СПОСОБ ПРИСОЕДИНЕНИЯ, ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПРИСОЕДИНЕНИЯ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ
METHOD FOR CONNECTION, TOOL FOR CONNECTION AND METHOD OF PRODUCING STRUCTURE

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к способам присоединения оптического волокна к поверхности конструкции, например самолета или лопасти ветроустановки, и к инструментам для присоединения, используемым для присоединения оптического волокна, а также к способам изготовления конструкции.
Уровень техники
[0002] При оценке бездефектности конструкции с помощью оптического волокна оптическое волокно присоединяют и закрепляют на поверхности конструкции. Деформация, возникающая в конструкции, передается оптическому волокну, при этом возникающую в оптическом волокне деформацию измеряют для детектирования повреждения конструкции. Например, в конструкции, полученной присоединением компонентов, отделение присоединенной части конструкции детектируется путем измерения деформации, возникающей в оптическом волокне. Примерами конструкций являются самолет, автомобиль и лопасть ветроустановки.
[0003] Как описано в документах PTL 1 и PTL 2, в оптическом волокне, используемом в качестве датчика, на внешней поверхности нити, имеющей сердцевину и оболочку, образуют смоляное покрытие. Чтобы деформация, возникающая в конструкции, надежно передавалась оптическому волокну, оптическое волокно в целом присоединяют к конструкции с помощью химически активного адгезива, например, адгезива на эпоксидной основе.
[0004] Оптическое волокно присоединяют к конструкции химическим образом посредством активного адгезива в следующем процессе.
Во-первых, адгезив, полученный смешиванием базового компонента и отверждающего компонента, наносят в заданном месте на поверхности конструкции. После этого в заданном месте на адгезив помещают оптическое волокно. Далее адгезив наносят на оптическое волокно. При этом оптическое волокно оказывается покрытым слоем адгезива, как показано в разрезе на фиг. 3. После этого адгезив оставляют отверждаться.
Патентная литература
[0005]
PTL 1 нерассмотренная заявка на патент Японии №Hei7-151945
PTL 2 нерассмотренная заявка на патент Японии №2004-151702
Раскрытие изобретения
[0006] При упомянутой выше оценке бездефектности с помощью оптического волокна для надежной передачи деформации от конструкции к оптическому волокну необходимо присоединить оптическое волокно так, чтобы не допустить его отсоединение от конструкции. Поэтому адгезив следует наносить так, чтобы полностью покрыть оптическое волокно, как показано в разрезе на фиг. 3. Кроме того, в вышеописанном общем процессе присоединения до полного отверждения адгезива проходит около суток, поскольку используется химически активный адгезив. Необходимо удерживать оптическое волокно, не допуская его смещения до того, как произойдет отверждение адгезива.
Как описано выше, существует проблема, связанная с низкой эффективностью работы, поскольку производственный процесс требует значительных усилий для обеспечения высокой точности позиционирования при присоединении, при этом до завершения операции проходит длительное время.
[0007] Настоящее изобретение предложено для решения указанной выше проблемы. Задача изобретения заключается в создании способа присоединения, который обеспечивает быстрое и надежное присоединение оптического волокна к конструкции посредством простого процесса, и инструмента для присоединения, который реализует данный способ. Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании способа изготовления конструкции, к которой посредством простого процесса присоединяется оптическое волокно.
[0008] Для решения указанной выше задачи первый аспект настоящего изобретения представляет собой способ присоединения для присоединения оптического волокна, нить которого покрыта термопластичной смолой, к поверхности конструкции, включающий в себя этапы, на которых: расплавляют по меньшей мере одну часть термопластичной смолы; приводят часть оптического волокна, на которой термопластичная смола была расплавлена, и указанную поверхность в контакт друг с другом в состоянии, в котором термопластичная смола расплавлена; присоединяют оптическое волокно к указанной поверхности под давлением; и обеспечивают охлаждение и отверждение термопластичной смолы.
[0009] Второй аспект настоящего изобретения представляет собой инструмент для присоединения, включающий в себя: секцию подачи оптического волокна, выполненную с возможностью подачи оптического волокна, нить которого покрыта термопластичной смолой, на поверхность конструкции; нагревательное устройство, выполненное с возможностью расплавления по меньшей мере одной части термопластичной смолы; и секцию присоединения под давлением, обеспечивающую возможность приведения части, на которой термопластичная смола была расплавлена, и указанной поверхности в контакт друг с другом и возможность присоединения оптического волокна к поверхности под давлением
[0010] Третий аспект настоящего изобретения представляет собой способ изготовления конструкции, к которой присоединено оптическое волокно, нить которого покрыта термопластичной смолой, включающий в себя этапы, на которых: расплавляют по меньшей мере одну часть термопластичной смолы; приводят часть оптического волокна, на которой термопластичная смола была расплавлена, и поверхность конструкции в контакт друг с другом в состоянии, в котором термопластичная смола расплавлена; присоединяют оптическое волокно к поверхности под давлением; и обеспечивают охлаждение и отверждение термопластичной смолы.
[0011] В настоящем изобретении термопластичная смола, покрывающая нить, используется в качестве адгезива. При использовании способа присоединения и инструмента для присоединения согласно изобретению время от присоединения оптического волокна к поверхности конструкции под давлением до отверждения составляет не более одной минуты. Поэтому на эту работу требуется значительно меньше времени по сравнению с традиционным способом с использованием химически активного адгезива. При этом также имеется возможность предотвратить смещение оптического волокна до того, как термопластичная смола полностью затвердеет.
[0012] Кроме того, при использовании способа и инструмента для присоединения согласно изобретению оптическое волокно может присоединяться к конструкции в состоянии, когда нить покрыта термопластичной смолой. Таким образом, термопластичная смола обеспечивает возможность передачи деформации от конструкции к оптическому волокну, что позволяет выполнять оценку бездефектности с высокой точностью.
[0013] Вследствие того что способ присоединения согласно изобретению позволяет существенно сократить время отверждения смолы по сравнению со стандартным процессом присоединения, улучшается технологичность. Поскольку можно также присоединять оптическое волокно без смещения оптического волокна относительно заданного участка или отсоединения оптического волокна от конструкции, может быть улучшена точность оценки бездефектности с помощью волоконно-оптического датчика.
[0014] Поскольку секция подачи оптического волокна, нагревательное устройство и секция присоединения под давлением объединены в единое целое, инструмент для присоединения согласно изобретению прост в обращении. Кроме того, при использовании инструмента для присоединения согласно изобретению оптическое волокно может присоединяться к заданному участку с высокой точностью позиционирования.
Краткое описание чертежей
[0015] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение оптического волокна, присоединенного к поверхности конструкции способом согласно изобретению.
Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение, поясняющее инструмент для присоединения и способ присоединения согласно изобретению.
Фиг. 3 представляет собой вид в разрезе конструкции, к которой оптическое волокно присоединено традиционным способом.
Осуществление изобретения
[0016] Ниже описаны способ присоединения, инструмент для присоединения и способ изготовления конструкции согласно первому варианту осуществления.
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение оптического волокна, используемого в способе присоединения по настоящему варианту осуществления. Оптическое волокно 1 включает в себя нить 2, имеющую сердцевину и оболочку, и часть 3 покрытия, покрывающую наружную поверхность нити 2. В настоящем варианте осуществления может также применяться оптическое волокно, имеющее конфигурацию, в которой между нитью 2 и участком 3 покрытия имеется еще одна часть покрытия (из полиамида и т.п.).
[0017] В настоящем варианте осуществления не накладывается особых ограничений на материалы сердцевины и оболочки. Диаметр нити 2 составляет от 0,05 до 0,15 мм.
[0018] Часть 3 покрытия, которая может использоваться в способе присоединения по настоящему варианту осуществления, образована из термопластичной смолы. Примеры термопластичной смолы включают в себя смолы на основе полиэфира, стирола и полиэтилена. Толщина части 3 покрытия составляет от 0,1 до 0,5 мм.
[0019] Предмет, к которому присоединяется оптическое волокно 1 на фиг. 1, представляет собой конструкцию, например самолет, автомобиль или лопасть ветроустановки. Конструкция представляет собой компонент смоляной подложки, армированной волокнами, такой как смоляная подложка, армированная углеродным волокном, или смоляная подложка, армированная стекловолокном, или металлическая пластина, например, из алюминия. Кроме того, компоненты, изготовленные из указанных материалов, могут быть соединены вместе адгезивом. Например, в качестве адгезива может использоваться адгезив на эпоксидной основе.
[0020] Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение, поясняющее инструмент для присоединения по настоящему варианту осуществления.
В инструменте 10 для присоединения секция 11 подачи оптического волокна нагревательное устройство 14 и прессующий ролик (секция 15 присоединения под давлением) размещены в корпусе 16.
[0021] Секция 11 подачи оптического волокна включает в себя ролик 12 размотки оптического волокна и два ролика 13 подачи оптического волокна. Оптическое волокно 1 намотано на ролик 12 размотки оптического волокна. Следует отметить, что ролик 13 подачи оптического волокна может быть и один.
[0022] Нагревательное устройство 14 установлено в направлении разматывания оптического волокна относительно секции 11 подачи оптического волокна. Прессующий ролик 15 установлен в направлении разматывания оптического волокна относительно нагревательного устройства 14. Нагревательное устройство 14 предпочтительно установлено вблизи прессующего ролика 15 так, чтобы поверхность конструкции 17 и оптическое волокно 1 могли вступать в контакт друг с другом перед тем, как нагретая термопластичная смола начнет охлаждаться и отверждаться.
[0023] Нагревательное устройство 14 предпочтительно представляет собой устройство, подающее горячий воздух на оптическое волокно (например, сушильный аппарат). К нагревательному устройству 14 присоединено средство регулировки температуры нагревательного устройства (не показано), регулирующее температуру горячего воздуха, который подается из нагревательного устройства 14.
[0024] В инструменте 10 для присоединения нагревательное устройство 14 установлено на стороне оптического волокна 1, противоположной прессующему ролику 15. Таким образом, нагревательное устройство 14 может нагревать поверхность оптического волокна 1, противоположную поверхности, которая находится в контакте с прессующим роликом 15.
[0025] Оптическое волокно 1, отматываемое с ролика 12 размотки оптического волокна, проходит между роликами 13 подачи оптического волокна и вставляется между прессующим роликом 15 и конструкцией 17. Прессующий ролик 15 прижимает оптическое волокно 1 к поверхности конструкции 17.
[0026] Инструмент 10 для присоединения может перемещаться по поверхности конструкции 17 при вращении прессующего ролика 15.
[0027] Ниже описан процесс присоединения оптического волокна к поверхности конструкции с помощью инструмента 10 для присоединения.
Инструмент 10 для присоединения устанавливают в начальной точке положения для установки оптического волокна на поверхность конструкции 17. Положение установки оптического волокна находится вблизи поверхности присоединения двух компонентов конструкции 17.
В этот момент конечная часть оптического волокна 1, отмотанная от ролика 12 размотки оптического волокна, вставляется между прессующим роликом 15 и конструкцией 17.
[0028] Далее инструмент 10 для присоединения перемещают по поверхности конструкции 17 так, чтобы следовать заданному положению установки оптического волокна. На фиг. 2 инструмент 10 для присоединения перемещают относительно поверхности чертежа вправо.
[0029] В процессе перемещения инструмента 10 для присоединения происходит вращение ролика 12 размотки оптического волокна, роликов 13 подачи оптического волокна и прессующего ролика 15. Соответственно, оптическое волокно 1 отматывается с ролика 12 размотки оптического волокна и подается к нагревательному устройству 14 и прессующему ролику 15 через ролики 13 подачи оптического волокна.
[0030] Нагревательное устройство 14 нагревает и расплавляет термопластичную смолу, которая покрывает поверхность оптического волокна 1. Может использоваться любая температура нагрева при условии, что она обеспечивает расплавление термопластичной смолы. Температура нагрева устанавливается в соответствии с видом применяемой термопластичной смолы. В настоящем варианте осуществления нет необходимости расплавлять всю термопластичную смолу в окружном направлении, необходимо лишь расплавить по меньшей мере часть термопластичной смолы, которая находится в контакте с поверхностью конструкции 17.
[0031] Оптическое волокно 1 подается к прессующему ролику 15 в таком состоянии, в котором термопластичная смола на указанной поверхности расплавлена. Когда оптическое волокно 1 удерживается между прессующим роликом 15 и конструкцией 17, расплавленная термопластичная смола и поверхность конструкции 17 вступают в контакт друг с другом, при этом прессующий ролик 15 присоединяет оптическое волокно 1 к поверхности конструкции 17 под давлением.
[0032] После прохождения через нагревательное устройство 14 термопластичная смола на поверхности оптического волокна 1 охлаждается вследствие контакта с прессующим роликом 15 и конструкцией 17, а также вследствие воздушного охлаждения. Когда температура термопластичной смолы снижается до температуры плавления или ниже после присоединения оптического волокна 1 к поверхности конструкции 17, термопластичная смола повторно отверждается. Соответственно, оптическое волокно 1 оказывается присоединенным к конструкции 17 в таком состоянии, в которой нить покрыта частью покрытия, выполненного из термопластичной смолы. От присоединения под давлением до повторного отверждения оптического волокна проходит не более одной минуты.
[0033] Посредством перемещения инструмента 10 для присоединения непрерывно осуществляются расплавление термопластичной смолы, присоединение оптического волокна под давлением и повторное отверждение термопластичной смолы, описанные выше.
[0034] После присоединения оптического волокна 1 к поверхности конструкции 17 на оптическое волокно 1 наносится слой покрытия из материала покрытия. Так, в качестве материала покрытия может использоваться PR1750 (наименование продукта, производимого PPG Aerospace). Материал покрытия обладает влагонепроницаемостью, а также стойкостью к высоким и низким температурам. Благодаря этому при оценке бездефектности конструкции с помощью оптического волокна удается достичь высокой точности результатов.
[0035] В инструменте для присоединения согласно второму варианту осуществления нагревательное устройство заключено в прессующий ролик и составляет с ним единое целое, при этом прессующий ролик рассматривается как компонент, который нагревает и расплавляет термопластичную смолу. Для этого случая нагревательное устройство не показано на фиг. 2. Другие компоненты являются такими же, что и в первом варианте осуществления. Инструмент для присоединения по второму варианту осуществления имеет более простую конструкцию, чем инструмент по первому варианту осуществления.
[0036] В способе присоединения и способе изготовления конструкции согласно второму варианту осуществления, посредством перемещения вышеописанного инструмента для присоединения, непрерывно осуществляются расплавление термопластичной смолы, присоединение оптического волокна под давлением и повторное отверждение термопластичной смолы.
Когда в настоящем варианте осуществления оптическое волокно вступает в контакт с прессующим роликом, термопластичная смола нагревается и расплавляется прессующим роликом. Температура прессующего ролика и скорость перемещения инструмента для присоединения (то есть скорость подачи оптического волокна) регулируются так, чтобы термопластичная смола, находящаяся у поверхности присоединения к конструкции, расплавлялась и чтобы термопластичная смола после повторного отверждения образовывала покрытие на нити.
[0037] После того как оптическое волокно будет присоединено к конструкции способом по второму варианту осуществления, на оптическое волокно наносят материал покрытия аналогично тому, как это делается в первом варианте осуществления.
Список ссылочных обозначений
[0038]
1. Оптическое волокно
2. Нить
3. Часть покрытия
10. Инструмент для присоединения
11. Секция подачи оптического волокна
12. Ролик размотки оптического волокна
13. Ролик подачи оптического волокна
14. Нагревательное устройство
15. Прессующий ролик (секция присоединения под давлением)
16. Корпус