CN107228901B - 复合材料成形方法、检查系统和方法、航空结构体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合材料成形夹具和方法、检查系统和方法、航空结构体，目的在于能够在适当的位置嵌入光纤传感器而不使复合材料的强度劣化。实施方式涉及的复合材料成形夹具具有刚体部、以及用于形成槽以插入光纤传感器的凸部。刚体部具有用于层叠半固化片的片材的表面。凸部设置在所述刚体部的表面侧。另外，实施方式涉及的复合材料成形方法，通过对层叠在所述复合材料成形夹具上的所述半固化片的层叠体进行加热固化，来成形形成有用于插入所述光纤传感器的所述槽的复合材料。

Description

复合材料成形方法、检查系统和方法、航空结构体

技术领域

本发明的实施方式涉及一种复合材料成形夹具、复合材料成形方法、超声波检查系统、超声波检查方法和航空器结构体。

背景技术

目前，作为在不破坏航空器等的结构部件的情况下对其进行检查的方法，已知有超声波检查法。另外，作为用于进行超声波检查的传感器，也已知有使用光纤布拉格光栅(FBG：Fiber Bragg Grating)传感器的技术。将FBG传感器用作超声波接收用的传感器，则与将超声波振子用作传感器的情况相比，能够提高超声波的检测精度。

因此，提出了推压(押し当てゐ)棒状部件并在金属基板上形成槽，且在金属槽中插入光纤传感器的技术(例如参考专利文献1)。通过该技术，能够在通过热压法接合的金属间嵌入光纤传感器。

另一方面，作为航空器结构体等的主要原料，轻量且强度大的玻璃纤维增强塑料(GFRP：Glass fiber reinforced plastics)和碳纤维增强塑料 (CFRP：Carbon FiberReinforced Plastics)等复合材料备受关注。通过层叠在碳纤维或玻璃纤维等纤维中含浸树脂而成的半固化状的片状半固化片并使之固化，来制造复合材料。

因此，提出了在复合材料固化前的原料即片状的半固化片之间嵌入作为形变传感器的光纤并进行固化的技术(例如参考专利文献2和专利文献 3)。即，通过在半固化片的层叠中，在半固化片的片材间夹入光纤并固化，能够制造嵌入光钎的复合材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2008/123285号

专利文献2：(日本)特开2012-020483号公报

专利文献3：(日本)特开平11-142262号公报

但是，典型的光纤传感器的粗度为100μm的数量级，刚性较低。因此，当在半固化片的片材间夹入光纤并固化时，会产生伴随着复合材料固化的收缩导致光纤从适当的位置移动的问题。

发明内容

所以，本发明的目的在于能够在适当的位置嵌入光纤传感器而不使复合材料的强度劣化。

本发明的实施方式涉及的复合材料成形夹具具有刚体部、以及用于形成槽以插入光纤传感器的凸部。刚体部具有用于层叠半固化片的片材的表面。凸部设置在所述刚体部的表面侧。

另外，本发明的实施方式涉及的复合材料成形方法，通过对层叠在所述复合材料成形夹具上的所述半固化片的层叠体进行加热固化，来成形形成有用于插入所述光纤传感器的所述槽的复合材料。

另外，本发明的实施方式涉及的复合材料成形方法包括以下步骤：制作具有用于插入光纤传感器的槽的半固化片的层叠体；以及通过对所述半固化片的层叠体进行固化，成形具有所述槽的复合材料，其中，以使所述槽的长度方向成为所述半固化片的纤维的长度方向的方式，不通过切断所述纤维而形成所述槽。

另外，本发明的实施方式涉及的超声波检查系统具有超声波振子、光纤传感器以及信号处理系统。超声波振子振荡超声波。光纤传感器检测穿透由复合材料构成的检查对象的检查区域的所述超声波和在所述检查区域反射的所述超声波的反射波中的至少一种，并输出检测信号。信号处理系统根据来自所述光纤传感器的所述检测信号，检测所述检查区域中的缺陷。将所述光纤传感器插入被设置在所述复合材料的未被切断的纤维之间的槽。

另外，本发明的实施方式涉及的超声波检查方法包括以下步骤：通过对具有槽的半固化片的层叠体进行固化，成形具有所述槽的复合材料；在所述复合材料的所述槽中插入光纤传感器；以及使用所述光纤传感器进行所述复合材料的超声波检查。

另外，本发明的实施方式涉及的航空器结构体包括作为部件的所述超声波检查系统。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式涉及的复合材料成形夹具的结构的俯视图；

图2是图1所示的复合材料成形夹具的剖面图；

图3是用于说明图1和图2所示的凸部的高度和宽度的决定方法的凸部的放大横截面图；

图4是表示在图1所示的复合材料成形夹具上配置1层量的半固化片的片材的状态的俯视图；

图5是图4所示的复合材料成形夹具和半固化片的片材的剖面图；

图6是表示在图5所示的第1层半固化片的片材上层叠了第2层以上的半固化片的片材的状态的剖面图；

图7是表示在通过图6所示的半固化片的层叠体的加热固化而成形的复合材料的槽中插入了光纤传感器的状态的俯视图；

图8是表示用于将图7所示的光纤传感器固定在复合材料上的粘合剂固化后的状态的俯视图；

图9是表示将嵌入有光纤传感器的复合材料的表面的一部分弯曲情况下的复合材料的制造方法的图；

图10是说明在半固化片的片材之间夹入光纤传感器并进行固化的现有的复合材料成形方法产生的问题点的图；

图11是说明在固化后的复合材料上加工用于设置光纤传感器的槽情况下的问题点的图；

图12是将嵌入到复合材料的表面中的光纤传感器作为组成要素的超声波检查系统的组成图；

图13是表示包括作为部件的图12所示的超声波检查系统的航空器结构体的示例的图；

图14是表示本发明第二实施方式涉及的复合材料成形夹具的结构的俯视图；

图15是图14的位置A-A中的复合材料成形夹具的剖面图；

图16是表示图14和图15所示的复合材料成形夹具的凸部所形成的复合材料的槽的形状的俯视图；

图17是表示图16的位置B-B中的槽的形状的剖面图。

符号说明

1、1A 复合材料成形夹具

2 刚体部

2A 表面

3、3A 凸部

10 光纤传感器

20 层叠体

30 复合材料

40 复合材料

40A 纤维

50 超声波检查系统

51 激励器

52 信号处理系统

53 显示装置

60 航空器结构体

61 面板

62 加固材料

70 槽

S、S1、S2 半固化片的片材

具体实施方式

下面参考附图，对本发明的实施方式涉及的复合材料成形夹具、复合材料成形方法、超声波检查系统、超声波检查方法和航空器结构体进行说明。

(第一实施方式)

(复合材料成形夹具的结构)

图1是表示本发明第一实施方式涉及的复合材料成形夹具的结构的俯视图，图2是图1所示的复合材料成形夹具的剖面图。

复合材料成形夹具1是用于制作安装有作为超声波检测用传感器的光纤传感器的复合材料的夹具。复合材料成形夹具1在具有用于层叠半固化片的片材的表面2A的刚体部2上，设置用于在半固化片的片材的层叠体上形成槽的凸部3而构成，所述槽用于插入光纤传感器。凸部3设置在刚体部2的表面2A侧，具有与槽的形状对应的长度结构。

当为了能够插入多个光纤传感器而在半固化片的片材的层叠体上形成多个槽时，如图所示，可以根据槽的数量而在刚体部2上设置多个凸部 3。不过，是以长度方向相同的形式设置多个凸部3。因此，多个凸部3的长度方向大致平行。

图3是用于说明图1和图2所示的凸部3的高度和宽度的决定方法的凸部3的放大横截面图。

为了在半固化片的层叠体上形成可容纳光纤传感器10的尺寸的槽，如图3所示，可以将凸部3的高度H和凸部3的截面宽度W设为与光纤传感器10的直径对应的高度和宽度。即，可以将凸部3的高度H和宽度 W设为在光纤传感器10的直径上附加必要的游隙后的高度和宽度。

典型的光纤传感器10的直径为125μm～150μm左右。因此，为了在半固化片的层叠体上形成可容纳典型的光纤传感器10的尺寸的槽，可以将凸部3的高度H和凸部3的截面宽度W分别设为125μm以上、150μm 以下。

在刚体部2的表面2A上层叠的典型的半固化片的片材S的厚度也为 125μm～150μm左右。因此，若将光纤传感器10的直径与半固化片的片材 S的厚度设为相同程度，则可以将凸部3的高度H设为半固化片的片材S 的1层量的高度。这种情况下，具有为半固化片的片材S的1层量的深度的槽就会在半固化片的层叠体上形成。

半固化片的片材S的厚度容许范围有时会根据设计信息决定，以获得复合材料的强度等必要的机械特性。另外，半固化片的制造商提供的容易获得的半固化片的片材S的厚度多为限定性的。另一方面，对于光纤传感器10的直径，其选择的自由度较高。因此，能够根据半固化片的片材S 的厚度决定光纤传感器10的直径，根据半固化片的片材S的厚度和光纤传感器10的直径决定凸部3的高度H和截面宽度W。

当然，当在半固化片的层叠体上形成用于插入具有与多层量的半固化片的片材S的厚度相同程度的直径的光纤传感器10的槽时，凸部3的高度H可以根据光纤传感器10的直径设为与多层量的半固化片的片材S的厚度相同的程度。

需要说明的是，半固化片的片材S的厚度和光纤传感器10的直径都具有随着技术的进步而减小的趋势。因此，也可以根据半固化片的片材S 的厚度和光纤传感器10的直径，将凸部3的高度H和凸部3的截面宽度 W分别设为低于125μm。

(复合材料成形方法)

接下来，针对使用了复合材料成形夹具1的复合材料成形方法进行说明。通过对层叠在具有图1所示的结构的复合材料成形夹具1上的半固化片的层叠体进行加热固化，能够成形形成有用于插入光纤传感器10的槽的复合材料。进一步能够在形成有槽的复合材料中插入光纤传感器10，制作与光纤传感器10一体化的复合材料。

图4是表示在图1所示的复合材料成形夹具1上配置1层量的半固化片的片材S1的状态的俯视图，图5是图4所示的复合材料成形夹具1和半固化片的片材S1的剖面图。

如图4和图5所示，能够将纤维的长度方向设为凸部3的长度方向，并在凸部3的两侧分别层叠第1层半固化片的片材S1。因此，作为第1层半固化片的片材S1，使用纤维的长度方向为一个方向的片材。例如，能够一边将半固化片的片材S1用手和器具铺开一边层叠在凸部3的两侧。或者，也可以将预先裁剪的多个半固化片的片材S1配置在凸部3的两侧。

当将多个光纤传感器10插入到复合材料中时，为了能够进行必要的检测区域的检查，可以根据光纤传感器10的灵敏度决定光纤传感器10的间隔。作为具体示例，可以以0.5m左右的间隔将光纤传感器10平行配置。这种情况下，凸部3的间隔会成为光纤传感器10的间隔。

当多个平行的凸部3在刚体部2上形成时，可以根据相邻的凸部3的间隔，在相邻的凸部3之间层叠预先裁剪的半固化片的片材S1。即，可以准备具有与相邻的凸部3的间隔相同的宽度的半固化片的片材S1，以在相邻的凸部3之间层叠。

需要说明的是，当凸部3的高度确定为多层量的半固化片的片材S1 的厚度时，在凸部3的两侧会分别以纤维的长度方向为凸部3的长度方向的方式层叠多层量的半固化片的片材S1。这种情况下，多层量的半固化片的片材S1层叠为任何半固化片皆为同一方向，以使纤维的长度方向与凸部3的长度方向一致。以下，如图示以凸部3的高度确定为1层量的半固化片的片材S1的厚度的情况为例，进行说明。

图6是表示在图5所示的第1层半固化片的片材S1上层叠了第2层以上的半固化片的片材S2的状态的剖面图。

由于凸部3的高度确定为半固化片的片材S1的厚度，因此当在凸部3 的两侧配置半固化片的片材S1后，通过凸部3的上表面和第1层半固化片的片材S1的表面形成了大致的平面。因此，能够通过普通的层叠方法来层叠第2层以上的半固化片的片材S2。所以，也可以使用层叠装置自动层叠第2层以上的半固化片的片材S2。

另外，对于在凸部3的上表面的上方层叠的第2层以上的半固化片的片材S2，其纤维的方向为任意方向。因此，对于在凸部3的上表面的上方层叠的半固化片的片材S2，可以选择一个方向、类无向(疑似等方)、交叉层(クロスプライ)等任意的层叠方法。

另外，若以凸部3的长度方向和纤维的长度方向垂直或者以规定的角度交叉的形式，决定在凸部3的上表面的上方层叠的半固化片的片材S2 的至少一部分纤维的方向，则能够保证与凸部3的长度方向垂直的方向上的复合材料的强度。因此，使在凸部3的上表面的下方层叠的半固化片的片材S1的纤维的长度方向设为凸部3的长度方向，同时使在凸部3的上表面的上方层叠的半固化片的片材S2的至少一部分纤维的方向成为与凸部3的长度方向交叉的方向，这一点从充分保证加热固化后的复合材料的强度的观点来看较为适宜。

如图6所例示，在凸部3的上表面的上方，为了保证复合材料的厚度而层叠必要张数的半固化片的片材S2时，半固化片的片材S的层叠体20 上会形成有具有与凸部3相同的形状的槽。即，能够制作具有用于插入光纤传感器10的槽的半固化片的层叠体20。

在对在复合材料成形夹具1上层叠的、具有槽的半固化片的层叠体20 进行加压的状态下使用压热器处理装置等进行加热固化后，则能够成形具有用于插入光纤传感器10的槽的复合材料。作为半固化片的层叠体20的加压方法，用袋膜(バギングフイルム)覆盖层叠体20，对袋膜的内侧区域进行减压形成真空状态的方法，和推压被称为心轴的刚体的夹具进行加压的方法具有代表性。

需要说明的是，也可以将复合材料成形夹具1仅用作半固化片层叠用的夹具，用其他加热固化用的夹具对半固化片的层叠体20进行加热固化。不过，若将复合材料成形夹具1也用作层叠体20的加热固化用的夹具，则能够将在复合材料上形成的用于插入光纤传感器10的槽设为与凸部3 相同的形状。

如上所述，若在半固化片的层叠体20上以槽的长度方向设为半固化片的纤维的长度方向的方式形成槽之后进行层叠体20的加热固化，则能够不通过切断纤维而在半固化片的层叠体20和复合材料上形成槽。

图7是表示在通过图6所示的半固化片的层叠体20的加热固化而成形的复合材料30的槽中插入了光纤传感器10的状态的俯视图。

若将加热固化后的复合材料30从复合材料成形夹具1上取下，则在复合材料30的处于复合材料成形夹具1侧的表面上，会形成有具有与凸部3的截面形状相同的横截面形状的槽。即，通过加热和加压下的半固化片的层叠体20的成形加工，能够在没有利用切削加工和弯曲加工等的材料塑性变形进行加工的情况下在复合材料30上加工槽。

复合材料30的槽用于插入光纤传感器10。即，如图7所例示，在复合材料30上形成的槽中插入有光纤传感器10。此时，在光纤传感器10与槽之间涂布有粘合剂。粘合剂可以涂布在光纤传感器10和槽的内面中的任意一方，也可以涂布在两方。另外，可以在插入光纤传感器10之前涂布粘合剂，也可以在将光纤传感器10插入到槽中之后涂布粘合剂。

图8是表示用于将图7所示的光纤传感器10固定在复合材料30上的粘合剂固化的状态的俯视图。

使用于将光纤传感器10固定到复合材料30上的粘合剂固化后，便可制成图8所例示的与光纤传感器10一体化的复合材料30。当复合材料30 用作航空器结构体的部件时，一般使用热固化性的树脂作为粘合剂。这种情况下，通过用加热装置进行的粘合剂的加热固化，来制造与光纤传感器 10一体化的复合材料30。

如此在表面嵌入光纤传感器10的复合材料30，能够用作航空器部件等任意部件。需要说明的是，上述示例中，嵌入有光纤传感器10的一侧的复合材料30表面为平面，但也可以根据复合材料30的用途设为曲面。当使复合材料30的表面弯曲时，可以向光纤传感器10的长度方向和与光纤传感器10的长度方向垂直的方向中的任一方向弯曲。因此，嵌入有光纤传感器10的复合材料30不仅可以制作成航空器的翼结构体的部件即外板(面板)，还能够制作成横梁(翼梁)、小骨(加强肋)或纵梁(stringer) 等加固材料。

图9是表示将嵌入有光纤传感器10的复合材料30的表面的一部分弯曲时的复合材料30的制造方法的图。

当使复合材料30的表面弯曲时，如图9所例示，可以将用于层叠半固化片的片材S的复合材料成形夹具1的刚体部2的表面2A，根据固化后的复合材料30的形状进行弯曲。用于形成插入光纤传感器10用的槽的凸部3也可以设置在弯曲的表面2A上。由此，即使复合材料30的表面是曲面，也可以按照规定的间隔将多个光纤传感器10固定在复合材料30上。

也就是说，上述的复合材料30的成形方法，是在用于层叠半固化片的片材S的复合材料成形夹具1上设置用于形成槽的凸部3，在固化后的复合材料30上形成的槽中插入光纤传感器10并用粘合剂固定。另外，以在低于凸部3的上表面的位置层叠的半固化片的片材S1的纤维的长度方向设为凸部3的长度方向的形式，配置半固化片的片材S1。

(效果)

因此，通过使用了复合材料成形夹具1的复合材料30的成形方法，能够制造表面嵌入有光纤传感器10的高品质复合材料30。即，能够在表面的适当位置嵌入光纤传感器10而不使复合材料30的强度劣化。

图10是说明在半固化片的片材S之间夹入光纤传感器10并进行固化的现有的复合材料的成形方法产生的问题点的图。

如图10(A)所示，假设在某个半固化片的片材S上整列配置光纤传感器10，在固化半固化片时，在光纤传感器10上，除了层叠的半固化片的片材S的自重外，还会因真空拉制而负载大气压。因此，如图10(B) 所示，刚性较低的光纤传感器10有时会从初始位置移动。进而，当对层叠的半固化片进行加热固化时，如图10(C)所示，由于伴随着固化的收缩，光纤传感器10的位置会进一步改变。

与此相对，在上述使用了复合材料成形夹具1的复合材料30的成形方法中，在固化后的复合材料30的槽中插入有光纤传感器10。因此，能够避免光纤传感器10的错位，在复合材料30的表面的适当位置稳定且容易地嵌入光纤传感器10。

图11是说明在固化后的复合材料40上加工用于设置光纤传感器10 的槽时的问题点的图。

也考虑有在固化后的复合材料40上通过切削加工或冲压加工来形成用于设置光纤传感器10的槽。但是，如图11所例示，固化后的复合材料 40的纤维40A与编入半固化片的纤维不同，未必为直线的。即，复合材料 40的纤维40A会产生波动。这是由于在半固化片的片材层叠时和装袋时的半固化片的偏离和固化时会产生变形。

因此，假设在固化后的复合材料40上通过机械加工形成槽，则如图 11所例示，复杂地缠绕的众多纤维40A会被切断。或者，众多纤维40A 会受损。因此，会导致复合材料40的强度降低。

与此相对，与复合材料30一体化的光纤传感器10配置在未进行固化后的复合材料30的切削加工和冲压加工而形成的槽中。因此，不会为了将光纤传感器10固定在复合材料30上而让复合材料30的纤维受损和切断。

而且，纤维的长度方向设为光纤传感器10的长度方向。即，在低于复合材料成形夹具1的凸部3的上表面的位置层叠的半固化片的片材S1 的纤维的方向为单向，且凸部3的长度方向作为纤维的长度方向。因此，不会为了在凸部3的两侧铺设半固化片的片材S1而切断半固化片的片材 S1的纤维。另外，纤维也不会夹着凸部3而中断。因此，能够避免纤维的切断和损伤所引起的复合材料30的强度降低。

需要说明的是，若将在高于凸部3的上表面的位置层叠的半固化片的片材S2的至少一部分的纤维的方向设为与凸部3的长度方向交叉的方向，则即使凸部3的两侧的半固化片的片材S1被截断，也能够保证与凸部3 的长度方向交叉的方向上的强度。

尤其是，若利用光纤传感器10的标准直径和1层量的半固化片的片材S的标准厚度为大致相同的尺寸这一点，将在低于凸部3的上表面的位置层叠的半固化片的片材S1的张数设为1张，则能够使用于固定光纤传感器10的槽的存在所引起的复合材料30的强度降低成为可忽略的程度。因此，能够容易地制造具有所需强度的复合材料30。

另外，光纤传感器10的刚性较低，在外力作用下容易断裂。因此，为了防止光纤传感器10断裂，将其嵌入复合材料30中是最有效的。即，通过将光纤传感器10嵌入到复合材料30中，能够安全地保护光纤传感器 10。

(超声波检查系统)

图12是将嵌入到复合材料30的表面中的光纤传感器10作为组成要素的超声波检查系统50的组成图。

超声波检查系统50可由激励器51、嵌入到复合材料30的表面中的光纤传感器10以及信号处理系统52组成。激励器51是向复合材料30的检查区域振荡超声波的超声波振子。

嵌入到复合材料30的表面中的光纤传感器10如上所述，可以通过使具有槽的半固化片的层叠体20固化，来成形具有槽的复合材料30，在向复合材料30的槽中插入光纤传感器10和粘合剂后，通过使粘合剂固化来制作。例如，通过成形具有槽的复合材料30(所述槽具有与半固化片的片材S的1层量的厚度对应的深度和截面宽度)，并且将具有根据半固化片的片材S的1层量的厚度选择的直径的光纤传感器10插入到槽中，能够制作表面嵌入有光纤传感器10的复合材料30。

光纤传感器10是用于检测穿透由复合材料30构成的检查对象的检查区域的超声波和在检查区域反射的超声波的反射波中的至少一种，并输出检测信号的传感器。即，在检查区域的探伤检查中，可以使用穿透检查区域的超声波和在检查区域中反射的超声波反射波中的一种或两种。因此，根据检测穿透检查区域的超声波和在检查区域中反射的超声波反射波中的哪种，来决定激励器51和光纤传感器10的相对位置。

需要说明的是，光纤传感器10如上所述，是在复合材料30的未切断的纤维之间，向设置为长度方向与固化前的纤维的长度方向为相同方向的槽中插入。用于插入光纤传感器10的槽的位置和朝向，确定为可用光纤传感器10检测穿透复合材料30的检查区域的超声波和在检查区域中反射的超声波反射波中的至少一种。光纤传感器10的间隔可以根据超声波的检测灵敏度，例如设为0.5m。

作为光纤传感器10的代表示例，除了FBG传感器外，还列举有相移 FBG(PS-FBG：Phase-shiRed FBG)传感器。FBG传感器是通过将因在被检查对象上传播的振动所产生的变形的变化而发生变动的FBG的光穿透特性或光反射特性的变化作为光信号进行检测，来检测超声波的传感器。另一方面，PS-FBG是在折射率的周期性变动中导入局部相移的FBG。与使用FBG传感器相比，使用PS-FBG传感器能够飞跃性地提高超声波的检测灵敏度。

从提高通过光纤传感器10作为超声波的检测信号而获得的光信号的信噪比(SNR：signal-to-noise ratio)和精度的观点出发，作为特别优选的超声波，列举有兰姆(Lamb)波。兰姆波是在超声波波长的一半以下的薄板上传播的波。因此，优选从激励器51发送兰姆波。

信号处理系统52具有：通过向激励器51输出控制信号来从激励器51 向检查区域振荡超声波的功能；以及根据来自光纤传感器10的检测信号检测检查区域中的缺陷的功能。信号处理系统52可以除了由向激励器51 输出控制信号的控制电路、向光纤传感器10发射激光的光源、以及用于处理由从光纤传感器10作为超声波的检测信号输出的反射光或穿透光组成的光信号所需的光学元件构成以外，还由光电转换电路、A/D (analog-to-digital)转换器以及计算机等的电路构成。另外，在信号处理系统52中，设置有进行去噪处理、平均化处理、包络线检波处理、峰值检测处理和阈值处理等缺陷检测所需的信号处理的功能。另外，信号处理系统52可以与显示装置53连接，以能够显示缺陷的有无和位置等用户所需的信息。

并且，能够使用具有如此构成的超声波检查系统50，诊断用作航空器结构体等的原料的复合材料30的健全性。即，能够对复合材料30进行进行使用了与检查对象一体化的光纤传感器10的超声波检查。

(航空器结构体)

图13是表示包括作为部件的图12所示的超声波检查系统50的航空器结构体60的示例的图。

由于超声波检查系统50的光纤传感器10嵌入到复合材料30中，因此能够将超声波检查系统50作为由复合材料30构成的航空器结构体60 的部件。作为具体示例，在由复合材料30组成的面板61上安装有截面为帽子形的纵梁等加固材料62的航空器结构体60中，能够在面板61和加固材料62之间嵌入光纤传感器10。当然，加固材料62的截面形状为I字形和倒T字形等时也是同样。

这种情况下，可以在面板61和加固材料62中的一方形成槽并嵌入光纤传感器10，也可以在面板61和加固材料62的双方形成槽并嵌入光纤传感器10。在图13所示的示例中，以加固材料62的长度方向为长度方向的形式在面板61侧嵌入有多个光纤传感器10。当然，也可以以与加固材料 62的长度方向垂直的方向为长度方向的形式将单独或多个光纤传感器10 嵌入。这种情况下，不仅可以沿着面板61侧配置光纤传感器10，还可以沿着加固材料62侧配置光纤传感器10。

另外，不仅限于面板61和加固材料62之间，也可以在2块面板61 之间嵌入光纤传感器10。也就是说，可以将光纤传感器10配置在槽的内部，所述槽设置在接合的2个复合材料部件中的至少一个的接合面侧。因此，能够使用复合材料成形夹具1，在成为接合对象的复合材料部件的接合面中的一方或双方上形成槽。

如此，若在2个复合材料部件之间嵌入光纤传感器10，则能够容易地检测粘合部位或接合部位中的剥离和剥落等缺陷。在2个复合材料部件之间嵌入有光纤传感器10的航空器结构体60可以通过各种方法来制造。

当只在复合材料部件中的一方形成槽并嵌入光纤传感器10时，通过复合材料部件中的一方的加热固化，来制作形成有槽的复合材料部件。然后，在槽中插入光纤传感器10，用粘合剂固定。接着，将与另一方的复合材料部件对应的半固化片的层叠体，通过粘合剂与槽中嵌入有光纤传感器 10的复合材料部件组合。之后，通过半固化片的层叠体的加热固化，能够制造在2个复合材料部件之间嵌入有光纤传感器10的航空器结构体60。

相反，当在复合材料部件的双方形成槽并嵌入光纤传感器10时，通过复合材料部件的双方的加热固化，来制作形成有槽的复合材料部件。然后，通过粘合剂来组合复合材料部件。此时，在槽中插入光纤传感器10，用粘合剂固定。之后，通过粘合剂的固化，能够制造在2个复合材料部件之间嵌入有光纤传感器10的航空器结构体60。

(第二实施方式)

图14是表示本发明第二实施方式涉及的复合材料成形夹具的结构的俯视图，图15是图14的位置A-A中的复合材料成形夹具的剖面图。

图14和图15所示的第二实施方式中的复合材料成形夹具1A中，相比刚体部2的端面，使凸部3A的端部成为内侧，这一点与第一实施方式中的复合材料成形夹具1不同。关于第二实施方式中的复合材料成形夹具 1A的其他构成及作用，由于其与第一实施方式中的复合材料成形夹具1 在实质上没有不同，因此对相同构成或对应的构成附加相同符号并省略说明。

在光纤传感器10中，光穿透特性和光反射特性呈现峰值，实际作为传感器发挥功能的部分的长度为几mm左右。因此，例如若是具有3m～ 5m左右的长度的光纤传感器10，则能够通过赋予使光穿透特性和光反射特性周期性地反复的特性，来使3～5个左右的峰值出现。在航空器结构体的情况下，将具有1m～10m左右的长度的光纤传感器10嵌入复合材料30中一般较为妥当。

因此，例如可以将复合材料成形夹具1A的凸部3A的长度方向的长度 L设为1m以上10m以下。由此，可以在大部分的航空器结构体中覆盖要检查的区域。但是，当凸部3A的长度方向的长度L比刚体部2的端面间的距离短时，在复合材料30上形成将不会是两端未闭塞的贯通槽，而是两端或一端闭塞的止挡槽(止まり溝)。即，存在光纤传感器10的信号传输部分不会插入到复合材料30的槽中的情况。

这种情况下，光纤传感器10在槽的端部处极度弯曲时，可能会导致断裂。因此，为了让光纤传感器10在槽的端部不会极度弯曲，可以将槽的端部设为平滑。即，可以让槽的端部不产生级差。

作为具体示例，如图14和图15所例示，可以将凸部3A的长度方向上的两侧的端部中的至少一端设为高度和截面宽度逐渐减少的形状。

图16是表示图14和图15所示的复合材料成形夹具1A的凸部3A所形成的复合材料30的槽70的形状的俯视图，图17是表示图16的位置B-B 中的槽70的形状的剖面图。

当用图14和图15所例示的凸部3A形成复合材料30的槽70时，可以使槽70的长度方向上的两侧的端部中的至少一端成为深度和截面宽度逐渐减少的形状。即，可以使用复合材料成形夹具1A，成形具有两侧端部中的至少一端的深度和截面宽度逐渐减少的槽70的复合材料30。

这种情况下，光纤传感器10会嵌入到两端或一端以三维平滑的曲面被闭塞的止挡槽中。用于传输来自光纤传感器10的光检测信号的光纤的粗度，通常与光纤传感器10的粗度相同。即，光纤的传感器部分与信号传输部分的粗度相同。因此，能够仅将部分光纤传感器10插入到槽70的内部，而不会使光纤极度弯曲。由此，能够防止光纤传感器10弯曲损伤。

另一方面，凸部3A的端部也是三维平滑的曲面。因此，可以在不切断配置在凸部3A两侧的半固化片的纤维的情况下沿着凸部3A的形状配置半固化片的片材S1。相反，为了在不切断纤维的情况下能够沿着半固化片的片材S1，将凸部3A在端部上的形状确定为足够平滑的形状较为妥当。

(其他实施方式)

以上记载了特定的实施方式，但记载的实施方式仅仅是一例，并不用于限定发明的范围。此处记载的新方法及装置，可以通过其他各种方式来实现。另外，此处记载的方法及装置的方式中，在不脱离发明要旨的范围内，可以进行各种省略、替换及变更。附属的权利要求及其等同物，均包含各种方式及变形例，作为发明的范围及要旨所包含的要素。

Claims (13)

1.一种复合材料成形方法，通过对层叠在以下复合材料成形夹具上的半固化片的层叠体进行加热固化，来成形形成有用于插入光纤传感器的槽的玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料，

所述复合材料成形夹具，包括：

刚体部，其具有用于层叠所述半固化片的片材的表面，所述半固化片是玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料固化前的原料；以及

凸部，其设置在所述刚体部的表面侧，用于形成所述槽，所述槽用于插入光纤传感器，通过在所述凸部的两侧以使纤维的长度方向成为所述凸部的长度方向的方式分别配置1层量或多层量的所述半固化片的片材，来形成所述槽。

2.根据权利要求1所述的复合材料成形方法，其中，所述凸部的高度设成为所述半固化片的片材的1层量的高度。

3.根据权利要求1所述的复合材料成形方法，其中，所述凸部的高度和所述凸部的横截面宽度分别设为125μm以上、150μm以下。

4.根据权利要求1所述的复合材料成形方法，其中，所述凸部的长度方向的长度设为10m以下。

5.一种复合材料成形方法，包括以下步骤：

制作具有用于插入光纤传感器的槽的半固化片的层叠体，所述半固化片是玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料固化前的原料；以及

通过对所述半固化片的层叠体进行固化，成形具有所述槽的所述玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料，

其中，通过在凸部的两侧以使纤维的长度方向成为所述凸部的长度方向的方式分别配置1层量或多层量的所述半固化片的片材，以使所述槽的长度方向成为所述半固化片的纤维的长度方向的方式，不通过切断所述纤维而形成所述槽，所述凸部设置于作为刚体的复合材料成形夹具的表面，用于形成所述槽。

6.根据权利要求5所述的复合材料成形方法，其中，形成具有为所述半固化片的片材的1层量的深度的槽。

7.根据权利要求5或6所述的复合材料成形方法，还包括以下步骤：

向在所述玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料上形成的所述槽中插入所述光纤传感器，并在所述槽与所述光纤传感器之间涂布粘合剂；以及

通过使所述粘合剂固化来制造与所述光纤传感器一体化的所述玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料。

8.根据权利要求5或6所述的复合材料成形方法，其中，将所述槽的长度方向上的两侧的端部中的至少一端设为深度和横截面宽度逐渐减少的形状。

9.一种超声波检查系统，包括：

超声波振子，其振荡超声波；

光纤传感器，其检测穿透由玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料构成的检查对象的检查区域的所述超声波和在所述检查区域反射的所述超声波的反射波中的至少一种，并输出检测信号；以及

信号处理系统，其根据来自所述光纤传感器的所述检测信号，检测所述检查区域中的缺陷，

其中，所述光纤传感器插入被设置在所述玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料的未被切断的纤维之间的槽，所述槽具有长度方向为纤维的长度方向的长度结构，

其中，通过在凸部的两侧以使纤维的长度方向成为所述凸部的长度方向的方式分别配置1层量或多层量的半固化片的片材，以使所述槽的长度方向成为所述半固化片的纤维的长度方向的方式，不通过切断所述纤维而形成所述槽，所述凸部设置于作为刚体的复合材料成形夹具的表面，用于形成所述槽。

10.一种超声波检查方法，包括以下步骤：

通过对具有槽的半固化片的层叠体进行固化，成形具有所述槽的玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料；

在所述玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料的所述槽中插入光纤传感器；以及

使用所述光纤传感器进行所述玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料的超声波检查，

其中，通过在凸部的两侧以使纤维的长度方向成为所述凸部的长度方向的方式分别配置1层量或多层量的所述半固化片的片材，而在所述半固化片的层叠体上形成所述槽，所述凸部设置于作为刚体的复合材料成形夹具的表面，用于形成所述槽。

11.根据权利要求10所述的超声波检查方法，其中，成形具有拥有与所述半固化片的片材的1层量的厚度对应的深度和横截面宽度的槽的玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料，将具有根据所述半固化片的片材的1层量的厚度选择的直径的光纤传感器插入到所述槽中。

12.一种航空器结构体，包括作为部件的根据权利要求9所述的超声波检查系统。

13.根据权利要求12所述的航空器结构体，其中，将所述光纤传感器配置在槽的内部中，所述槽设置在被接合的2个复合材料部件中的至少一个复合材料部件的接合面侧，所述2个复合材料部件分别由玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料构成。