빔프로젝터 렌즈 덮개 원격 제어기

효로민락 소극장에서 사용 중인 빔프로젝터의 렌즈 덥개를 원격으로 작동할 수 있는 장치를 만들었습니다.

효로민락 소극장은 극단새벽에서 운영하는 소극장입니다.
극단새벽은 제가 열심히 후원하는 극단이구요.

▋ 왜 만들어야 했나?

소극장에서 사용 중인 빔프로젝터(EPSON EH-TW5650)는 투사방식이 LCD(액정표시장치)입니다.
LCD 방식은 광원을 완전하게 차단하지 못 하는 단점이 있습니다.
완전히 검은 영상을 출력해도 미세한 빛이 나옵니다.
리모콘으로 작동 가능한 A/V Mute 기능도 마찬가지로 약한 빛이 나옵니다.

암전 장명에서 빔프로젝터에서 미세한 빛이 나오면 어두운 장면을 제대로 구현하지 못하는 문제가 생깁니다.

암전이 필요한 장면에서는 빔프로젝터를 끄는 것이 가장 좋지만 이 제품은 전원을 끄는 과정에 꺼짐을 확인하는 영상이 자동으로 출력되는 문제가 있습니다.
그래서 공연 중엔 전원을 끌 수 없습니다.

사람이 빔프로젝터 옆에 붙어서 작동을 할 수 있다면 쉽게 해결될 문제이지만 천장에 설치되어 있어 사람이 직접 작동을 할 순 없습니다.

이런 문제로 빔프로젝터에서 나오는 빛을 완전히 막아주는 렌즈 덮개 원격 제어기가 필요했습니다.

▋ 장치 구상

▍ EPSON EH-TW5650의 기본 장치 - 렌즈 덮개

EPSON EH-TW5650에는 슬라이딩 방식 렌즈 덮개가 있습니다.

렌즈 덮개를 닫으면 자동으로 A/V Mute 기능이 작동하며 물리적인 차단막이 렌즈로 나오는 빛을 완전히 막아줍니다.

별도의 물리적인 차단막을 설치하지 않고 이 렌즈 덮개를 사용하기로 했습니다.

랜즈 덮개

▍ 제어실과 빔프로젝터의 위치

빔프로젝터는 제어실에서 5미터 정도 떨어져 있습니다.
제어실에서 빔프로젝터의 렌즈 덮개를 작동 할 수 있도록 구동부와 제어부를 나눠서 만들기로 했습니다.
구동부는 빔프로젝터에 설치하고 제어부는 제어실에 설치하여 빔프로젝터의 렌즈 덮개를 제어실에서 작동 할 수 있도록 했습니다.
구동부와 제어부는 여러 가닥의 긴 전선으로 연결됩니다.

소극장 구조

▍ 구상도

빔프로젝터 렌즈 덮개 원격 제어기 구상도

▋ 빔프로젝터 렌즈 덮개 원격 제어기 제작

전기회로를 우선 설계하고 작동을 확인한 다음에 기구를 설계했습니다.

▍ 전기회로 설계

전기회로 설계는 무료 온라인 설계 프로그램인 Thinkercad로 했습니다.
Thinkercad의 Circuits는 PCB(인쇄 회로 기판)를 설계할 수는 없지만 시뮬레이션이 가능하여 회로의 작동을 쉽게 확인 할 수 있는 프로그램입니다.

구동부엔 덮개가 완전히 열리거나 닫혔을 때 모터의 작동을 멈추는 리미트스위치 2개와 모터가 있습니다.
제어부엔 빔프로젝터 덮개의 상태를 확인할 수 있는 LED가 4개 있고 덮개를 제어할 수 있는 셀렉터스위치가 있습니다.

구동부와 제어부는 전선 4가닥으로 연결됩니다.

Thinkercad-Circuits로 설계한 전기회로도

▍ 전기회로 작동 확인

필요한 부품을 구입하기 전에 가지고 있는 것으로 전기회로의 실제 작동을 확인 했습니다.
작동이 잘되어 부품을 주문했습니다.

전기회로 작동 확인

사진의 오른쪽 중앙에 있는 서보모터는 DC 기어모터로 개조된 것입니다.

▍ 시험용 구동부 기구 설계

주문한 부품을 받고 부품의 크기에 맞게 시험용 구동부를 설계했습니다.

구동부의 핵심 부품은 래크와 피니언 기어입니다.

이 기어는 모터의 회전운동을 직선운동으로 바꿔 줍니다.

슬라이딩 레버를 움직이려면 직선운동이 필요합니다.

설계에 사용한 3D CAD 프로그램은 FreeCAD입니다.

래크와 피니언 기어 설계

3D 프린터로 출력한 구동부에 리미트스위치, 모터 등을 조립하여 작동을 확인했습니다.
출력에 사용한 3D 프린터는 Creality3D Ender-3입니다. (링크의 제품은 Creality3D Ender-3 pro입니다.)

래크와 피니언 기어 작동 확인

▍ 제어부 전기회로 제작

브레드보드로 만든 시험용 제어부 전기회로가 잘 작동하여 설게 변경 없이 만능기판에 납땜을 하여 제어부 전기회로를 완성했습니다.

제어부 전기회로엔 만등기판, ARS-2301 셀렉터 스위치, LED, 저항, 53259-04 커넥터, DC 파워잭 등이 사용되었습니다.

제어부 제작

▍ 제어부 함 설계

제어부를 다루기 쉽도록 함을 설계했습니다.

함의 몸통은 전기배선용 노출 스위치 PVC 박스를 사용했습니다.

제어부 함 설계

제어부 함은 2개로 구성 되어 있습니다.

제어부 전기회로가 고정될 판과 셀렉터를 돌리는 다이얼로 되어 있습니다.

제어부 판

제어부 다이얼

노출 스위치 박스에 조립

▍ 고정부 설계 - 원형 고리

빔프로젝터의 슬라이딩 레버와 구동부를 단단하게 연결시켜줄 기구가 필요했습니다.
빔프로젝터를 손상시키지 않기 위해 렌즈를 둘러싼 둥근 부분을 이용하기로 했습니다.
렌즈의 둥근 부분과 슬라이딩 레버의 위치를 정확히 측정하여 3D CAD로 그렸습니다.

EPSON EH-TW5650

렌즈와 슬라이딩 레버 주변부만 그림

렌즈의 주편부에 고정되는 원형 고리를 설계했습니다.

원형 고리 설계

3D 프린터로 출력하여 빔프로젝터에 잘 끼워지는 확인을 했습니다.

빔프로젝터에 장착된 사진을 찍지 못했어요

▍ 구동부 기구 설계

고정부와 튼튼하게 조립이 되도록 구동부를 다시 설계했습니다.

53259-04 커넥터가 위치할 자리도 추가했습니다.
이 커넥터엔 제어부와 연결되는 전선이 끼워집니다.

모든 부품이 장착된 구동부 설계

구동부를 3D 프린터로 출력하여 모든 부품을 조립했습니다.
구동부엔 DC 기어모터(FS0205 서보모터를 개조), 다이오드, 53259-04 커넥터, 베어링 626, 리미트스위치 등을 사용했습니다.

모든 부품이 조립된 구동부

구동부와 고정부가 조립이 잘 되는지 확인했습니다.

구동부와 고정부 조립이 잘 됩니다

▋ 빔프로젝터 렌즈 덮개 원격 제어기 1차 완성

4선 전선의 양 끝에 51067-04 커넥터를 연결하여 구동부와 제어부를 이어주는 케이블을 만들었습니다.
이 케이블로 구동부와 제어부를 연결하고 제어부에 DC 5V 전원을 연결하여 작동시켜 봤습니다.

작동 시험 영상

▍ 심각한 문제 발생

위 영상에서는 장치가 아무런 문제 없이 잘 작동하는 걸로 보입니다.
하지만 심각한 문제가 있었습니다.
조용한 소극장에 있는 빔프로젝터에 설치하면 모터 구동 소리가 매우 크게 울려 퍼졌습니다.
빔프로젝터의 플라스틱 케이스가 울림통 역할을 하여 모터의 소리가 더 커지는 문제가 있었습니다.

공연에 방해가 될 소음이라 이대로는 사용할 수 없었습니다.
그래서 소음 문제를 해결할 방법을 찾아야 했습니다.

▋ 빔프로젝터 렌즈 덮개 원격 제어기 2차 완성

모터를 FS0205 서보모터보다 큰 DGS-1199 서보모터로 바꿔서 소음을 줄였습니다.

모터의 크기 비교

FS0205 서보모터에 입력되는 전압을 낮춰서 소음을 줄여보려 했으나 힘이 부족하여 슬라이딩 레버를 움직이지 못 했습니다.
그래서 힘이 훨씬 강한 DGS-1199 서보모터로 교체하여 가변 저항으로 회전 속도를 낮추는 방법으로 소음을 줄였습니다.

FS0205 서보모터를 사용한 제어기의 소음 측정 영상

DGS-1199 서보모터를 사용한 제어기의 소음 측정 영상

FS0205 서보모터의 소음은 60dB 정도이고 DGS-1199 서보모터의 소음은 40dB 정도로 큰 차이가 납니다.
영상에서 나오는 소리를 들어보면 DGS-1199 서보모터가 확실히 조용하다는 걸 알 수 있습니다

▋ 빔프로젝터 렌즈 덮개 원격 제어기 설치

소음을 줄인 빔프로젝터 렌즈 덮개 원격 제어기를 EPSON EH-TW5650에 설치를 해서 작동을 시켜 봤습니다.

설치 후 작동 시험 영상

렌즈 덥개가 완전히 열리거나 완전히 닫힐 때 '딸칵' 소리가 나지만 모터 소리는 거의 들리지 않습니다.
'딸칵' 소리도 없에고 싶었지만 빔프로젝터를 분해를 해야 해결할 수 있는 문제라 그대로 뒀습니다.

엘리베이션에 설치된 빔프로젝터

🔲 5개월 사용 후기

한 달 전에 고장이 났었습니다.
모터의 회전축과 기어가 연결되는 부분이 마모되어 모터가 헛 도는 문제였습니다.
원인은 설계를 잘못한 것이지만 에폭시 접착제로 모터의 회전축과 기어를 단단히 붙여서 수리를 했습니다.
향후 몇 년 간은 에폭시 접착제가 잘 버텨 줄거라 기대합니다.