空白在：消费/行业无人机复杂装配中，不同位置、欠扭矩程度在真实 30 秒节拍内的可检出下限，以及三模态是否值得成本。珠三角优势是可接触装配线、扭矩工具与同构机架，并能快速做夹具/PCB。**致命错误是把同一机架的重复片段随机分集，或让模型学到某台电机而不是松动；必须按整机架和装配批次盲测。**所有故障只在不上桨、全固定台架植入。

3 · 可检验假设

H1 对 ≥ 5 个预注册紧固位置和 4 个扭矩等级，三证据相对现有人工 30 秒通电检查，对低于额定扭矩 50%的松动召回提高 ≥0.20、每 100 台误报 ≤5；同时明确较轻松动的检测下限。 H2 若新增测试 ≤30 秒、BOM低于工厂可核实的一次返修成本且跨操作者重复性 CV <10%，合作厂愿意做 ≥50 台影子测试；不声称上线放行。

4 · 量化验收标准

1. 【方法学校验 · 硬门槛】 自建采集管线复现至少 2个已发表螺栓松动模态算例及 1 个校准振动值，固有频率偏差 ≤3%、幅值偏差 ≤10%；此条不过，后续全部结论无效。
2. ≥ 10 个同构机架、5 位置×4 扭矩等级、每工况 ≥3 次；用校准扭矩工具，盲序装配。
3. 极不平衡分类报 PR-AUC、召回、精确率与每百台误报，不报 accuracy；按机架/批次划分并量化随机片段划分高估。
4. 基线含人工听检、单振动与飞控自检；阈值在首批冻结，第二批前瞻验证。
5. 记录夹具重装、操作者、环境噪声和电机个体；故障机架不飞行、不交付，试后按扭矩 SOP 复原并双人签字。

5 · 数据与工具

用途	来源 / 工具
样本	合作装配厂同构退役/工程机架和扭矩 SOP；商业信息匿名化
激励	不装桨电机扫频或仪器化小激振器；全固定防护台
采集	低噪声加速度计、校准麦克风、母线电流、同步 ADC、转速
扭矩	可校准数显扭矩螺丝刀，实际夹紧力不可直接等同扭矩
对照	ISO 16047、已发表松动模态算例——仅用于校验与对比，不计入数据贡献

能力边界：扭矩不等于夹紧力，胶黏剂/垫片会改变结果；单机型不能外推。项目是可检出性研究，不是质量认证。

故障矩阵须包含相邻电机、线束和外壳重装的干扰工况，证明特征不是只对干净实验有效；同一欠扭矩位置完成测试后立即复原并由第二人复核。若工厂只允许匿名结果，仍需保留可由指导老师审计的扭矩校准证书、盲序表与复原签字，公开数据可用归一化频率和匿名位置编号。

6 · 赛季执行路径

1. 第 1–2 周签署工厂、保密和安全边界；第 3 周完成振动/模态校验。
2. 第 4 周冻结五位置、四扭矩和 30 秒扫频；第 5–8 周完成首批盲序矩阵。
3. 第 9 周冻结阈值并拆解三模态贡献；第 10–11 周第二批 ≥50 台影子验证。
4. 第 12 周测操作者与夹具重复性；第 13–14 周算节拍、误报和返修成本。
5. 线下答辩只带不上电的故障机架、扭矩封签和历史瀑布图。

7 · 新颖性边界

不声称发明结构健康监测、证明整机安全、替代扭矩工具或达到出厂认证。已有工作包括 ISO 16047、NI/B&K 振动测试和大量 bolted-joint looseness 模态研究；本项目贡献是无人机工厂真实节拍下位置×扭矩的可检出下限、错误划分高估审计和存量末端台插件。护城河为工作流替换（D）+数据（E），工厂关系、工艺标签与批次漂移库难以复制。

8 · go/no-go

第 3 周末若算例频率偏差 >5%，降级为“数显扭矩工具的装配重复性审计”，保留末端质检框架。第 4 周末若工厂许可未取得，降级到深圳供应链自购同构机架的实验室可检出性研究。第 9 周末若三证据相对人工召回提升 <0.05，降级为“人工30秒检查的检测边界与漏检地图”；若影子测试误报 >10/100台，禁止建议上线。