Blå lasere til automatiseret økologisk laserlugning
Blå laserpræcision til bæredygtigt landbrug
Den stadigt stigende verdensbefolkning øger behovet for en intensiv fødevareproduktion. En af de faktorer, der begrænser udbyttet i gartnerier, er ineffektiv ukrudtsbekæmpelse, og selv om der findes metoder, som er meget udbredte, er de ikke nødvendigvis de bedste løsninger. De udbredte kemiske metoder til fjernelse af ukrudt giver anledning til bekymring for fødevaresikkerheden og miljøet, mens fysisk ukrudtsbekæmpelse kan mindske udbyttet ved at skade planterne eller andre organismer, der er gavnlige for dem.
Det er her, lasere kommer ind i billedet. I de sidste par årtier har forskning vist, at laserbehandling kan bruges effektivt til at dræbe ukrudt. Og takket være den seneste udvikling inden for AI-maskinsyn og robotteknologi er laserlugning ved at blive en ekstremt præcis, organisk, meget automatiseret og omkostningseffektiv metode.
Men denne teknologi er stadig ret ny, og derfor har den sine ulemper. De fleste af dem stammer fra brugen af CO2-lasere, som er afhængige af at opvarme ukrudtet for at beskadige dets celler. Det kræver høj optisk effekt, og den resulterende varme kan påvirke afgrøden negativt. For at nå disse høje effekter kræver CO2-lasere desuden en masse energi på grund af deres ret lave effektivitet, og det kræver brug af højspændingsgeneratorer.
Ofte er landbrugsmiljøet tørt og har mange tørre plantedele, hvilket i kombination med højspænding øger brandfaren. Høj energi betyder også, at der skal afgives meget varme, så CO2-lasere kræver normalt brug af vandkølingsmoduler. Dette, sammen med CO2-laserens store størrelse, gør systemet ret stort og tungt. Alle disse ulemper viser, at der er behov for at vælge en mere egnet lasertype til denne opgave.
Det er her, den avancerede blå laserteknologi kommer ind i billedet.
Vores mission
Vi tror på, at vores kunders succes er vores succes. Derfor udvikler vi ikke AI-systemer - vi specialiserer os i at bygge pålidelig, højtydende laserhardware. Vores fokus har altid været på kvalitet, præcision og langsigtet tillid. Med omfattende erfaring fra marken og partnerskaber med over 7 integratorer leverer vi reelle, testede løsninger, der fungerer i landbruget - ikke kun i teorien.
Hos Opt Lasers sælger vi ikke bare komponenter - vi er med til at skabe dit ukrudtssystem. Vores patenterede teknologi, gennemprøvede integrationssupport og direkte samarbejde med producenterne gør os til mere end en leverandør. Vi er din udviklingspartner.
Uanset om du bygger en robotlukker, en autonom platform eller en næste generations landbrugsteknologiløsning, så hjælper vi dig med at få den klar til brug i marken.
Gennemprøvet ydeevne i marken under virkelige landbrugsforhold
Vores blå diodelasersystemer er ikke bare laboratorietestet - de er aktivt testet og implementeret i marken af over 7 integrationspartnere i hele Europa. Fra tørre miljøer til grøntsagsfarme med høj tæthed har vores teknologi konsekvent leveret præcis, effektiv og sikker ukrudtsbekæmpelse.
Hver partner har hjulpet med at validere og forfine vores systemer gennem brug i den virkelige verden. Vi samarbejder løbende om at udvikle nye generationer af lasermoduler med fuldt tilpassede konfigurationer, der er skræddersyet til din anvendelse - uanset om det betyder at øge hastigheden, forbedre ukrudtsbekæmpelsen eller reducere vedligeholdelsesomkostningerne.
Vores ingeniørteam arbejder direkte sammen med OEM'er og automatiseringsvirksomheder og giver ikke kun vejledning om lasersystemet, men også om optimering af selve maskinen - fra kølelayout til scanningsvinkler og styresignaler. Vi støtter vores partnere gennem hvert trin i produktudviklingen, fra proof of concept til kommerciel lancering.
Laserteknologier sammenlignet - blå vs. IR vs. CO₂
Tabellen nedenfor viser en sammenligning af forskellige bølgelængder, der bruges til laserlugning. Værdierne er skaleret til 320 W optisk udgangseffekt, der anvendes væskekøling, og de oprindelige værdier er taget fra eksisterende produktspecifikationer:
| Funktion | 450 nm blå (morgendagens system) | 2000 nm IR | 10600 nm CO₂ |
|---|---|---|---|
| Effektivitet (vægstik AC) | 19% | 12.3% | 11.2% |
| Optisk udgangseffekt | 320 W | 320 W | 320 W |
| Systemets samlede strømforbrug (inkl. køling) |
1700 W | 2600 W | 2870 W |
| Vægt (laser + elektronik) | 14 kg | 48 kg | 18 kg |
| Vægt med køling og kabinet | 44 kg | 88 kg | 118 kg |
| CO₂-udledning pr. 100 timers brug (700 g CO₂/kWh) |
119 kg | 182 kg | 200 kg |
| Gennemstrømningsprocent for 1 mm vandlag | 99.99% | 36.79% | 0% |
| Volumen af laserkilde | 11 dm³ | 270 dm³ | 155 dm³ |
| Pris pr. watt | 37.5 EUR/W | 100 EUR/W | 20-50 EUR/W |
Med sin uovertrufne transmission gennem vand, høje effektivitet, lave vægt og lavere miljøpåvirkning skiller blå laserteknologi sig ud som fremtiden for sikker og skalerbar laserlugning.
Sammenligning og forklaring af elektrisk effektivitet
Lasersystemets effektivitet er afgørende for at minimere energiforbruget, reducere driftsomkostningerne og sikre pålidelig ydeevne i marken. Her kan du se, hvordan den elektriske effektivitet sammenlignes mellem 2000 nm IR-, CO₂- og 450 nm Blue-lasersystemer:
2000 nm IR-lasere: En 200 W IR-laser trækker typisk 1200 W elektrisk strøm, hvilket giver en laser-effektivitet på 17 %. Men det kræver også en vandkøler, der er beregnet til 1700 W varmeafledning, og som bruger 600 W input. Hvis man justerer for kølebelastningen (424 W), bliver den endelige systemeffektivitet 12,3 %.
CO₂-lasere: Et 130W CO₂-laserrør med tilhørende strømforsyning trækker 860W. Den samme 1700W-køler bidrager med yderligere 303W (baseret på proportional belastning). Den resulterende samlede effektivitet falder til 11,2 %.
450 nm blå lasere (morgendagens system): En blå laser på 120 W trækker 356 W, bruger 95 % effektive drivere og 62 W luftkøling. Dette resulterer i 120 / (356 / 0,95 + 62) ≈ 26,7 %. Med en 48V-strømforsyning med 91% effektivitet bliver den samlede systemeffektivitet 24,3%. For 320W-konfigurationer med væskekøling kan effektiviteten reduceres til omkring 19%, med en samlet systemeffekt på 1800W.
Tomorrow's System opnår disse høje værdier gennem internt design af både laserkilder og dedikerede drivere. I modsætning hertil fungerer mange standarddrivere kun med 70-90 % effektivitet, hvilket sænker hele lasersystemets ydeevne betydeligt.
Vandabsorption og bestrålingsdosis - nøglefaktorer i laserlugning
Vandabsorption har stor indflydelse på transmissionen af laserlys og den faktiske energidosis, som ukrudtet modtager. Lasersystemer, der arbejder med forskellige bølgelængder, opfører sig meget forskelligt, når de interagerer med vanddråber på planteoverflader.
Transmission gennem vand: For et tyndt lag vand på 0,1 mm transmitteres blåt laserlys næsten uden tab(99,99 %), mens 2000 nm IR-lys falder til 90,48 %, og CO₂-laserlys falder til næsten nul(0,004 %). Selv en lille mængde fugt kan blokere CO₂ fuldstændigt og delvist undertrykke 2000 nm laserbestråling.
Med et 1 mm vandlag er transmissionskoefficienterne:
- Blå laser: 99,99 %.
- 2000 nm laser: 36.79%
- CO₂-laser: 0 %.
Indvirkning på bestrålingsdosis: I korte behandlingsvinduer (50-100 ms) absorberer en vanddråbe (5×5×1 mm³) hele CO₂-dosis og ca. 63 % af 2000 nm-laserdosis. For IR-laseren hæver denne absorberede energi dråbens temperatur fra 20 °C til kogning ved hjælp af kun 8,4 W, men kun 8-10 % af den vil fordampe. Det begrænser, hvor meget energi der rent faktisk når frem til ukrudtet, hvilket reducerer effektiviteten.
Oversvømmede eller kunstvandede marker: I dybe vandlag som f.eks. rismarker (10 cm) overfører blå lasere stadig over 99 % af energien til målet, mens 2000 nm- og CO₂-lasere stort set ikke leverer noget.
Denne analyse viser, at selv let regn eller kunstvanding påvirker IR- og CO₂-lasernes ydeevne betydeligt, mens blå lasersystemer forbliver meget effektive i våde miljøer.
Vægt, dimensioner og deres indflydelse på integrationen
I mobile eller feltbaserede lasersystemer har vægt og fysiske dimensioner stor indflydelse på integration, mobilitet og strømforbrug. Blå lasere giver klare fordele på begge områder:
Den samlede vægt af et blåt lasersystem på 320 W, inklusive køling, anslås til kun 14 kg. I modsætning hertil vejer et 200W 2000 nm lasersystem ca. 61 kg med køleaggregat, og en typisk CO₂-laseropsætning vejer ca. 48 kg. Det betyder, at to blå lasermoduler tilsammen stadig vejer mindre end et enkelt 2000 nm- eller CO₂-lasersystem.
Dimensionsmæssigt er blå lasere ekstremt kompakte. Et blåt lasermodul på 320 W måler ikke mere end 100×300×300 mm - under 10 dm³. Til sammenligning fylder et 2000 nm lasersystem over 169 dm³, og et CO₂-lasersystem når op på 92-97 dm³. Derudover er CO₂-lasere ofte bygget af skrøbelige glasrør, der måler op til 165 cm i længden, hvilket gør dem vanskelige at montere eller beskytte i mobile omgivelser.
Konklusionen er, at blå lasere er mere end 12 gange mindre end 2000 nm IR-lasere og over 7 gange mindre end CO₂-lasersystemer. Disse kompakte dimensioner gør det muligt at montere dem på lette landbrugskøretøjer eller robotarme, hvilket øger fleksibiliteten i marken dramatisk.
Fremme af præcisionsukrudtsbekæmpelse med blå laserteknologi
Forskning har vist, at den effekt, lasere har på ukrudt, afhænger af optisk effekt, eksponeringstid, spotstørrelse og vigtigst af alt, laserens bølgelængde. Blåt lys er kendt for at blive stærkt absorberet af organisk materiale, og det er tilfældet med langt de fleste planter. Det skyldes klorofyl, som bruges i den iltrige fotosyntese, og mere præcist to typer klorofyl: klorofyl-a og klorofyl-b. Når man ser på absorptionsspektret for begge disse pigmenter, bliver det tydeligt, at blåt lys er et godt match med absorptionstoppe ved 430 nm (a-type) og 470 nm (b-type). Takket være dette kræver blå laserlugning lavere optiske kræfter for effektivt at fjerne uønskede planter.
Men det er ikke kun absorptionen, der gør blå lasere, og specifikt blå diodelasere, velegnede til laserlugning. Blå diodelasersystemer er meget mere kompakte sammenlignet med CO2-systemer, hvilket gør blå lasere nemme at installere på forskellige maskiner og gør det muligt at montere mange enheder i serie. Faktisk giver blå lasere mulighed for at behandle et større område på én gang, hvilket øger hastigheden af hele processen.
Blå diodelasere er jævnstrømssystemer med lav spænding, hvilket betyder, at de er sikrere at bruge i tørre miljøer end CO2-lasere, og samtidig er de sikrere for medarbejderne (da CO2-lasere bruger vekselstrøm). Blå laserdiodesystemer er lette og kræver ikke vandkøling, hvilket har en positiv indvirkning på køretøjernes brændstofforbrug. Laserspotstørrelsen kan i høj grad indstilles, så den kan skræddersys til enten højpræcisionsbehandling eller behandling af store områder. Laserdioder har også en højere effektivitet end CO2-lasere, så i kombination med deres lange levetid er de en meget omkostningseffektiv løsning.
Fordele ved ukrudtsbehandling med blå diodelaser:
- Bølgelængden absorberes i høj grad af planter - intet behov for ekstremt høje optiske effekter
- Berøringsfri metode betyder ingen fysisk skade
- Miljøvenlig
- Kompakt størrelse og lav vægt
- Omkostningseffektiv, kræver minimal vedligeholdelse
Opt Lasers blå lasersystemer til laserlugning
| GLE-S-30-B | GLE-S-60-B | GLE-S-120-B | Brugerdefinerede moduler |
|
| Centerbølgelængde | 450 nm | 450 nm | ||
| Minimum optisk effekt | 30 W | 60 W | 120 W | 60-500 W |
| Arbejdsafstand | 180 / 350 / 650 mm | Kan vælges pr. design (f.eks. 180 mm for kort rækkevidde, 650 mm til stor afstand) |
||
| Arbejdsområde | 100×100 / 200×200 / 300×300 mm | Brugerdefineret scanningsfelt baseret på optik og galvo |
||
| Minimum spotstørrelse1 | 2500 µm | Justerbar optik (præcision vs. dækning) |
||
| Driftshastighed2 | op til 2000 mm/s | Kan konfigureres op til 2000 mm/s |
||
| Elektro-optisk effektivitet | 27% | 24% | 24% | TBD |
| Maks. strømforbrug | 200 W | 300 W | 600 W | TBD |
1 - værdier angivet for 350 mm arbejdsafstand
2 - for scanningsvinkler på ±10°.
