Blaue Laser für automatisiertes organisches Laser-Jäten
Blauer Laser: Präzision für nachhaltige Landwirtschaft
Die ständig wachsende Weltbevölkerung treibt den Bedarf an intensiver Nahrungsmittelproduktion voran. Einer der Faktoren, die den Ertrag im Gartenbau einschränken, ist eine unwirksame Unkrautbekämpfung. Obwohl es Methoden gibt, die weit verbreitet sind, sind sie nicht unbedingt die besten Lösungen. Die weit verbreitete chemische Unkrautbekämpfung wirft Bedenken hinsichtlich der Lebensmittelsicherheit und der Umwelt auf, während die physische Unkrautbekämpfung den Ernteertrag verringern kann, indem sie die Pflanzen oder andere für sie nützliche Organismen beschädigt.
Hier kommt der Laser ins Spiel. In den letzten Jahrzehnten hat die Forschung bewiesen, dass die Laserbehandlung wirksam zur Unkrautbekämpfung eingesetzt werden kann. Und dank der jüngsten Entwicklungen im Bereich der künstlichen Intelligenz, des maschinellen Sehens und der Robotik wird die Laserentkrautung zu einer äußerst präzisen, organischen, hochautomatisierten und kostengünstigen Methode.
Aber diese Technologie ist noch recht neu und hat daher auch ihre Tücken. Die meisten davon sind auf die Verwendung von CO2-Lasern zurückzuführen, die das Unkraut erhitzen müssen, um seine Zellen zu beschädigen. Dies erfordert hohe optische Leistungen, und die daraus resultierende Hitze kann sich negativ auf die Pflanze auswirken. Um diese hohen Leistungen zu erreichen, benötigen CO2-Laser aufgrund ihres relativ geringen Wirkungsgrades viel Energie, was den Einsatz von Hochspannungsgeneratoren erfordert.
Häufig ist die landwirtschaftliche Umgebung trocken und weist viele trockene Pflanzenteile auf, was in Kombination mit der hohen Spannung die Brandgefahr erhöht. Hohe Energie bedeutet auch, dass viel Wärme abgeführt werden muss, weshalb CO2-Laser in der Regel Wasserkühlmodule benötigen. Dies und die Größe des CO2-Lasers machen das System ziemlich groß und schwer. All diese Nachteile zeigen, dass es notwendig ist, einen geeigneteren Lasertyp für diese Aufgabe zu wählen.
Hier kommt die moderne blaue Lasertechnologie ins Spiel.
Unser Auftrag
Wir glauben, dass der Erfolg unserer Kunden auch unser Erfolg ist. Deshalb entwickeln wir keine KI-Systeme, sondern spezialisieren uns auf den Bau zuverlässiger, leistungsstarker Laserhardware. Unser Schwerpunkt lag schon immer auf Qualität, Präzision und langfristigem Vertrauen. Dank unserer umfassenden Erfahrung in der Praxis und Partnerschaften mit über 7 Integratoren liefern wir echte, getestete Lösungen, die in der Landwirtschaft funktionieren - nicht nur in der Theorie.
Bei Opt Lasers verkaufen wir nicht nur Komponenten - wir entwickeln Ihr Entgitterungssystem mit. Unsere patentierte Technologie, unsere bewährte Integrationsunterstützung und unsere direkte Zusammenarbeit mit Herstellern machen uns zu mehr als nur einem Lieferanten. Wir sind Ihr Entwicklungspartner.
Ganz gleich, ob Sie einen Unkrautbekämpfungsroboter, eine autonome Plattform oder eine Agrartechnologielösung der nächsten Generation entwickeln - wir helfen Ihnen dabei, diese zur Einsatzreife zu bringen.
Lassen Sie uns gemeinsam etwas aufbauen
Praxiserprobte Leistung unter realen landwirtschaftlichen Bedingungen
Unsere blauen Diodenlasersysteme werden nicht nur im Labor getestet - sie werden von über 7 Integrationspartnern in ganz Europa aktiv im Feld getestet und eingesetzt. Von trockenen Umgebungen bis hin zu Gemüsebetrieben mit hoher Dichte hat unsere Technologie stets eine präzise, effiziente und sichere Unkrautbekämpfung ermöglicht.
Jeder Partner hat dazu beigetragen, unsere Systeme durch den praktischen Einsatz zu validieren und zu verfeinern. Wir arbeiten kontinuierlich an der Entwicklung neuer Generationen von Lasermodulen mit vollständig anpassbaren Konfigurationen, die auf Ihre Anwendung zugeschnitten sind - ganz gleich, ob es darum geht, die Geschwindigkeit zu erhöhen, die Unkrautvernichtungsrate zu verbessern oder den Wartungsaufwand zu reduzieren.
Unser Ingenieurteam arbeitet direkt mit OEMs und Automatisierungsunternehmen zusammen und berät sie nicht nur in Bezug auf das Lasersystem, sondern auch bei der Optimierung der Maschine selbst - vom Kühlungslayout bis hin zu den Abtastwinkeln und Steuersignalen. Wir unterstützen unsere Partner bei jedem Schritt der Produktentwicklung, vom Konzeptnachweis bis zur Markteinführung.
Lasertechnologien im Vergleich - Blau vs. IR vs. CO₂
Die nachstehende Tabelle zeigt einen Vergleich der verschiedenen Wellenlängen für die Laserentkrautung. Die Werte sind auf eine optische Ausgangsleistung von 320 W skaliert, es wird eine Flüssigkeitskühlung verwendet, und die Originalwerte wurden den Spezifikationen bestehender Produkte entnommen:
| Merkmal | 450 nm Blau (Das System von morgen) | 2000 nm IR | 10600 nm CO₂ |
|---|---|---|---|
| Wirkungsgrad (Netzstecker AC) | 19% | 12.3% | 11.2% |
| Optische Ausgangsleistung | 320 W | 320 W | 320 W |
| Gesamte Leistungsaufnahme des Systems (inkl. Kühlung) |
1700 W | 2600 W | 2870 W |
| Gewicht (Laser + Elektronik) | 14 kg | 48 kg | 18 kg |
| Gewicht mit Kühlung und Gehäuse | 44 kg | 88 kg | 118 kg |
| CO₂-Emissionen pro 100h Nutzung (700 g CO₂/kWh) |
119 kg | 182 kg | 200 kg |
| % der Durchlässigkeit für 1 mm Wasserschicht | 99.99% | 36.79% | 0% |
| Volumen der Laserquelle | 11 dm³ | 270 dm³ | 155 dm³ |
| Preis pro Watt | 37,5 EUR/W | 100 EUR/W | 20-50 EUR/W |
Mit ihrer unübertroffenen Wasserdurchlässigkeit, der hohen Effizienz, dem geringen Gewicht und der geringeren Umweltbelastung stellt die blaue Lasertechnologie die Zukunft der sicheren und skalierbaren Laserentkrautung dar.
Vergleich und Erläuterung des elektrischen Wirkungsgrads
Die Effizienz von Lasersystemen ist entscheidend für die Minimierung des Energieverbrauchs, die Senkung der Betriebskosten und die Gewährleistung einer zuverlässigen Leistung bei Feldanwendungen. Im Folgenden wird der elektrische Wirkungsgrad von 2000-nm-IR-, CO₂- und 450-nm-Blau-Lasersystemen verglichen:
2000-nm-IR-Laser: Ein 200-W-IR-Laser verbraucht typischerweise 1200 W an elektrischer Leistung, was einen reinen Laserwirkungsgrad von 17 % ergibt. Er benötigt jedoch auch einen Wasserkühler, der für eine Wärmeabfuhr von 1700 W ausgelegt ist und 600 W Leistung verbraucht. Unter Berücksichtigung der Kühlleistung (424 W) beträgt der endgültige Systemwirkungsgrad 12,3 %.
CO₂-Laser: Eine 130-W-CO₂-Laserröhre mit ihrem Netzteil verbraucht 860 W. Derselbe 1700-W-Kühler steuert weitere 303 W bei (basierend auf der proportionalen Last). Der resultierende Gesamtwirkungsgrad sinkt auf 11,2 %.
Blaue 450-nm-Laser (System von morgen): Ein blauer Laser mit 120 W Leistung verbraucht 356 W, verwendet Treiber mit einem Wirkungsgrad von 95 % und eine Luftkühlung von 62 W. Dies ergibt 120 / (356 / 0,95 + 62) ≈ 26,7 %. Bei Verwendung eines 48-V-Netzteils mit 91 % Wirkungsgrad beträgt der Gesamtwirkungsgrad des Systems 24,3 %. Bei 320-W-Konfigurationen mit Flüssigkeitskühlung kann der Wirkungsgrad auf etwa 19 % sinken, wobei die Gesamtsystemleistung 1800 W erreicht.
Tomorrow's System erreicht diese hohen Werte durch die hauseigene Entwicklung sowohl der Laserquellen als auch der entsprechenden Treiber. Im Gegensatz dazu arbeiten viele handelsübliche Treiber mit einem Wirkungsgrad von nur 70-90 %, was die Leistung des gesamten Lasersystems erheblich mindert.
Wasserabsorption und Bestrahlungsdosis - Schlüsselfaktoren bei der Laserentkrautung
Die Wasserabsorption hat einen erheblichen Einfluss auf die Übertragung des Laserlichts und die tatsächliche Energiedosis, die das Unkraut erhält. Lasersysteme, die mit unterschiedlichen Wellenlängen arbeiten, zeigen ein sehr unterschiedliches Verhalten bei der Wechselwirkung mit Wassertröpfchen auf Pflanzenoberflächen.
Übertragung durch Wasser: Bei einer dünnen 0,1 mm dicken Wasserschicht wird blaues Laserlicht fast verlustfrei übertragen(99,99 %), während 2000 nm IR-Licht auf 90,48 % und CO₂-Laserlicht auf fast Null(0,004 %) fällt. Selbst eine geringe Menge an Feuchtigkeit kann CO₂ vollständig blockieren und 2000 nm Laserstrahlung teilweise unterdrücken.
Bei einer 1 mm dicken Wasserschicht sind die Transmissionskoeffizienten wie folgt:
- Blauer Laser: 99,99 %.
- 2000-nm-Laser: 36.79%
- CO₂-Laser: 0%
Auswirkungen auf die Bestrahlungsdosis: In kurzen Behandlungsfenstern (50-100 ms) absorbiert ein Wassertropfen (5×5×1 mm³) die gesamte CO₂-Dosis und etwa 63 % der 2000-nm-Laserdosis. Beim IR-Laser erhöht diese absorbierte Energie die Temperatur des Tröpfchens von 20 °C auf den Siedepunkt, wobei nur 8,4 W benötigt werden, aber nur 8-10 % der Energie verdampfen. Dadurch wird die Energiemenge, die das Unkraut tatsächlich erreicht, begrenzt, was die Wirksamkeit verringert.
Überschwemmte oder bewässerte Felder: In tiefen Wasserschichten, z. B. in Reisfeldern (10 cm), übertragen blaue Laser immer noch über 99 % der Energie auf das Ziel, während 2000-nm- und CO₂-Laser praktisch keine Energie liefern.
Diese Analyse zeigt, dass selbst leichter Regen oder Bewässerung die Leistung von IR- und CO₂-Lasern erheblich beeinträchtigt, während blaue Lasersysteme auch in nassen Umgebungen hochwirksam bleiben.
Gewicht, Abmessungen und ihr Einfluss auf die Integration
Bei mobilen oder feldbasierten Lasersystemen wirken sich Gewicht und Abmessungen erheblich auf Integration, Mobilität und Stromverbrauch aus. Blaue Laser bieten in beiden Bereichen klare Vorteile:
Das Gesamtgewicht eines blauen 320-W-Lasersystems, einschließlich Kühlung, wird auf nur 14 kg geschätzt. Im Gegensatz dazu wiegt ein 200-W-2000-nm-Lasersystem mit Kühlaggregat rund 61 kg, und ein typischer CO₂-Laseraufbau wiegt etwa 48 kg. Das bedeutet, dass zwei blaue Lasermodule zusammen immer noch weniger wiegen als ein einzelnes 2000-nm- oder CO₂-Lasersystem.
In Bezug auf die Abmessungen sind blaue Laser extrem kompakt. Ein blaues 320-W-Lasermodul misst nicht mehr als 100×300×300 mm - weniger als 10 dm³. Im Vergleich dazu benötigt ein 2000-nm-Lasersystem über 169 dm³ und ein CO₂-Lasersystem 92-97 dm³. Außerdem bestehen CO₂-Laser oft aus zerbrechlichen Glasröhren, die bis zu 165 cm lang sind, was ihre Montage oder ihren Schutz in mobilen Umgebungen erschwert.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass blaue Laser mehr als 12 Mal kleiner sind als 2000-nm-IR-Laser und mehr als 7 Mal kleiner als CO₂-Lasersysteme. Diese kompakten Abmessungen ermöglichen die Montage auf leichten landwirtschaftlichen Fahrzeugen oder Roboterarmen, was die Flexibilität im Feldeinsatz erheblich erhöht.
Fortschrittliche Präzisions-Unkrautbekämpfung mit blauer Lasertechnologie
Untersuchungen haben gezeigt, dass die Wirkung von Lasern auf Unkräuter von der optischen Leistung, der Belichtungszeit, der Spotgröße und vor allem von der Wellenlänge des Lasers abhängt. Es ist bekannt, dass blaues Licht von organischem Material stark absorbiert wird, und das ist bei den meisten Pflanzen der Fall. Dies ist auf das Chlorophyll zurückzuführen, das bei der sauerstoffhaltigen Photosynthese verwendet wird, genauer gesagt auf zwei Arten von Chlorophyll: Chlorophyll-a und Chlorophyll-b. Betrachtet man das Absorptionsspektrum dieser beiden Pigmente, so stellt man fest, dass blaues Licht mit seinen Absorptionsspitzen bei 430 nm (a-Typ) und 470 nm (b-Typ) sehr gut dazu passt. Aus diesem Grund sind bei der Unkrautbekämpfung mit blauem Laser geringere optische Leistungen erforderlich, um unerwünschte Pflanzen wirksam zu entfernen.
Aber es ist nicht nur die Absorption, die blaue Laser, und insbesondere blaue Diodenlaser, für die Laserentkrautung so geeignet macht. Blaue Diodenlasersysteme sind im Vergleich zu CO2-Systemen sehr viel kompakter, so dass blaue Laser leicht auf verschiedenen Maschinen installiert werden können und sich viele Geräte in Reihe schalten lassen. Mit blauen Lasern kann eine größere Fläche auf einmal bearbeitet werden, was die Geschwindigkeit des gesamten Prozesses erhöht.
Blaue Diodenlaser sind Niederspannungs-Gleichstromsysteme, was bedeutet, dass sie in trockenen Umgebungen sicherer sind als CO2-Laser und gleichzeitig auch sicherer für die Arbeiter (da CO2-Laser mit Wechselspannung arbeiten). Blaue Laserdiodensysteme sind leicht und benötigen keine Wasserkühlung, was sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch der Fahrzeuge auswirkt. Die Größe des Laserspots ist in hohem Maße abstimmbar, so dass er entweder für hochpräzise Behandlungen oder für großflächige Arbeiten maßgeschneidert werden kann. Diodenlaser haben außerdem einen höheren Wirkungsgrad als CO2-Laser, so dass sie in Verbindung mit ihrer langen Lebensdauer eine sehr kostengünstige Lösung darstellen.
Vorteile des blauen Diodenlasers bei der Unkrautbekämpfung:
- Die Wellenlänge wird von den Pflanzen sehr gut absorbiert - es sind keine besonders hohen optischen Leistungen erforderlich.
- Berührungslose Methode bedeutet keine physische Beschädigung
- Umweltfreundlich
- Kompakte Größe und geringes Gewicht
- Kostengünstig, minimaler Wartungsaufwand
Opt Lasers Blaue Lasersysteme für die Laserentkrautung
| GLE-S-30-B | GLE-S-60-B | GLE-S-120-B | Kundenspezifische Module |
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| Zentrale Wellenlänge | 450 nm | 450 nm | ||
| Minimale optische Leistung | 30 W | 60 W | 120 W | 60-500 W |
| Arbeitsabstand | 180 / 350 / 650 mm | Wählbar je nach Ausführung (z.B. 180 mm für kurze Reichweite, 650 mm für hohe Reichweiten) |
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| Arbeitsbereich | 100×100 / 200×200 / 300×300 mm | Kundenspezifisches Scanfeld basierend auf Optik & Galvo |
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| Minimale Spotgröße1 | 2500 µm | Einstellbare Optik (Präzision vs. Abdeckung) |
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| Arbeitsgeschwindigkeit2 | bis zu 2000 mm/s | Konfigurierbar bis zu 2000 mm/s |
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| Elektro-optischer Wirkungsgrad | 27% | 24% | 24% | TBD |
| Maximale Leistungsaufnahme | 200 W | 300 W | 600 W | TBD |
1 - Werte gelten für einen Arbeitsabstand von 350 mm
2 - für Abtastwinkel ±10°
