Master's Thesis

Real commissioning of robotic welding for piece production

Final Thesis 5.04 MB Appendix 241.49 MB

Author of thesis: Ing. Damián Čišecký

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Mikuláš Szabari, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jan Vetiška, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis deals with the design, control and verification of a robotic welding workstation for piece production. The addressed task focuses on a tube-shaped workpiece, which is manually loaded by the operator and removed after the cycle is completed.
The solution includes an operator HMI used for entering input parameters, starting individual steps and monitoring the workstation status. The thesis proposes a data-driven principle
for preparing the welding cycle, in which trajectories are not created by manually teaching robot points, but by processing input data and parameters in a Beckhoff PLC using TwinCAT 3.
The generated parametric model is transferred to the KUKA robot controller, where it is processed and executed by a universal robot program. The execution includes workpiece positioning, laser-based detection of the weld area and local path correction before welding.
In addition, a simplified simulation branch in Process Simulate was created to verify the PLC sequence and OPC UA communication. The result of the thesis is a verified principle
for preparing and executing a robotic welding cycle based on input data, operator parameters and PLC control logic.

Keywords:

Robotic welding in piece production, real commissioning of a robotic workstation, parametric welding trajectory model, operator HMI, Beckhoff PLC, TwinCAT 3, KUKA robot,
laser-based weld area detection, local path correction, EtherCAT Bridge, Process Simulate, OPC UA.

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Prezentace: - Zadání a cíl práce - Problém kusové výroby - Cíl řešení - Pracoviště - Architektura řešení - Tvorba modelu v PLC - Přenos dat mezi PLC a KUKA - Co dělá KUKA po přijetí dat - Reálný cyklus + HMI - Virtuální zprovoznění v Process Simulate - Přínos a závěr Student seznámil členy komise s výsledky své práce a odpověděl na všechny otázky oponenta. Otázky členů komise: - Je řešena kolizní ochrana svařovacího hořáku? Zodpovězeno. - Úhel naklonění svařovaných dílů může být libovolný? Zodpovězeno. - Je u technologického cylku nějaké omezení z hlediska druhu materiálu? Zodpovězeno. - Jak je to řešeno když, přijde stejný díl znovu? Zodpovězeno. - Co si představit pod validací modelu? Zodpovězeno. - Je potřeba mít vstupní body pro svařování v přesnosti setin milimetru? Zodpovězeno. Student bez problémů odpověděl na otázky komise.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Production Machines, Systems and Robotics

Study programme

Production Machines, Systems and Robots (N-VSR-P)

Composition of Committee

Ing. Tomáš Marek, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Vetiška, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Vlček (člen)
doc. Ing., Dipl.-Ing Michal Holub, Ph.D., FEng. (předseda)
Ing. Rostislav Huzlík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Kolář, Ph.D. (místopředseda)

Supervisor’s report
Ing. Mikuláš Szabari, Ph.D.

Úkolem studenta bylo zprovoznit robotické svařování. Práce začíná dobře zpracovanou rešerší zahrnující vše podstatné z řešené oblasti a správně používá citace. Následuje návrh a popis řešeného pracoviště, který správně vymezuje řešenou problematiku. Práce je dále řešena sekvenčně v pořadí HMI, řízení pomocí PLC a operace robota KUKA. Zde student pečlivě zpracoval každou oblast a vytvořil funkční hardwarový i softwarový celek. Kladně hodnotím také možnosti operátora při nastavování parametrů a automatické výpočty. Konec práce je věnován zjednodušené simulaci reálného zprovoznění. Na závěr student svou práci zhodnocuje a uvádí konkrétní doporučení pro praxi. Výsledkem studentské práce je funkční reálné zprovoznění robotického svařovacího pracoviště.

Práce splnila všechny cíle zadání a hodnotím ji známkou A, výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jan Vetiška, Ph.D.

Předložená diplomová práce autora Damiána Čišeckého se zabývá návrhem, realizací a ověřením robotického svařovacího pracoviště pro kusovou výrobu. Řešená problematika je aktuální a významná zejména z hlediska požadavků na flexibilitu výroby. Cílem práce bylo navrhnout způsob řízení umožňující generování svařovacího cyklu na základě vstupních dat a parametrů a tento princip prakticky ověřit. Lze konstatovat, že práce stanovené cíle splňuje.

Teoretická část obsahuje kvalitně zpracovanou rešerši zaměřenou na robotické svařování, programování robotů i související oblasti automatizace. Autor prokazuje dobrou orientaci v problematice a vytváří vhodný základ pro praktickou část. Ta představuje hlavní přínos práce – návrh datově řízeného přístupu, kdy jsou trajektorie generovány na úrovni PLC pomocí parametrického modelu. Tento přístup je vhodně zvolen pro kusovou výrobu, kde je potřeba vysoké flexibility.

Velmi kladně hodnotím především reálné zprovoznění pracoviště, které potvrzuje správnost navrženého řešení i schopnost autora zvládnout komplexní úlohu zahrnující PLC, robota KUKA, svařovací technologii i senzoriku. Praktická implementace výrazně zvyšuje hodnotu práce. Celé řešení je navíc přehledně a systematicky popsáno, což usnadňuje jeho pochopení.

Po formální stránce se v práci vyskytuje několik technicky méně kvalitních obrázků (zejména obr. 3, 4 a 5), které snižují vizuální úroveň dokumentu. Tento nedostatek však nemá zásadní vliv na odbornou kvalitu práce.

Celkově lze práci hodnotit jako kvalitní a prakticky přínosnou. Autor prokázal schopnost samostatného řešení technického problému i jeho realizace v praxi. Diplomová práce splňuje požadavky kladené na tento typ prací a doporučuji ji k obhajobě s hodnocením A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. 1. Jaké jsou limity navrženého parametrického modelu při výrazně odlišné geometrii svařovaného dílu?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová