Wat is pick-and-place?
Pick-and-place is een geautomatiseerde handeling waarbij een robot, manipulator of plaatsingsmachine een object oppakt, verplaatst en met een vastgelegde positie en oriëntatie op een andere plek neerzet. De techniek is een van de meest voorkomende toepassingen in industriële automatisering: van het plaatsen van chipcomponenten op printplaten tot het verpakken van koekjes, het beladen van machines en het palletiseren van dozen. Binnen OT-omgevingen combineert een pick-and-place-cel motion control, machine vision, realtime besturing, functionele veiligheid en industriële communicatie.
🧠 Hoe werkt een pick-and-place-cyclus?
Elke pick-and-place-handeling doorloopt dezelfde keten van stappen. De snelheid van de totale cyclus bepaalt de capaciteit van de cel, en daarmee vaak de cyclustijd van de hele lijn.
| Stap | Wat gebeurt er | Typische techniek |
|---|---|---|
| 1. Detectie | Het object wordt gevonden op een band, in een tray of in een bak | Sensoren, camera’s, encoder van de transportband |
| 2. Lokalisatie | Positie (X/Y/Z) en rotatie worden bepaald | 2D- of 3D-vision, Vision AI |
| 3. Baanplanning | De controller berekent een botsingsvrij pad | Robotcontroller, RTOS |
| 4. Oppakken | De grijper pakt het object vast | Vacuüm, mechanische of magnetische grijper |
| 5. Verplaatsen | Snelle, gesynchroniseerde beweging | Servomotoren, encoders |
| 6. Plaatsen en loslaten | Neerzetten binnen de tolerantie, vacuüm afblazen | Pneumatiek, positiebewaking |
De servodrives regelen positie, snelheid en stroom in gecascadeerde regelkringen, meestal met P- en PI-regelaars en snelle encoderterugkoppeling.
Bij bewegende transportbanden volgt de robot het product tijdens het oppakken (conveyor tracking): een encoder op de band geeft continu de positie door, zodat de controller de robotbeweging met de band synchroniseert. Dat vraagt om lage latency en deterministisch gedrag van besturing en netwerk.
🦾 Welke robottypen worden gebruikt voor pick-and-place?
De keuze van het robottype hangt af van snelheid, gewicht, werkruimte en de vrijheidsgraden die de taak vraagt.
| Type | Kenmerk | Typische toepassing |
|---|---|---|
| Deltarobot | Drie lichte parallelle armen vanaf een vast frame, zeer hoge versnelling | Sorteren en verpakken van voedsel, snoep en farmaceutische producten |
| SCARA-robot | Stijf in verticale richting, meegaand in het horizontale vlak | Snelle assemblage, het steken van pennen in gaten, trays vullen |
| Knikarmrobot (6-assig) | Grote werkruimte, vrije oriëntatie | Machinebelading, palletiseren, zware delen |
| Portaal (cartesiaans) | Lineaire assen, groot werkgebied, zeer nauwkeurig | SMT-plaatsingsmachines, grote vlakke werkstukken |
| Cobot | Vermogens- en krachtbegrenzing, werkt naast mensen | Kleine series, mkb, eind-van-lijn verpakken |
De deltarobot werd begin jaren tachtig ontwikkeld door een team rond Reymond Clavel aan de EPFL in Lausanne, oorspronkelijk om pralines snel in verpakkingen te plaatsen. Demaurex nam in 1987 een licentie en ABB bracht in 1999 de FlexPicker op de markt. De SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) ontstond tussen 1978 en 1981 in een Japans consortium onder leiding van professor Hiroshi Makino van de Universiteit van Yamanashi; de eerste commerciële SCARA’s verschenen in 1981.
🔧 Welke grijpers en end-effectors zijn er?
De grijper, of end-effector, bepaalt hoe betrouwbaar een object wordt opgepakt en is vaak de meest onderschatte component van de cel.
- Vacuümgrijper - zuignappen met een venturi of vacuümpomp; ideaal voor dozen, folie, glas en platte delen. Een vacuümschakelaar bevestigt dat het product vastzit.
- Mechanische grijper - twee- of drievingergrijpers, pneumatisch of elektrisch aangedreven als actuator; geschikt voor vaste vormen en machinebelading.
- Magnetische grijper - elektro- of permanente magneten voor plaatstaal en metalen componenten.
- Soft gripper - flexibele vingers van siliconen voor kwetsbare producten zoals fruit, gebak en vlees.
- Adaptieve grijper - servogestuurde vingers die zich aanpassen aan verschillende vormen, nuttig bij high-mix productie.
De keuze hangt af van gewicht, vorm, materiaal, oppervlak, vereiste snelheid en hygiëne-eisen. In de voedingsindustrie wegen reinigbaarheid en materiaalkeuze zwaar mee.
🏭 Waar wordt pick-and-place toegepast?
| Sector | Toepassing | Kenmerk |
|---|---|---|
| Elektronica | Plaatsen van SMD-componenten op printplaten | Tienduizenden componenten per uur, nauwkeurigheid in micrometers |
| Voeding en dranken | Verpakken, sorteren, in trays leggen | Deltarobots, hygiënisch ontwerp |
| Farma | Blisters, flacons en spuiten hanteren | Validatie en traceerbaarheid |
| Automotive | Assemblage, machinebelading | Knikarmrobots voor zware delen en machinebelading |
| Logistiek | Orderpicking, depalletiseren, sorteren | Vision AI voor wisselende artikelen, koppeling met WMS |
In de elektronica-industrie is de pick-and-place machine een eigen machineklasse. Een moderne SMT-plaatser zoals de ASMPT SIPLACE TX haalt volgens de fabrikant tot circa 96.000 componenten per uur (cph) met een nauwkeurigheid van 25 µm bij 3σ, en plaatst componenten tot het formaat 0201 metrisch (0,2 × 0,1 mm). De norm IPC-9850 (2002, herzien als IPC-9850A in 2011) beschrijft hoe snelheid en nauwkeurigheid van zulke machines worden gemeten. Opgegeven cph-waarden gelden onder gunstige testcondities; in de praktijk ligt de werkelijke output vaak duidelijk lager.
In logistiek werkt pick-and-place samen met AGV’s, AMR’s en transportbanden. Artikelen worden herkend via barcodes of vision, en de robot ontvangt zijn orders van het magazijnbeheersysteem.
📏 Welke prestaties zijn typisch?
Fabrikanten specificeren prestaties met een paar vaste kengetallen. Herhaalnauwkeurigheid wordt gemeten volgens ISO 9283.
| Kengetal | Typische waarde | Toelichting |
|---|---|---|
| Herhaalnauwkeurigheid deltarobot | ca. 0,1 mm | ABB IRB 360: 0,1 mm |
| Herhaalnauwkeurigheid SCARA | enkele honderdsten mm | Kleine SCARA’s zitten aan de onderkant van de bandbreedte |
| Standaardcyclus 25/305/25 mm | 0,3–0,4 s | 25 mm omhoog, 305 mm opzij, 25 mm omlaag en terug |
| Picks per minuut deltarobot | 100 tot ruim 150 | Theoretisch tot circa 300 bij zeer lichte producten |
| SMT-plaatser | tienduizenden cph | Gemeten volgens IPC-9850 |
De 25/305/25-cyclus (ook wel Adept-cyclus) is de gangbare referentie om robotsnelheid te vergelijken. ABB geeft voor de IRB 360-1/1130 0,30 s bij 0,1 kg en 0,36 s bij 1 kg, inclusief 35 ms activeringstijd voor oppakken en voor loslaten. In een echte toepassing verlagen langere bewegingen, zwaardere producten en vision-wachttijden die snelheid; simuleer daarom altijd met een digital twin of een testopstelling.
📡 Hoe wordt een pick-and-place-cel geïntegreerd in de OT?
Een pick-and-place-cel communiceert op meerdere niveaus:
- Veldniveau - IO-Link voor grijpers en sensoren; ProfiNET, EtherCAT of IP voor realtime besturing van robot en drives.
- Celbesturing - een PLC coördineert band, robot, vision en veiligheid; Modbus TCP komt voor bij eenvoudige koppelingen.
- Bovenliggende systemen - OPC UA (met de companion specification OPC 40010-1 OPC UA for Robotics) en MQTT leveren status, alarmen en tellers aan SCADA, MES, een historian of een Unified Namespace.
Gestandaardiseerde machinetoestanden volgens PackML maken het eenvoudiger om de cel in een verpakkingslijn op te nemen en OEE te berekenen. Via edge computing, IIoT en industriële AI wordt pick-and-place onderdeel van Industrie 4.0: vision-modellen op basis van machine learning en AI herkennen ongesorteerde producten (bin picking) die met klassieke regels niet te vangen zijn.
🛡️ Welke veiligheidseisen gelden voor pick-and-place?
Een pick-and-place-cel bevat snel bewegende delen en valt onder de Machinerichtlijn 2006/42/EG, die vanaf 20 januari 2027 wordt vervangen door de Machineverordening (EU) 2023/1230. De integrator voert een risicobeoordeling uit en levert de CE-markering voor de complete cel.
| Norm | Onderwerp |
|---|---|
| ISO 12100 | Algemene principes voor risicobeoordeling en risicoreductie |
| ISO 10218-1 / -2:2025 | Veiligheid van de industriële robot en van de robotcel; neemt de cobot-eisen uit ISO/TS 15066 op |
| ISO 13849 | Veiligheidsgerelateerde besturingsdelen, uitgedrukt in Performance Level (PL) |
| IEC 62061 | Functionele veiligheid van machinebesturingen, uitgedrukt in SIL |
| IEC 61508 | Basisnorm voor functionele veiligheid van elektronische systemen |
| ISO 13855 | Veiligheidsafstanden tot beveiligingsinrichtingen |
| IEC 61496 | Elektrogevoelige beveiligingsinrichtingen, zoals lichtschermen |
Typische maatregelen zijn een noodstop, hekwerk met deurschakelaars, een lichtscherm of veiligheidslaserscanner bij de toevoer, snelheids- en positiebewaking in de robotcontroller en een safety PLC of veiligheidsrelais. Safety en compliance beginnen al bij het ontwerp van de cel, niet bij de oplevering.
🔐 Hoe beveiligt u een verbonden pick-and-place-cel?
Robotcontrollers, vision-pc’s en drives zijn netwerkapparaten met firmware, webinterfaces en vaak toegang op afstand voor de leverancier. Daarmee zijn ze onderdeel van uw cybersecurity-landschap.
| Risico | Mogelijk gevolg | Maatregel |
|---|---|---|
| Manipulatie van robotprogramma of parameters | Productiefouten, onveilige bewegingen | Wijzigingsbeheer, application whitelisting |
| Malware op vision- of HMI-pc | Stilstand van de lijn | Patchmanagement, hardening |
| Onbeveiligde leverancierstoegang | Ongeautoriseerde wijzigingen | Gecontroleerde remote access, Zero Trust |
| Aanvallen op het celnetwerk | Verlies van synchronisatie | Netwerksegmentatie, IDS |
| Gemanipuleerde firmware | Overname van de controller | secure boot, ondertekende updates |
Centrale logging van wijzigingen en inlogpogingen maakt incidenten herleidbaar. IEC 62443 is het kader voor zones, conduits en securityniveaus; de Machineverordening eist bovendien bescherming tegen corruptie van veiligheidsfuncties, en de Cyber Resilience Act legt securityeisen op aan producten met digitale elementen, met meldplichten vanaf 11 september 2026 en volledige toepassing vanaf 11 december 2027.
⚖️ Wat zijn de voordelen en uitdagingen van pick-and-place?
Automatisering van pick-and-place verhoogt de productiviteit en levert constante kwaliteit, omdat een robot dag en nacht dezelfde beweging herhaalt zonder vermoeidheid of handfouten. Medewerkers worden vrijgemaakt van eentonig en fysiek belastend werk, en de cel ondersteunt lean werken en high-mix productie doordat een nieuw product vaak alleen een ander programma of grijperwissel vraagt. Daar staan reële uitdagingen tegenover.
| Uitdaging | Waarom het lastig is | Aanpak |
|---|---|---|
| Integratie | Koppeling met bestaande OT-systemen, banden en PLC’s | Vroeg een interfacespecificatie en gestandaardiseerde toestanden vastleggen |
| Variabele producten | Wisselende vormen en glanzende of transparante oppervlakken bemoeilijken vision | Testen met echte productmonsters, 3D-vision of AI-modellen |
| Precisie-eisen | Kleine toleranties vragen nauwkeurige motion control | Juiste robotkeuze, stijve opbouw, kalibratie |
| Veiligheid en compliance | Strikte machineregelgeving | Risicobeoordeling vanaf het ontwerp |
| Cybersecurity | Toenemende connectiviteit van controllers en vision-pc’s | Segmentatie en beheer van leverancierstoegang |
| Onderhoud | Slijtage van zuignappen, grijpers en riemen | Periodieke kalibratie en preventief vervangen |
🧭 Hoe pakt u een pick-and-place-project aan?
- Analyseer het product - gewicht, afmetingen, variatie, oppervlak en hygiëne-eisen bepalen grijper en robottype.
- Bepaal de vereiste capaciteit - picks per minuut, beschikbare cyclustijd en reservecapaciteit voor storingen.
- Kies robot en grijper - vergelijk op 25/305/25-cyclustijd, herhaalnauwkeurigheid en draagvermogen.
- Simuleer de cel - controleer bereik, cyclustijd en botsingen in een digital twin.
- Voer de risicobeoordeling uit - volgens ISO 12100 en ISO 10218-2, en bepaal de vereiste PL of SIL.
- Ontwerp de OT-integratie - PLC, vision, netwerksegment en koppeling met MES of lean-gestuurde lijnbesturing.
- Test en neem in gebruik - FAT en SAT, validatie van veiligheidsfuncties, opleiding van operators.
In Nederland zie je deze aanpak terug bij voedingsmiddelenbedrijven die deltarobots in verpakkingslijnen inzetten, bij elektronicaproducenten met SMT-lijnen en bij distributiecentra die robotpicking combineren met mobiele robots. Veel mkb-bedrijven beginnen met een cobot voor eind-van-lijn verpakken, omdat de investering en de benodigde vloerruimte beperkt zijn.
❓ Veelgestelde vragen
Wat is het verschil tussen een pick-and-place-robot en een SMT-plaatsingsmachine?
Een pick-and-place-robot is een algemene robot, zoals een delta- of SCARA-robot, die uiteenlopende producten verplaatst. Een SMT-plaatsingsmachine is een gespecialiseerde portaalmachine die elektronische componenten van rollen en trays op printplaten zet. Beide voeren pick-and-place uit, maar de SMT-machine is geoptimaliseerd voor micrometernauwkeurigheid en tienduizenden componenten per uur.
Hoe snel is een pick-and-place-robot?
Een deltarobot doet de standaard 25/305/25-mm-cyclus in ongeveer 0,3 tot 0,4 seconde, wat neerkomt op meer dan 150 picks per minuut bij lichte producten. In echte toepassingen ligt de snelheid lager door langere afstanden, zwaardere producten en wachttijd op vision. Een simulatie of praktijktest geeft de werkelijke pick-and-place-capaciteit.
Waarom heeft pick-and-place machine vision nodig?
Machine vision vertelt de robot waar een product ligt en hoe het gedraaid is, zodat producten niet exact gepositioneerd hoeven aan te komen. Daarnaast controleert vision vaak de kwaliteit voordat het product wordt opgepakt. Zonder vision werkt pick-and-place alleen met vaste mallen of trays.
Welke norm geldt voor de veiligheid van een pick-and-place-robot?
Voor industriële robots is ISO 10218 de kernnorm: deel 1 voor de robot en deel 2 voor de robotcel, beide herzien in 2025. Daarnaast gelden ISO 12100 voor risicobeoordeling en ISO 13849 of IEC 62061 voor de veiligheidsfuncties. Het wettelijke kader is de Machinerichtlijn en vanaf 20 januari 2027 de Machineverordening.
Kan een cobot pick-and-place uitvoeren zonder hekwerk?
Een cobot kan pick-and-place zonder hekwerk uitvoeren als de risicobeoordeling van de complete toepassing aantoont dat dit veilig is. Vermogens- en krachtbegrenzing beperkt de gevolgen van een aanraking, maar een scherp product of zware last kan alsnog extra afscherming vereisen. Cobots zijn bovendien trager dan delta- of SCARA-robots.
Wat is bin picking?
Bin picking is een vorm van pick-and-place waarbij een robot ongesorteerde producten uit een bak pakt. Een 3D-camera en vision-software, vaak met machine learning, bepalen welk product bereikbaar is en waar de grijper het kan vastpakken. Bin picking is lastiger dan pick-and-place vanaf een band, omdat producten elkaar overlappen.
📌 Samengevat
Pick-and-place is de geautomatiseerde kernhandeling van oppakken, verplaatsen en nauwkeurig plaatsen, uitgevoerd door delta-, SCARA-, knikarm- of portaalrobots en gespecialiseerde SMT-machines.
Het succes van een pick-and-place-cel hangt af van de juiste combinatie van robottype, grijper, vision en motion control, met prestaties die u valideert met de 25/305/25-cyclus of IPC-9850. ISO 10218 en de Machineverordening bepalen de veiligheid, IEC 62443 en de Cyber Resilience Act de cybersecurity. Goed geïntegreerd via OPC UA, PackML en MES levert pick-and-place niet alleen snelheid en constante kwaliteit, maar ook de productiedata voor OEE en verdere optimalisatie.