技術紹介

ACFM による台車枠検査技術の開発 その 2
大 黒 光 喜 ****Kouki

大津山 澄明 ***Sumiaki Ohtsuyama

Daikoku

小林Makoto

坂本
Hiroshi

Mitsugu

誠 ****

Kobayashi

藤原博 ****

貢 *****
Fujiwara

武 藤 行 伸 *****
Yukinobumuto

養 祖 次 郎 *****

Sakamoto

JiroYohso

現在、鉄道車両用台車枠の溶接継手部検査は定期的に磁粉探傷検査（MT）が適用されている。
しかし MT では、塗膜剥離作業による作業者への負担が大きいことのほか、き裂判定の個人差によるバラツキが生じることや紙による検査記録管理の煩雑さを伴う。これらを解決するために塗膜上から表面開口き裂の検出が可能である ACFM（Alternating Current Field Measurement method= 交流電磁場測定法）法を適用し、フィルター処理による自動欠陥判定および検査結果の電子管理を可能とした台車枠検査技術を開発した。

キーワード：ACFM、台車枠、表面開口き裂、交流磁場測定法、磁気シールドから得られた課題に対する改良結果を紹介する。
１．はじめに前報（ No.35

２．開発課題および目的2006/４）では、西日本旅客鉄道（株）ならびに（財）鉄道総合技術研究所と石川島検鉄道事業者は、国土交通省省令にもとづき、図査計測（株）で開発した ACFM（Alternating Current

１に示す鉄道車両台車枠の溶接止端部のうち指定

Field Measurement method= 交流電磁場測定法）のした探傷部位について表面開口き裂の有無を確認原理および平成 16 年度までに開発した鉄道車両台し、使用上の安全性を保っている。
この非破壊検査には主に磁粉探傷検査を適用し車枠検査装置の開発経緯について紹介した。
本報では、平成 17 年度の開発内容として、平成ているが、探傷部位の塗膜をはがすときに粉塵や16 年度に西日本旅客鉄道（株）の工場での試験結果衝撃などが生じるので 3K 作業になっており、き＊＊＊＊ ＊
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検査事業部 技術部 NDE 技術グループ
西日本旅客鉄道株式会社 鉄道本部 技術部
株式会社ジェイアール西日本テクノス出向（西日本旅客鉄道株式会社）
財団法人鉄道総合技術研究所 車両構造技術研究部（車両強度）
株式会社 TESS 出向（財団法人鉄道総合技術研究所）―

17―

IIC REVIEW/2006/10. No.36

横ハリと側ハリの溶接部
つなぎハリと横ハリの溶接部

左右動ダンパーとつなぎハリの溶接部牽引装置と横ハリの溶接部

基礎ブレーキ吊り受け台と横ハリの溶接部

図 1 鉄道車両台車枠主要検査部位

熟練度を緩和する（3）検査結果の電子データ化により履歴管理を実現する
３．き裂検出能力の目標
平成 13 年国土交通省の台車枠検査マニュアルにもとづき、定期検査の間隔である 60 万 km を走行しても長さ 40 mm に至らない初期き裂長さ 10 mm
図２の検出を目標として開発した。図３に、き裂の走き裂を示す磁粉模様

行距離に対する進展速度のシミュレーション結果
裂の有無の判断にしても図２に示すように磁粉模の例を示す。

様の見方には十分な経験が求められ、個人差が生ずる。また、検査結果も紙に記録

これらの課題を解決するため、以下のことを目的として ACFM 法を用いた台車枠探傷技術を開発し初期き裂長さ40mm

21.1mm
き裂長さ（ミリ）という課題がある。

側はり部のき裂進展シミュレーション（抜粋）150

しているので履歴管理がしづらい

初期き裂長さ30mm

100

初期き裂長さ20mm

50 䚭㻗㻓㼐㼐
初期き裂長さ10mmた。
（1）塗膜上から表面開口き裂を発0

初期き裂長さ 5mm

020

見し、3K 作業をなくす（2）き裂の有無を容易に判断でき、

406080走行距離（万キロ）

図３―

き裂長さと走行距離の関係の試算結果と検出目標

18―

車両台車枠検査装置の改良を実施した。
４．ACFM 法の原理

5.1

ACFM 法は、図 4 に示すように、分布が均一で平成 16 年度の確認試験結果から得られた課題

平成 16 年度の工場での確認試験結果から挙がっ

平行な誘導電流を探傷面に流し、表面に開口したた課題を以下に示す。

き裂のまわりで生じた磁場の変化を、方向が異な（1）検査時間の短縮

る 2 つのコイルでとらえ、そのときの波形を「き（2）リフトオフ以外のノイズ発生条件と対策

裂信号」とする非破壊検査法であり、近年英国で（3）ベクトル積のしきい値の検証発明された手法である。

（4）磁粉探傷検査とのき裂検出能力の比較
5.2

Bx 信号（き裂底部の磁場成分）

検査時間の短縮

平成 16 年度の工場の確認試験における ACFM 検

Bx信号 深さ方向の波形

査は、磁粉探傷検査と比較して検査装置の大きさ
Bx コイル

き裂誘導電流や作業の慣れなどから検査時間を長く要していBx 磁場

Bz磁場た。そこで、装置の小型化やき裂判定時間の短縮な

Bz信号 長さ方向の波形

どの作業性を向上させるための改良を実施した。
Bzコイル（1）装置の小型化
図５に示すように、平成 16 年度の試作機で大Bz信号（き裂両端部の磁場成分）の図４半を占めていたタッチパネルモニターとパソコ

ACFM 法のき裂検出原理とき裂信号の例

ンを小型化し、図６に示すような小型の装置構成とした。また、台車枠検査時に AC100 V 電源
５．鉄道車両台車枠検査装置の改良

ケーブルを引き回すことがないように全てバッ

平成 16 年度西日本旅客鉄道（株）の工場での確認テリー駆動とし、図７に示すように携帯性およ試験結果から得られた課題を解決するために鉄道び作業性を向上させた。
図６ 平成 17 年度

台車枠用

ＡＣＦＭ検査装置の構成

図７ 台車枠検査時の様子

図５ 平成 16 年度 台車枠用
ACFM検査装置試作機―

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（2）判定時間の短縮

改良し、直交走査で得られた信号も平行走査同従来の ACFM 検査装置では、図 8 に示すよう様の出力波形として、き裂の判定を容易にするにプローブの向きがき裂に対して平行走査と直ことで判定時間の短縮を図った。このときの波交走査とで探傷波形が異なり、き裂の判定に熟形変換処理アルゴリズムを図 9 に、確認結果の練が必要となる場合があった。しかし、いずれ例を図 10 に示す。

もき裂信号であることから探傷プログラムを

Bx

Bx

Bz

Bz

ACFMプローブ
走査方向
き裂処理

処理

Bx

Bx

Bx

Bz

Bz

Bx

Bz

Bz

ACFM出力波形（1）平行走査と探傷波形

図８

直交走査

ACFM出力波形

平行走査（2）直行走査と探傷波形

き裂の方向と波形

図９

波形変換処理アルゴリズム

波形変換後

波形変換前

図 10

直交走査波形処理前後の波形の比較例―20―

（3）プローブ

以上の改良により、ACFM 検査に要する時間を

平成 16 年度は、き裂長さを正確に測定するた

平成16年度の試験と比較して50％程度短縮できた。

めにエンコーダーをプローブに装着させ、試験5.3を実施していた。しかし、プローブにエンコー

リフトオフ以外のノイズ発生条件と対策ダーを装着することによりプローブ廻りが大き平成 16 年度の試験結果では、ノイズ対策用のフくなり、検査部位を適切な走査および検査する

ィルター処理でも除去が困難なノイズ信号が発生ことが困難であった。そこで、プローブの走査するケースがあった。このため、発生要因を模擬速度を適正に管理し、き裂有無の判定に重点を試験体で確認したところ、図 11 に示すように周おき、エンコーダーを取り外すことにした。こ囲の構造物の形状変化によりノイズ信号が発生すの結果、平成 17 年度はプローブの走査性を改善ることがわかった。これは、図 12 に示すような、することができた。また、フィルター処理も従構造物の形状変化部分で急激な磁場の変化が生来の単位距離あたりのベクトル積フィルター処じ、それがノイズ信号として現れたものと考えら理から単位時間あたりのベクトル積フィルターれる。

処理に変更したが、同等のフィルター処理効果

この構造物の形状変化による磁場の影響を軽減が得られることを確認している。

させるために、プローブへの磁気シールドの適用

ノイズ信号

ノイズ信号発生部位

図 11

ノイズ信号発生部位およびノイズ信号構造部の変化部分

図 12

構造部の変化と磁場の変化―

21―

IIC REVIEW/2006/10. No.36

を試みた。磁気シールドを図 13 のようにプローmm 深さ 1 mm 以上のき裂が検出可能なフィルターブに装着して、磁気シールドの効果について確認しきい値を検証できた。

した結果を図 14 に示す。フラットな信号波形と

図 15 に走査速度とベクトル積値の関係を示すなり、図 11 で現れていたノイズ信号を低減・除去試験結果の例を示す。赤線で示したき裂のない試することが可能となった。

験体に塗膜のみを施した場合にノイズとして得ら5.4れたベクトル積値に対し、図中に青線で示したきベクトル積のしきい値の検証

平成 16 年度にフィルターしきい値の最適化を検裂を有した試験体に塗膜を施したもののベクトル討したが、平成 17 年度には磁気シールドの効果も値は高く、識別が可能である。特に塗膜厚さ 0.5含めて検証を行った。模擬試験体にて、塗膜厚さ、mm 以下の場合には、いずれの走査速度において磁気シールド厚さ、プローブ走査速度を変えて試もノイズとの識別が十分に可能であり、しきい値験を実施し、それらのベクトル積値から長さ 10の妥当性を検証できている。

磁気シールド適用部位

溶接部

図 13

磁気シールド適用

400

塗膜0mmき裂信号

350

塗膜0.3mmき裂信号

ベクトル積値

塗膜0.5mmき裂信号

300

塗膜1.0mmき裂信号

250

塗膜0mmノイズ信号
塗膜0.3mmノイズ信号200

塗膜0.5mmノイズ信号150

塗膜1.0mmノイズ信号
しきい値

100
5000204060

80

走査速度（mm/s）

図14 磁気シールド適用時の信号波形

図 15（図11に示す部位）

―

22―

検証結果例

5.5

き裂検出能力の磁粉探傷検査との比較

のき裂信号とノイズ信号のベクトル積を示してお平成 17 年 12 月から平成 18 年 3 月まで 16 台のボり、これに、今回の台車枠（最大塗膜厚は 0.3 mm

ルスタレス台車枠の 162 箇所について、塗膜をは程度）のき裂（30 mm）のき裂信号のベクトル積

がす前に ACFM 法で検査し、その後に塗膜をはがもプロットしている。

して磁粉探傷検査を行った。図 16 に ACFM 検査

試験片では長さ 8 〜 9 mm までのき裂信号がノイの状況を示す。その結果、両検査方法ともに１箇ズ信号と区別できること、台車枠の 30 mm のき裂所のき裂を検出して同等の評価が得られた。検出信号のベクトル積は試験片のき裂信号の場合とほされたき裂の部位と信号データを図 17、図 18 にぼ同等であることがわかる。平成 18 年度も継続し示す。き裂信号のベクトル積とき裂の大きさとのてデータを蓄積し、実証試験を継続していく予定

関係を整理したグラフを図 19 に示す。0.5 mm 厚である。なお、検出されたき裂は適切に補修され、の塗膜を施した試験片の人工き裂（3 〜 40 mm）

安全に使用されている。

DT33（103系）
横はり

側はり（溶接部）
長さ30mm

図 17 台車枠のき裂の概要

252015-510
1 13 25 37 49 61 73 85 97109121
サン プ リン グ数-105-150Bx信号
Bz信号-5-10-15ベクトル積値

1050Bｚ信号波高値

Bx信号波高値

図 16 ACFM 検査の状況-20-25-30

揺れ枕すり板受け

200
150
100500

1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121
サンプリング数

図 18

図 17 の台車枠のき裂の ACFM 検査の結果―

23―

IIC REVIEW/2006/10. No.36

1000
ベクトル積

７．今後について100

塗膜をはがさず容易にき裂を発見する新しい台
車枠探傷技術として ACFM 検査の基本技術は確立

人工き裂の信号

10しきい値
台車枠のき裂信号（DT33）したと考えるが、現場でのデータやそれによる実105101520253035績が少ないため、現在もデータを蓄積していると40ころである。今後も検証試験を続けて実用化およ試験片のき裂長さ[mm]び適用性拡大に努めていく。

図 19.試験片と台車枠のき裂信号のベクトル積

参考文献
６．まとめ

（1）「解説

鉄道に関する技術基準（車両編）」

平成 17 年度の開発成果を以下に示す。

（国土交通省鉄道局監・車両関係技術基準調（1）装置の小型化による携帯性の改善やプロー

査研究会編 2002）p.341

H13 検査告示 5 条のブの走査性の改善を計り、さらにアルゴリズ

解釈基準 6「台車枠の検査方法について」のムの改善によって判定時間を短縮すること

別紙第 3「台車枠検査マニュアル」の解説で、ACFM による検査時間を短縮できた。

（2）同 p.346「台車枠検査マニュアル」別添 2（2）構造物の形状変化部分で生じる急激な磁場（3）「溶接台車枠の強度と保守」（長瀬隆夫著の変化に伴うノイズ信号を、磁気シールドを友社版 1999）用いることで低減・除去が可能となった。

（4）大黒ほか（3）長さ 10 mm 深さ 1 mm のき裂を確実に検出

ACFM による台車枠検査技術の開発 ，IIC REVIEW/2006/4．No.35

するためのベクトル積フィルターのしきい値（5）特願 2006-169486（平成 18 年 6 月 20 日提出）を検証できた。
（4）開発した ACFM 法を、16 台のボルスタレス台車枠の 162 箇所に対して磁粉探傷試験と比較したが、両者ともに１箇所でき裂を検出し、同等の評価が得られることを確認した。

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研24―