专利名称：真空传感器应用和将传感器工件不可拆连接至主体部件的方法
技术领域：
本发明涉及结构健康状态监控(SHM)或真空传感器领域。具体而言，本发明涉及将传感器工件牢固连接至主体部件的方法，还涉及真空传感器。
背景技术：
DE 100 56 908 A1和US 5,571,410A均描述了使用激光辐射在部件内产生沟道状结构，接着通过在其上层加压或焊接膜来封闭所述结构的方法。
这两种方法分别提出用于产生沟道状结构的解决方案，所述结构用于在结构上执行“结构健康状态监控”的无故障和可再现的用途还不是确定无疑的。此外，从技术角度来看，没有采取真空传感器应用的有效实施。
发明内容
因此，可能需要对于真空传感器应用和不可拆开地连接真空传感器至主体部件表面的方法的特定改进的解决方案，例如可以利用本应用连续监控发现结构上接合处的裂纹。
该真空传感器应用可以利用根据本发明的示例性实施方案以有效方式实施并且不需进行额外的重复工作，目的在于实现用于在结构上执行“结构健康状态监控”的无故障和可再现的用途。
相信根据权利要求1、15、47和48的特征，可以提供改进的传感器或方法，相信所述传感器或方法可满足上述要求。这些措施的有利改进和发展在其它权利要求中具体说明。
本发明涉及用于执行“结构健康状态监控”的真空传感器应用和不可拆连接传感器工件至主体部件的方法。具体说明真空传感器应用及其实施方法，即使用真空传感器来在“试样”、“部件”和“全范围”测试项目的机械测试以及结构上的“结构健康状态监控(SHM)”过程中实现真空传感器技术的可靠和可再现应用，以便监控在连接处发现裂纹的效果，例如在飞机运行时。该真空传感器应用将能够以有效方式实施，而不需要在任意过程中的额外的二次加工劳动，所述应用保证无故障和可再现用途，这受到广泛改进粘合性能的结构监控真空传感器的协助。
将利用附图，参照示例性实施方案详细描述本发明，其中图1示出真空传感器排列的截面图；图2a示出根据本发明示例性实施方案的单个传感器工件的纵截面图；图2b示出根据图1的具有根据本发明示例性实施方案的层压在传感器接触表面上的接触粘合剂的传感器工件；图2c示出根据图2b的具有根据本发明示例性实施方案的移除的沟道的粘合剂层压传感器工件；图2d示出具有根据本发明示例性实施方案的根据图2c的移除沟道构造的位于主体部件上的粘合剂层压传感器工件；图3示出具有根据本发明示例性实施方案不同类型的移除沟道排列的根据图2b的粘合剂层压传感器工件；图4示出具有根据本发明示例性实施方案不同类型的移除沟道的改进排列的根据图2b的粘合剂层压传感器工件；具体实施方式
真空传感器对于在结构(结构表面)上寻找接合中的裂纹的应用可以利用如图1所示的方式来实现。首先，利用激光光刻法(laser lithography)，按照图1a、1b的图案将真空和空气沟道引入传感器工件(传感器材料)中，亦即引入传感器表面中。之后，将非交联粘合剂以喷涂法按照图1c图案施加至光刻表面。这样，用粘合剂将沟道(真空和空气沟道)填充至良好程度。由于在喷涂过程中涂布粘合剂，因此可以仅仅使用非交联的粘合剂。此外，利用光刻法涂布粘合剂限制粘合剂的最大层厚，因为否则将堵塞真空和空气沟道。图1d中示出粘接传感器至测试物体表面的粘合剂，尽管这可以仅在非限定的和非可再现的接触压力下进行。
在涂布阶段，在接合处以复合方式动态机械地装载真空传感器。在此，在传感器和测试项目表面之间的接合连接中经常发生真空和空气沟道的泄露和阻塞。泄露的发生可以回溯到a)接触粘合剂层厚过薄，这降低接触粘合剂与接合部件表面在发生负载下的动态粘接，b)非交联喷涂粘合剂蠕变趋势增加，c)非限定的和非可再现的接触压力导致接触粘合剂与接合部件表面的粘接弱化和不确定。阻塞是通过a)流入真空和空气沟道的非交联接触粘合剂和b)在传感器粘合剂粘接过程中在铆接力或过高的接触压力作用下已经存在于真空和空气沟道中的粘合剂而触发。
以下说明开始涉及表达不可拆开地接合传感器工件1至主体部件2的方法，其中传感器工件1位于主体部件表面区域3上。该传感器工件1倾向于在主体部件表面的限定区域内不可拆开地接合至主体部件2。示于图2a中的该传感器工件1由适合执行真空传感器的传感器功能的传感器材料组成。
一般来说，所提出的方法包括以下步骤。
因此，首先a)提出在已知为传感器工件1的传感器接触表面4上，层压粘合剂层5，如图2b所示，其平坦置于所述表面上。该粘合剂层5由(已经)交联的转移接触粘合剂组成，其具有限定的层厚。转移接触粘合剂本身可以从供货商处获得各种层厚的转移接触粘合剂，其提供在已知的转移辊上。根据另一步骤b)，通过采用已知的辐射方法例如利用激光光刻法，直接利用光束例如激光束，根据图2c的图案，已知为真空和/或空气沟道的多个沟道6的图案被转移至传感器工件1的粘合剂层压传感器接触表面4[在接触表面的粘合剂层压表面区域上]，所述激光束穿透粘合剂层5[亦即穿透转移接触粘合剂]，并(随后)引入传感器工件1中。在该过程中，移除这些沟道6的几何图案，以使其与引入传感器工件1的粘合剂层5的结构一致。这些所谓的沟道6被加工成侧面相互平行排列的前述传感器接触表面4，其通常具有一致的沟道截面，例如抛物线形状的截面，抛物线的开口终止在传感器接触表面4上。
然而，也可以想到将这些沟道6加工成具有不同几何构型和不同沟道截面的传感器工件1。也可以利用掩模以及在加工过程中利用将所需数目的光通道(激光束通道)引入至传感器接触表面4中或分别从传感器接触表面4中移除，而将沟道6的图案间接投影在传感器接触表面4(表面)上，这将在下文中详细说明。
之后，可以进行另一步骤c)，根据该步骤，具有粘合剂层压传感器接触表面4的传感器工件1排列在主体部件表面3的限定表面区域上。最后，进行步骤d)，根据该步骤，随后将机械作用的接触压力施加在两个接合部件上(传感器工件1和主体部件2)，利用该压力将粘合剂层压传感器接触表面4和主体部件表面区域3压在一起。
这通常可通过以下方法进行延伸说明。例如，提出在步骤b)之后接着进行步骤f)，具有粘合剂层压图案化传感器接触表面4的传感器工件1在干燥箱中经过已知的退火，结果转移接触区域和粘合剂层压传感器接触表面4(层压至后者)粘合力(均匀)最大化。(有利地)具有步骤f)的期望方法跟随在执行步骤c)之后。此外，推荐在步骤c)之前，对主体组件接触表面3进行粗和/或细清洗，因为不清洁(污染)的主体部件接触表面将肯定很难获得不可拆开地接合两个接合部件的优点，这在完成根据步骤d)的方法之后完成。此外，为了改善(最大化)转移接触粘合剂和粘合剂层压传感器接触表面4(与后者层压)之间所述的粘接，提出在步骤d)之前，以气密方式在一侧封闭沟道6并且将沟道6在另一侧连接至真空装置或真空泵，从而随后在沟道6中产生真空。因为对步骤d)的假设将在夹持装置(其围绕两个接合部件夹持)的帮助下完成，因此，如果同时使用夹持装置和真空装置，则利用夹持装置对两个接合部件的接触表面施压所产生接触压力8将增大，就所限定的真空(由真空装置产生)而言，将维持至少10分钟。
这些方法的其它有利的示例性实施方案和发展将加入前述方法中。例如，设想的是根据步骤a)，粘合剂层5具有限定的和恒定的层厚并层压在传感器接触表面4上。也将提及的是将在步骤a)之前将转移接触粘合剂从转移辊上铺展开。
只有在此之后才例如利用手动层压辊来完成粘合剂层5的层压(根据步骤a))，利用手动层压辊，在轻微压力下将粘合剂层5滚压在传感器工件1的一侧。使用该方法，目的是防止在传感器接触表面4和转移接触粘合剂之间产生气泡夹杂物。利用所述手动层压辊完成的层压操作应该用电动层压装置重复层压(正好根据步骤e))，其中将转移接触粘合剂从具有限定滚动速度的转移辊上展开至电动层压装置上，并且随后在限定的接触压力下滚压。根据该方法，可以确保在转移接触粘合剂和传感器接触表面4之间的均匀粘接。
还提出利用激光光刻法完成步骤b)。在此，利用来自可移动激光源的可控激光束直接将沟道6的几何图案转移至粘合剂层压传感器接触表面4上，所述图案引入具有三维伸展(几何视角)的一定构型的传感器工件1上。另外，也可以利用具有插入掩模的激光将沟道6的这些图案间接投影在粘合剂层压传感器接触表面4上，但这种工序尚未详细考虑。
单个沟道6的沟道截面(已知为真空或空气沟道)一般对应于旋转体的截面，其将直线终止于传感器工件1的传感器接触表面4。在此，所述沟道截面可具有抛物线或正方或长方形状，从传感器接触表面7中直线切除所述沟道截面，并且相互并排排列的沟道6排列成层状样式。在此，穿过转移粘合剂的激光束(在采用光刻法时使用)将从传感器工件1中光刻切除具有移除深度t的沟道6，这受到激光束强度和激光源的移动速度的影响，所述强度由发射激光束的激光源调节。激光源在三维空间中移动(亦即在笛卡尔坐标系的所有三个方向上)。此外，与可控激光束强度相关，因此还可通过重新调节激光源和/或将激光源带至粘合剂涂层的方法在传感器接触表面4上选择层压具有自由可选层厚的转移接触粘合剂。
此外，还加入利用夹持装置完成的步骤d)，该步骤通过外部夹持两个接合部件，将限定的接触压力8传递至接合部件的接触表面，所述接触表面的前表面相对，并且传递至在其间成层的粘合剂层5。在这种情况下，在传感器接触表面4上方的与传感器工件1的平坦接触也将负载均匀。
总之，可以具体说明用于不可拆开地将传感器工件1接合至主体部件2的方法，利用该方法，真空传感器的应用将可有利地得到实现。
所述方法主要包括以下步骤，根据该方法，首先，将交联转移接触粘合剂层压在传感器工件1(传感器材料)上(图2a、2b)。之后，利用激光光刻法，将沟道6(空气和/或真空沟道)引入位于粘合剂层5之下的传感器工件1的传感器材料中(图2c)。利用特殊的夹持方法使传感器(传感器工件1)接合至主体部件2的主体部件表面区域3或测试物体的表面，所述夹持方法可以是设计为传感器的传感器工件1以限定的接触压力平坦接触在主体部件2上(图2d)。本发明(有利地)适合持久和可再现地使用真空传感器在对“取样”、“组件”和“全范围”待测物体进行机械检测期间和在本文的飞机操作中的“结构健康状态监控”(SHM)中来探测裂纹。所提出的步骤使得真空传感器的粘接性能得到广泛改善，因此保证其无故障和可再现的使用。
使用所提出的方法，出现以下因果关系。
-转移过程可允许应用交联接触粘合剂。因为交联，因此可使接触粘合剂的蠕变倾向最小。
-转移接触粘合剂的恒定层厚可确保传感器和测试物体表面之间的粘合剂层的动态力学性能均一。
-由于粘合剂厚度可根据需要可变地选择，因此可以调节(优化)动态力学粘接意义上的粘合剂与接合部件表面之间的相互作用。
-由于接下来对粘合剂应用的激光光刻，导致再真空和空气沟道中很少有或基本没有粘合剂残留物。
-以限定的和可再现的接触压力粘接传感器的粘合剂可确保粘合剂和测试物体表面的粘接基本均匀和良好。
以这种方式应用传感器可防止真空和空气沟道在应用阶段发生泄露和阻塞。
总之，相信通过本方法获得改善的真空传感器粘接性能。通过真空传感器对接合处的裂纹检测应用中的新步骤，目的是“保证”传感器以无故障和可再现方式工作并具有长使用寿命。
此外，提出根据前述说明实施的真空传感器应用将更加详细地考虑。
将说明用于监控结构完整性，尤其是用于“结构健康状态监控”(如在专家圈子中所指和已知的)的真空传感器应用，其中传感器工件1位于主体部件2的主体部件表面区域3上。该传感器工件1不可拆卸地、无缝地或牢固地连接至所述主体部件2的主体部件表面的限定区域内。示于图2a的传感器工件1由适合执行真空传感器的传感器功能的传感器材料构成。
因此，如图2d所示，所述真空传感器的结构(一般来说)包括前述主体部件2，在其上传感器部件1位于平坦的主体部件表面区域3(平坦的主体部件表面)的限定区域内，其不可拆卸地接合至主体部件2。粘合剂层5层压在传感器工件1的平坦的传感器接触表面4上。该粘合剂层5在传感器接触表面4上均匀分布。此外，参照图2c，从图2d可见，多个沟道6的几何图案被引入到传感器工件1中(被移除)，按照引入粘合剂层压传感器工件1的粘合剂层5的结构来移除。这些沟道6以层状形式相互邻近排列。这是利用已知的辐射方法，优选利用激光光刻法，使用光束优选激光束来完成的。
自身示于图1的传感器工件1是箱型或层状的，箱型或立方体型(未分别示出)[如特定形状的箱子]与实际更为接近。
排列在传感器工件1下方的传感器接触表面4因此将具有长方或正方形状。根据图2c的图案，传感器工件1的传感器接触表面4涂覆有粘合剂层5。利用适合于该目的的工具将粘合剂层5施加于传感器接触表面4，能够粘附的粘合剂层5的表面是正方或长方形的，并基本与传感器接触表面4全等地层压。因此，所形成的层结构中传感器工件1的高度或箱型或立方体型传感器工件1的上下表面间的距离或以层状方式形成的传感器工件1的层厚例如大于粘合剂层5的层厚b。
回到前述的沟道6，还要说明的是单个沟道6具有的移除厚度受所述主体部件2的主体部件表面区域3的限制并延伸进入传感器工件1。
例如，可以从图2c和2d中得到具有均一外观的沟道6的一个实施方案。此类沟道6相对于传感器工件1的上或下表面垂直移除，如实例所示，传感器工件1为箱型，其沟道截面对应于抛物线截面(向下开口-朝向粘合剂层5)。这些示例的沟道的移除方向将发生在抛物线的横坐标方向上，这些示例的沟道6以移除厚度t移除，所述厚度t(已经)起始于前述能够粘附的层结构的粘合剂层5的暴露表面，并将终止于传感器工件1中横坐标上的抛物线开始处。
另一方面，具有不同几何构型和不同沟道截面的沟道6的实施方案可以加工到传感器工件1中并引导穿过粘合剂层5。在此，设想合适的沟道6，其几何构型(根据单个沟道6的图案)被加工到传感器工件1中，其具有非正方或长方形但相当于非圆柱形纵截面的沟道截面。此类传感器工件1将具有物理可变的沟道截面，其被加工到传感器工件1中。
另一方面，具有一致构型的沟道6被加工在传感器工件1中，具有一致的沟道截面。涉及根据图2c和2d的示例性图案的一个想得到的实施方案在执行具有抛物线截面形状的均匀沟道截面的情况下给出，其中抛物线开口穿过传感器接触表面4，终止于能够根据图2c图案粘附的前述层结构的粘合剂层5的表面处。
沟道6的另一示例性实施方案考虑以下事实，即单个沟道6的均匀沟道截面具有三角形截面形状，三角形的开口相对于由三角形的两条边封闭的角布置，终止于传感器接触表面4。在此，将考虑形成具有等边三角形构型的三角形截面形状。
此外，将适当考虑另一沟道6的实施方案，其一致的沟道截面具有梯形截面形状；梯形的开口布置在梯形上表面的对侧，将终止于传感器接触表面4处。
在总体产品中将考虑使这些沟道6的多个排列置于层结构中，并且这些沟道的排列通常具有一致的沟道截面，亦即真空传感器应用具有以下沟道结构，即所引入的沟道路线形成有平行于纵边或宽边的侧边或相对于层结构中全等设置的层横向延伸的侧边，而没有沟道交叉。
通常，如图2a-2d所示，形成平行于侧边或纵向或宽边的沟道路线，因为在这方面相对于与层结构中全等设置的层横向延伸所选择的沟道路线，其中有利的是没有任何沟道6的交叉，将肯定形成例外。
对于前述粘合剂层5，进一步增加的是一般均匀形成且优选以薄层厚b形成，这样粘合剂层5的层厚形成为薄层应用。
当然，粘合剂层5也可以形成为厚于所述薄层厚b的较厚层厚，只是之后，可能必须采取与所用粘合剂性能相关的其它特殊方法，所述性能例如其粘度、其流动特性、其温阻、该阻值与使用环境等方面相关。和/或在层排列置于所述主体组件2的平坦主体组件表面的限定位置区域内的位置处的其它局部预防措施，以防止粘合剂或其它不希望的沉积物或其它固体颗粒等进入沟道6中(为了清洁的目的，或分别确保所承诺的真空传感器应用的无故障和可再现操作模式)，因此防止打开的(自由的)沟道发生阻塞或污染。
粘合剂层5通常采用接触粘合剂，优选可以层压的转移接触粘合剂。选择通常称作“接触粘合剂”的粘合剂，因为接触时粘附以及在下文中没有考虑的其它类型的粘合剂考虑到其性能和技术实施可完全适合形成粘合剂层5，但不再详细讨论。
根据基于图2b-2d和3和4的实例，提出使用具有极低蠕变倾向的交联转移接触粘合剂来形成粘合剂层5。该转移接触粘合剂应该可以在传感器工件1(传感器工件1的传感器接触表面4)和主体部件2(主体部件2的主体部件表面区域3)之间进行粘接。这样，通过不可拆开的接合而在接合处实现两个接合部件(传感器工件1和主体部件2)的粘接增加。
粘合剂层5可以采用几乎没有蠕变趋向的交联转移接触粘合剂，其能够为传感器工件1的传感器接触表面4和主体部件2的主体部件表面区域3之间的接合部件中牢固和不受气候影响的粘接提供足够强的粘合。
转移接触粘合剂能够提高传感器接触表面4的接触表面处和主体部件表面区域3处的动态力学特性和均匀粘附特性，其粘附力(剥离测试)为20-50N/25mm。
转移接触粘合剂是一种可以被展开的粘合剂，其可以利用合适的助剂，从转移辊上展开并置于(沉积在)传感器工件1的平坦表面上或传感器工件1的底箱表面上。该粘合剂被限制为限定范围内的和恒定的层厚b，该层厚b适合不可拆开地接合至主体部件2的主体表面区域3，这是在作用于两个接合部件的限定的和可再现的接触压力的影响下完成的。提出使用丙烯酸酯接触粘合剂，其应该具有约25μm的层厚b。
前述传感器工件1的传感器材料涉及聚合物材料，优选使用聚酰亚胺。关于后者，提出使用已知为Kapton膜的材料，其膜厚为约125μm。
为了引入(移除)所有前述沟道6，更多使用激光束例如通过脉冲受激准分子束提供的激光束，以下将详述。使具有约400mJ脉冲能的受激准分子束对准粘合剂层压传感器工件1。
参照图2c和2d，为了移除抛物线(一致)沟道截面的沟道6，所述使用的受激准分子束优选垂直对准传感器接触表面4。在这种情况下，如果(根据需要)将移除例如均匀层压的不同构型(无论什么原因)的各种类型沟道，则受激准分子束也可以相对于传感器接触表面4不同的角度放置以对其攻击。认为冲角具体为-45°-+45°的角度范围，该角度将由激光束与传感器接触表面形成。
所用的粘合剂层5的转移粘合剂具有在透过的光束作用下、在转移粘合剂的层厚b的上方的光通道点处、按照光束的通道截面切除转移接触粘合剂的能力，由于无残余物的粘合剂的蒸发而没有微观粘合剂残留物。
同样关注的是对应于具有一致几何构型的这些沟道6的移除深度的沟道深度t形成为约100μm，其包含粘合剂层5的层厚b并且其由在传感器工件1中所移除的相关沟道6的深度所确定。
根据实例，在传感器工件1中所移除的相关沟道6的深度为75μm。
可见，真空传感器应用的用途主要是在材料涉及合适金属(通常是设计类型的)或金属层压体的主体部件2上。此外，在复合材料上的用途是现实的。还考虑的是将金属材料表面施加粘合底漆或墨层。该主体部件2，具体称作测试物体，视为必须通过合适的“结构健康状态监控”来监控，以便利用嵌有这些沟道(真空和空气沟道)的这些真空/空气传感器，例如基于飞机结构的不同类型材料，分别检测正常工作时间内飞机结构上的裂纹形成以及在进行飞机操作期间发现接合处的裂纹。
还要提及的是以下真空传感器应用实施方案不同于应该感兴趣的已有设计。后者符合两个进一步提出的结构应用，根据该结构应用，这两个“结构健康状态监控”的真空传感器应用的实施方案同样利用其上有传感器工件1的主体部件2来完成，粘合剂层5层压在传感器工件1的传感器接触表面4上，并且粘合剂层5被置于合适位置处以使其分布基本均匀，粘合剂层5位于平坦主体组件表面的限定区域中并且不可拆开地接合至主体部件2。
对于其它真空传感器应用的不同之处在于设置具有第一沟道截面A1和第一移除深度t1的例如抛物线外观的一致构型的多个第一沟道61的几何图案，以使其根据图3以层状形式相互邻近布置，并将具有第二(例如长方形)沟道截面A2和第二移除深度t2的例如长方形外观的一致构型的多个第二沟道62的几何图案引入到传感器工件1中。
在每一种情况下，沿垂直于传感器工件表面7的移除轴x移除第一和第二沟道61和62。该应用考虑的是第一移除深度t1大于第二移除深度t2。此外，还有形成第二沟道截面A2应使其大于第一沟道截面A1，引入粘合剂层压传感器工件1中的具有粘合剂层5结构的单个第二沟道62的几何图案沿所述移除轴x移除第三移除深度t3，该深度t3对应于粘合剂层5的厚度。
相信对于另一真空传感器应用的不同在于将具有一致构型的多个第一沟道61的几何图案引入传感器工件1中，形成第一沟道截面A1和第一移除深度t1，根据图4，所述第一沟道61以层状形式相互邻近平放排列，在每种情况下，第一沟道61沿垂直于传感器工件表面7的移除轴x移除。在每种情况下，单个第一沟道61的几何图案以步进方式移除，同时沿所述移除轴x将结构引入粘合剂层压传感器工件1中，形成对应于粘合剂层5的厚度的第三移除深度t3和第三沟道截面A3，第三移除深度t3小于或等于或大于第一移除深度t1，以及第三沟道截面A3大于第一沟道截面A1。
关于对于另一真空传感器应用的三个示例性实施方案，增加以下描述。如已经指出的，已知作为真空和/或空气沟道的多个沟道6、61和62的符合图2c的图案利用已知的辐射技术被转移至传感器材料1中，例如利用激光光刻法来移除粘合剂层5和传感器材料。通过蒸发粘合剂和传感器材料来进行材料移除。单个沟道的深度由激光辐射过程的重复次数控制。沟道的移除速度受激光束的移动速度、强度和聚焦的影响。刚才的宽度由激光束加工的重复次数、焦点直径以及激光束轨迹的同时平行偏移而确定。对于通过层移除和同时优化操作参数(进料速度、聚焦直径和强度)而得到的层而言，在沟道中没有微观污染物残留。
在具有沟道的传感器更高压缩负载的情况下，例如在监控属于结构的两块铆接金属板之间的裂纹时，推荐根据所用粘合剂的粘度，以前述方式移除向下直至传感器工件1的沟道两侧上的一些粘合剂。因此，粘合剂提供用于体积膨胀的额外空间，并且减小沟道截面缩小的风险。此外，在没有粘合剂的该工作区域中，与真空和空气沟道平行排列的额外沟道，具体是指第二沟道62或第三沟道(具有第三沟道截面A3和第三移除深度t3)，已知为保护沟道并被以前述方式加工在传感器工件1中。当传感器利用沟道进行更高压缩负载时，这些保护沟道提供用于粘合剂体积膨胀的额外空间，并且以此方式，抵消沟道截面被粘合剂降低的风险。
此外，作为可选方案，回到提出用于所述用途的元件材料及其性能(粘合剂、传感器和待测物体材料)和所用激光，这是相对于在一开始根据图2a-2b的真空传感器应用的(第一)实施方案而提出的。如果需要的话，也可将其转移至用于根据图3和4的真空传感器应用的实施方案。
关于可能实施的所述真空传感器应用，在典型实施方案的一开始，给出所有一般的具体步骤a)-d)的印象，所述步骤通过根据图2a-2b的开始的所述(第一)实施方案的实例说明。
此外，可从上述说明中得到对这些步骤(一般性说明)的可作为替代方案的改进。
在其还未完成的程度上，加入实施方案，所述实施方案还有可能是将沟道6的图案利用掩模以及各种利用所需数目的光通道(激光通道)来间接投影至传感器接触表面4上，所述光通道引入到传感器接触表面4中或者分别从传感器接触表面4中移除，但是在此将不进行详细描述。
之后，实施另一步骤c)，根据该步骤具有粘合剂层压传感器接触表面4的传感器工件1排列在主体部件表面区域3的限定区域中。最后，实施步骤d)，根据该步骤，随后在两个接合部件(传感器工件1和主体部件2)上施加机械作用接触压力8，由此将粘合剂层压传感器接触表面4和主体部件表面区域3压在一起。
该一般性说明可以通过根据本发明的其它实施方案的以下方法来拓展。例如，提出具有粘合剂层压传感器接触表面4的传感器工件1在干燥箱中进行已知的退火，因此转移接触粘合剂和粘合剂层压传感器接触表面4(层压在后者上)之间的(均匀)粘接最佳化。可以进行该区域3的主体部件的粗和/或细清洁，因为不清洁(污染)的主体部件接触表面3将肯定难以获得不可拆开地接合两个接合部件的优点。此外，为了改善(最佳化)所提及的转移接触粘合和粘合剂层压传感器接触表面4(层压在后者上)之间的粘接，提出如果合适的话，将沟道6以气密方式在一侧密闭，并且将沟道6在另一侧连接至真空装置，例如真空泵，使得在沟道6中产生真空。
因为可利用夹持装置(围绕两个接合部件夹持)来提供两个接合部件压缩的实施，因此通过夹持装置在两个接合部件的接触表面上施压所产生的接触压力8增大，同时应用夹持装置和真空装置直至所限定的真空度(由真空装置产生)，该压力应该保持至少10分钟。
还要注意的是从转移辊上展开转移接触粘合剂。只有在已经展开转移接触粘合剂之后，才实施层压粘合剂层5，例如使用手动层压辊，利用该辊将粘合剂层5在轻微压力下滚压在传感器工件1的一侧。利用该方法，目的是防止在传感器接触表面4和转移接触粘合剂之间产生气泡夹杂物。
利用所述手动层压辊实施的层压操作应该使用电动操作层压装置重复层压，其中将转移接触粘合剂从具有限定滚动速度的转移辊上展开至电动操作层压装置上，随后在限定的接触压力8下滚压。利用该方法，可以确保转移接触粘合剂和传感器接触表面4之间的均匀粘接。
沟道6的几何图案可从可移动激光源、利用可控激光束(受激准分子激光束)直接转移至传感器接触表面4上，所述激光束(几何角度观察)以三维延伸的构型引入传感器工件1中。另外，还可以将沟道6的图案利用插入的掩模、在激光辅助下间接投影至传感器工件表面4上，但是该过程未详细考虑。
单个沟道6(已知为真空或空气沟道)的横截面一般对应于将直线终止于传感器工件1的传感器接触表面4的旋转体的截面。在这种情况下，所述沟道截面理论上可形成为任意形状，非正方形或非长方形或抛物线形或梯形或优选正方形或长方形，所切除的沟道截面使得其沿直线(垂直)朝向传感器接触表面7或与传感器接触表面7形成合适的冲角。在此，激光束(当采用光刻法时使用)将从传感器工件1中光刻刻出沟道6，其移除深度t受激光束强度和激光源移动速度影响，激光束强度由发射激光束的激光源控制。激光源可在三维空间(亦即在笛卡儿坐标系的所有三个方向中)移动。此外，与可控激光束强度相关，因此还选择通过重新调节和/或将激光源带至粘合剂涂层来将具有自由可选择的层厚的转移接触粘合剂层压在传感器接触表面4上。
进一步增加的是利用夹持装置将两个接合部件压合在一起的动作，通过将两个接合部件外部夹持，而将确定的接触压力8转移至接合部件的接触表面上，接触部件的前表面相互面对，并且转移至在其间成层的粘合剂层5上。在此，在传感器接触表面4的上方均匀负载与传感器工件1的平坦接触。
本发明涉及根据权利要求1、15、46和47的前序部分的用于实施“结构健康状态监控”(SHM)的真空传感器应用以及用于不可拆开地接合传感器工件至主体部件的方法。真空传感器应用及其实施方法具体采用实施结构上的“结构健康状态监控”来具体说明，以便监控在接合处发现裂纹的动作，例如在飞机操作中，所述应用可以通过有效方式实施而不进行额外的返工劳动。
用于结构健康状态监控的真空传感器应用具有主体部件，在其上有传感器工件，粘合剂层层压在传感器工件的平坦传感器接触表面上并在其上均匀分布，传感器工件位于平坦的主体部件表面的限定区域中并不可拆开地接合至主体部件。以层状方式相互邻近排列的多个沟道的几何图案引入传感器工件中，并与引入到粘合剂层压传感器工件的粘合剂层的结构一起全等移除。
应该注意的是术语“包括”不排除其它要素或步骤。同样，在不同实施方案中描述的相关要素可以组合。
还应该注意的是权利要求书中的附图标记不应理解为对权利要求范围的限制。
附图标记列表1 传感器工件2 主体部件3 主体部件表面区域4 传感器接触表面5 粘合剂层；转移粘合剂6 沟道61 第一沟道62 第二沟道7 传感器工件表面8 接触压力a 层厚b 层厚A1 第一沟道截面A2 第二沟道截面t 移除深度t1 第一移除深度t2 第二移除深度t3 第三移除深度
权利要求
1.将传感器工件牢固接合至主体部件的方法，其中包含传感器材料的传感器工件(1)位于主体部件(2)的主体部件表面区域(3)上并牢固接合至主体部件，该方法包括以下步骤a)首先，将由交联转移接触粘合剂提供的粘合剂层(5)层压至传感器工件(1)的传感器接触表面(4)；b)接着，利用已知的辐射方法，使以层状方式排列的多个沟道(6)的几何图案通过穿透转移接触粘合剂的光束转移至传感器接触表面(4)，随后将其引入到传感器工件(1)中，并且在该过程中，与引入到传感器工件(1)中的粘合剂层(5)的结构一起全等移除；c)随后，将粘合剂层压图案化的传感器接触表面(4)排列在主体部件表面(3)的限定表面区域上；和d)随后，在两个接合部件上施加机械压力，由此使粘合剂层压图案化的传感器接触表面(4)与主体部件表面区域(3)压在一起。
2.权利要求1所述的方法，其中根据步骤a)，使层压在传感器接触表面(4)上的粘合剂层(5)具有限定的恒定层厚。
3.权利要求1和2所述的方法，其中在步骤a)之前，从转移辊上铺展转移接触粘合剂，供应至手动层压辊，使得在此之后，利用所述手动层压辊实施粘合剂层(5)的层压，利用所述手动层压辊在轻微的接触压力下将粘合剂层(5)滚压在传感器工件(1)的一侧，使得防止在传感器接触表面(4)和转移接触粘合剂之间产生气泡夹杂物。
4.权利要求3所述的方法，其中采用步骤e)利用电动层压装置重复层压操作，其中以限定的滚动速度从转移膜上铺展转移接触粘合剂至电动层压装置，并且随后在限定的接触压力(8)下滚压，使得实现在转移接触粘合剂和传感器接触表面(4)之间的基本均匀的粘合。
5.权利要求4所述的方法，其中采用随后的步骤f)，将具有粘合剂层压图案化的传感器接触表面(4)的传感器工件(1)随后在干燥箱中进行退火，通过该步骤使得粘合最佳化。
6.权利要求1所述的方法，其中步骤b)是利用激光光刻法来进行的，使得利用可控激光束直接从可移动激光源将多个沟道(6)的几何图案转移至粘合剂层压的传感器接触表面(4)，并将所述几何图案三维引入到传感器工件(1)中，或利用插入掩模来间接投影至粘合剂层压传感器接触表面(4)上。
7.权利要求6所述的方法，其中转移将对应于真空和/或空气沟道的所述沟道(6)的几何图案。
8.权利要求7所述的方法，其中多个沟道的各个沟道的截面通常对应于直线终止于传感器接触表面(4)的旋转体的截面，所述截面优选形成为抛物线形状，所述抛物线朝向传感器接触表面(4)开口，或形成为正方形或长方形形状，所述沟道截面从传感器接触表面(7)上切除以直线延伸；其中多个沟道由真空沟道和空气沟道的至少一个组成。
9.权利要求6所述的方法，其中穿过转移接触粘合剂并深入传感器工件(1)的激光束的移除深度(t)根据其强度和激光源的移动速度而变化。
10.权利要求2或6所述的方法，其中激光源三维移动，并且通过将激光源导向粘合剂涂层和/或将激光源带至粘合剂涂层，从而将转移接触粘合剂以自由可选择的层厚层压至传感器接触表面(4)上。
11.权利要求1所述的方法，其中在步骤c)之前，对主体部件表面区域(3)进行粗和/或细清洁。
12.权利要求1所述的方法，其中步骤d)是利用夹持装置通过外部夹持所述两个连接部件来进行的，将限定的接触压力(8)转移至前表面相互相对的各连接部件的接触表面，并转移至在其间成层的粘合剂层(5)，使得传感器工件(1)的平坦接触均匀地加载在其接触表面(4)上。
13.权利要求1所述的方法，其中在步骤d)之前，在一侧以气密方式封闭多个沟道，而在另一侧将其连接至真空装置，随后在多个沟道内产生真空。
14.权利要求12或13所述的方法，其中利用夹持装置和真空装置，将接触压力(8)提高至限定的真空度，保持至少10分钟。
15.用于结构健康状态监控的真空传感器，包括主体部件(2)，其中传感器工件(1)位于主体部件的平坦表面区域的限定区域内并牢固连接至主体部件(2)，该传感器工件提供有层压在传感器工件(1)的平坦接触表面(4)上的粘合剂层(5)，所述粘合剂层(5)排列在接触表面(4)上使得基本均匀分布，其中以层状方式相互邻近排列的多个沟道(6)的几何图案被引入到传感器工件(1)中并与引入到粘合剂层压传感器工件(1)中的粘合剂层(5)的结构一起全等移除。
16.权利要求15所述的真空传感器，其中多个沟道(6)的各沟道形成有移除深度(t)，所述移除深度(t)受主体部件(2)的主体部件表面区域(3)的限制并延伸进入传感器工件(1)中。
17.权利要求15所述的真空传感器，其中多个沟道(6)以不同种类的几何构型和不同的沟道截面加工至传感器工作站(1)中。
18.权利要求15所述的真空传感器，其中多个沟道(6)以基本一致的几何构型并以基本一致的沟道截面加工至传感器工件(1)中。
19.权利要求18所述的真空传感器，其中基本一致的沟道截面形成有抛物线截面形状，所述抛物线的开口终止于传感器工件(1)的接触表面(4)。
20.权利要求18所述的真空传感器，其中基本一致的沟道截面形成有三角形截面形状，与该三角形的两条边所形成的角相对布置的三角形开口终止于传感器工件(1)的接触表面(4)。
21.权利要求20所述的真空传感器，其中三角形截面形状以等边三角形构型实施。
22.权利要求15所述的真空传感器，其中基本一致的沟道截面形成有梯形截面形状，与该梯形上表面相对布置的梯形开口终止于传感器工件(1)的接触表面(4)。
23.权利要求17或18所述的真空传感器，其中多个沟道的各沟道的几何构型以与非圆柱形纵截面相当的非正方形或非长方形沟道横截面加工至传感器工件(1)中。
24.权利要求23所述的真空传感器，其中三维可变沟道截面被加工至传感器工件(1)中。
25.权利要求15所述的真空传感器，其中从传感器工件(1)和粘合剂层(5)中全等移除的多个沟道(6)通过利用已知的辐射方法、优选借助于激光光刻法，通过利用光束、优选激光束来形成。
26.权利要求15所述的真空传感器，其中通过利用传感器工件(1)和粘合剂层(5)，所述传感器工件(1)为箱型或层状并且其传感器接触表面(4)为正方形或长方形，所述粘合剂层(5)的粘合表面为正方形或长方形并且与传感器工件(1)的接触表面(4)几乎全等地成层，从而形成传感器工件(1)的第一层厚(a)大于粘合剂层(5)的第二层厚(b)的层结构。
27.权利要求25或26所述的真空传感器，其中考虑具有如下沟道结构的多个沟道(6)的排列，根据所述沟道结构，使多个沟道(6)的各沟道的路线形成有基本平行的侧边或者纵边或宽边，或者相对于层结构中全等设置的层横向延伸，而没有沟道交叉。
28.权利要求26所述的真空传感器，其中粘合剂层(5)基本均匀地形成，并具有小的层厚(b)。
29.权利要求28所述的真空传感器，其中粘合剂层(5)的第二层厚(b)利用薄层施加来完成。
30.权利要求28所述的真空传感器，其中粘合剂层(5)利用接触粘合剂、优选可以层压的转移接触粘合剂来完成。
31.权利要求30所述的真空传感器，其中粘合剂层(5)利用具有低蠕变倾向的交联转移接触粘合剂来完成，其能够在传感器工件(1)的接触表面(4)和主体部件(2)的主体部件表面区域(3)之间实施粘合。
32.权利要求30和31所述的真空传感器，其中所述转移接触粘合剂适合提高传感器接触表面(4)和主体部件表面区域(3)的接触表面上的动态力学性能和均匀粘合性能，其粘合力为20-50N/25mm。
33.权利要求15和30-32所述的真空传感器，其中所述转移接触粘合剂是可以从转移辊上铺展的、具有限定和恒定的第二层厚(b)的粘合剂，其适合于不可拆开地接合至主体部件(2)的主体部件表面区域(3)，这是在限定的和可再现的作用在两个连接部件上的接触压力的影响下完成的。
34.权利要求28和30所述的真空传感器，其中所述接触粘合剂优选是丙烯酸酯接触粘合剂，其以约25μm的第二层厚(b)使用。
35.权利要求31所述的真空传感器，其中传感器工件(1)的传感器材料是聚合物材料。
36.权利要求35所述的真空传感器，其中所述聚合物材料优选采用聚酰亚胺来实施。
37.权利要求36所述的真空传感器，其中所述聚酰胺是Kapton膜，其膜厚为约125μm。
38.权利要求25所述的真空传感器，其中所用激光束是脉冲受激准分子激光束，其以400mJ的脉冲能对准粘合剂层压的传感器工件(1)。
39.权利要求38所述的真空传感器，其中激光束以不同冲角设置在传感器接触表面(4)上，优选垂直设置在传感器接触表面(4)上。
40.权利要求39所述的真空传感器，其中冲角基于激光束与接触表面(4)所形成的从-45°至+45°的角度范围。
41.权利要求15、25或30所述的真空传感器，其中粘合剂层(5)的转移粘合剂具有在穿透光束的影响下切除在转移粘合剂的第二层厚(b)上方的光通道点处的具有光束通道截面的转移接触粘合剂的能力，由于无残余物的粘合剂的蒸发而没有微观粘合剂残余物。
42.权利要求15、16或18所述的真空传感器，其中具有基本一致几何构型的那些沟道(6)的沟道深度与移除深度(t)相关，形成为约100μm，其包含粘合剂层(5)的层厚(b)并且取决于从传感器工件(1)中移除的相关沟道(6)的深度。
43.权利要求42所述的真空传感器，其中在传感器工件(1)中移除的相关沟道(6)的深度形成为75μm。
44.权利要求15所述的真空传感器，其中主体部件(2)的材料是合适的金属、金属层压体或复合材料。
45.权利要求44所述的真空传感器，其中金属工件的表面涂覆有粘合底漆或墨层。
46.权利要求15的真空传感器，其中所述真空传感器是真空传感器应用。
47.用于结构健康状态监控的真空传感器应用，包括主体部件(2)，在其上有传感器工件(1)，粘合剂层(5)层压在平坦的传感器接触表面(4)上，并置于其上使得均匀分布，传感器工件(1)位于平坦的主体部件表面的限定区域内并不可拆开地接合至主体部件(2)，其中将以层状方式相互邻近排列的具有基本一致构型的多个第一沟道(61)的几何图案和具有一致构型的多个第二沟道(62)的几何图案引入到传感器工件(1)中，其中第一沟道(61)具有第一沟道截面(A1)和第一移除深度(t1)，第二沟道(62)具有第二沟道截面(A2)和第二移除深度(t2)，在每种情况下，第一和第二沟道(61、62)沿基本垂直于传感器工件表面(8)的移除轴(x)移除，并且第一移除深度(t1)大于第二移除深度(t2)，第二沟道截面(A2)大于第一沟道截面(A2)，在具有将粘合剂层(5)引入到粘合剂层压传感器工件(1)中的结构的每种情况下，将单个第二沟道(62)的几何图案沿所述移除轴(x)以第三移除深度(t3)移除，所述第三移除深度(t3)对应于粘合剂层(5)的厚度。
48.用于结构健康状态监控的真空传感器应用，包括主体部件(2)，在其上有传感器工件(1)，粘合剂层(5)层压在平坦的传感器接触表面(4)上，并置于其上使得均匀分布，传感器工件(1)位于平坦的主体部件表面的限定区域内并不可拆开地接合至主体部件(2)，其中将以层状方式相互邻近排列的具有一致构型的多个第一沟道(61)的几何图案引入到传感器工件(1)中，其中第一沟道(61)具有第一沟道截面(A1)和第一移除深度(t1)，在每种情况下，第一沟道(61)沿垂直于传感器工件表面(8)的移除轴(x)移除，在具有引入到粘合剂层压传感器工件(1)中的结构的每种情况下，将单个第一沟道(61)的几何图案以步进方式沿所述移除轴(x)按照第三移除深度(t3)和第三沟道截面(A3)进行移除，所述第三移除深度(t3)对应于粘合剂层(5)的厚度，第三移除深度(t3)小于或等于或大于第一移除深度(t1)，并且第三沟道截面(A3)大于第一沟道截面(A1)。
全文摘要
真空传感器应用和将传感器工件牢固接合至主体部件的方法，其中a)首先，将由交联转移接触粘合剂提供的粘合剂层层压至传感器工件的传感器接触表面；b)接着，利用已知的辐射方法，使以层状方式排列的多个沟道的几何图案通过穿透转移接触粘合剂的光束转移至传感器接触表面，随后将其引入到传感器工件中，并且在该过程中，与引入到传感器工件中的粘合剂层的结构一起全等移除；c)随后将粘合剂层压图案化的传感器接触表面排列在主体部件表面的限定表面区域上；d)然后，在两个接合部件上施加机械压力，由此使粘合剂层压图案化的传感器接触表面与主体部件表面区域(3)压在一起。
文档编号B29C65/00GK1894574SQ200480037059
公开日2007年1月10日 申请日期2004年12月10日 优先权日2003年12月12日
发明者克莱门斯·博肯海默, 海纳·施特迈尔 申请人:空中客车德国有限公司