Sketcher Tutorial/de

Einleitung
Der Skizzierer ist ein Werkzeug zur Erzeugung von 2D-Objekten zur Verwendung in der Teilekonstruktion. Der Skizzierer unterscheidet sich von herkömmlichen Zeichenwerkzeugen. Eine Möglichkeit, den Unterschied aufzuzeigen, ist die Konstruktion eines Dreiecks. Ein Dreieck ist vollständig durch 3 Werte definiert, die aus der folgenden Liste beliebig sein können: Seitenlänge, Winkel, Höhe, Fläche. Die einzige Ausnahme sind drei Winkel, die die Größe nicht definieren.

Um ein Dreieck aus 3 Längen auf herkömmliche Weise zu konstruieren, ist folgendes zu tun:
 * die Grundlinie zeichnen
 * zwei Kreise mit einem Radius anfertigen, der durch die beiden anderen Seitenlängen gegeben ist, oder alternativ die Koordinaten des dritten Knotens berechnen
 * die fehlenden beiden Seiten von den Endpunkten der Grundlinie bis zum Schnittpunkt der beiden Kreise oder dem berechneten Knoten zeichnen.



Die Triangle Seite zeigt eine Sammlung von Formeln zur Berechnung der fehlenden Informationen, um aus der Mindestangabe ein Dreieck zu zeichnen. Diese werden benötigt, wenn das Dreieck durch vorberechnete Koordinaten definiert werden soll.

Der Skizzierer ist anders. Die Formeln und die obigen Hilfskonstruktionen werden nicht benötigt. Um den Unterschied zu verstehen, ist es am besten, ein Dreieck selbst zu konstruieren.

Erste Skizze: ein Dreieck
Für die Anfertigung einer Skizze wird ein offenes Dokument benötigt. Wenn kein Dokument geöffnet ist, wird durch Klicken auf  ein neues Dokument erstellt. Der Skizzierer Arbeitsbereich muss ausgewählt werden:



Eine neue Skizze wird erstellt, durch klicken auf. Es erscheint ein Dialogfeld, in dem die Ausrichtung der neuen Skizze im 3D-Raum ausgewählt werden kann. In diesem Fall spielt es keine Rolle, so dass die xy-Ebene übernommen werden kann. Es wird eine neue leere Skizze erstellt und im Bearbeitungsmodus geöffnet. Es wird ein Gitter mit einem Koordinatensystem mit einem roten Punkt am Ursprung angezeigt.

Im Skizzierer ist es in Ordnung, ein beliebiges Dreieck mit dem  Polylinienwerkzeug zu zeichnen und seine Eigenschaften in einem späteren Schritt zu definieren. Jeder Klick in der Zeichenebene setzt einen Eckpunkt. Das Dreieck muss geschlossen sein. Für die letzte Linie ist also ein Klick auf den ersten erzeugten Knoten erforderlich. Vor dem Klicken sollte ein roter Punkt in der Nähe des Mauszeigers sichtbar sein.



Das Dreieck ist noch veränderbar. Die Eckpunkte können angeklickt und verschoben werden. Die Seiten werden dabei gedehnt oder gestaucht.

Wenn gewollt, so kann man die untere Seite wird wie folgt horizontal gemachen:
 * untere Seite anklicken
 * auf horizontal machen [[Image:Constraint_Horizontal.png|24px]] klicken



Das erstellte Dreieck ist flexibel. Ein Knoten kann mit der Maus berührt und herumgezogen werden. Die Seiten des Dreiecks folgen dem Knoten. Dasselbe kann mit einer Linie gemacht werden.

Jede Länge der Seite kann nun einfach durch Auswahl mit der Maus definiert werden: das ausgewählte Element färbt sich grün. Wenn man auf das Längenwerkzeug klickt, öffnet sich ein Dialog und die gewünschte Länge kann eingegeben werden. Das Bild unten zeigt ein Dreieck mit Seitenlängen von 35 mm, 27 mm und 25 mm. Die Grundlinie wurde horizontal festgelegt, indem sie ausgewählt und auf das horizontale Beschränkungswerkzeug geklickt wurde.



.


 * Ein oder zwei gegebene Winkel: Zwei Seiten des Dreiecks müssen ausgewählt werden. Ein Klick auf [[Image:Constraint_InternalAngle.png|32px]] öffnet einen Dialog zur Definition des Winkels.




 * Rechtes Dreieck: Zwei Seiten des Dreiecks müssen ausgewählt werden. Ein Klick auf [[Image:Constraint_Perpendicular.png|32px]] setzt einen rechten Winkel zwischen den beiden Seiten.




 * Gleichseitig: Eine Seite muss auf eine definierte Länge gesetzt werden. Dann müssen alle Seiten ausgewählt werden. Ein Klick auf [[Image:Constraint_EqualLength.png|32px]] definiert zwei gleich lange Beschränkungen, um allen Seiten die gleiche Länge zu geben.



.



.

Die oben gezeigten Dreiecke haben weiße Linien. Dies ist ein Hinweis darauf, dass die Skizze noch einige Freiheitsgrade hat. Sie kann durch Ziehen an einigen Linien oder Punkten getestet werden. Wenn sich die Linie oder der Punkt bewegt, ist dieser Punkt nicht vollständig definiert. Eine Skizze, die keine Freiheitsgrade mehr hat, wird grün.

Dem gleichschenkligen Dreieck fehlt die Längenfestlegung für die Grundlinie, und es kann sich in der Skizziererzeichnungsebene bewegen und frei drehen.

Wenn die Dreieckseigenschaften definiert sind, muss es immer noch in der Zeichenebene fixiert werden. Die Zeichenebene des Skizzierers hat ein Koordinatensystem. Der Ursprung des Koordinatensystems ist als roter Punkt in der Mitte der rosa x-Achse und der hellgrünen y-Achse sichtbar. Am einfachsten lässt er sich fixieren, indem ein Knoten ausgewählt und auf geklickt wird. Dadurch wird ein horizontaler und ein vertikaler Abstand vom Knoten zum Ursprung des Koordinatensystems hinzugefügt. Das Dreieck kann immer noch einen Freiheitsgrad für die Drehung haben. Daher benötigt eine Seite eine horizontale oder vertikale Beschränkung oder einen definierten Winkel zu einer der Koordinatensystemachsen. Das nächste Bild zeigt eine vollständig beschränkte Skizze. Alle Linien und Knoten haben jetzt eine grüne Farbe.



Mehr über Beschränkungen
Der Skizzierer kennt die Dreiecksformeln nicht aus Wikipedia. Stattdessen erstellt er ein Gleichungssystem für die 2-dimensionalen Koordinaten auf der Grundlage der gegebenen Randbedingungen. Dieses Gleichungssystem wird dann numerisch gelöst.

.



.



.



.

Bei mehreren inkrementellen Abmessungen in einer geraden Linie kann es ratsam sein, zuerst eine Zick-Zack-Linie zu zeichnen und dann die 180°-Beschränkungen festzulegen. Das hilft, keine zu vergessen, oder eine zweimal zu setzen.

Die folgende Tabelle zeigt einige Beschränkungskombinationen für die Definition eines einfachen Krümmers. Die Kombination wurde getestet, indem die horizontale Abmessung von 10 mm Länge auf größere Werte vergrößert wurde, bis der Krümmer seine Ausrichtung umkehrt. Die Tabelle dokumentiert für jede gezeigte Beschränkung die geänderte Länge an der Stelle, an der das Umklappen erfolgt.

-

.

Empfehlung: ''' Verwende Winkelbeschränkungen sowie horizontale und vertikale Bemaßungsbeschränkungen an kritischen Stellen, um eine Skizze robust gegenüber Maßänderungen zu machen. '''

Problematische Kombination von Beschränkungen
Manchmal definieren zwei oder mehr Beschränkungen die gleiche Eigenschaft. Ein Beispiel kann für zwei verbundene Linien gemacht werden, wobei der Verbindungspunkt der Mittelpunkt einer Symmetriebeschränkung für die Endpunkte der Linien ist. Diese Linien haben nun die gleiche Länge und sind parallel. All dies ist die Folge der Symmetriebeschränkung. Was passiert, wenn diese beiden Linien bereits eine Gleichheitsbeschränkung und eine Parallelbeschränkung haben und die Symmetriebeschränkung ebenfalls hinzugefügt wird? Nun wird die Paralleleigenschaft durch zwei Bedingungen definiert, und die gleiche Länge wird ebenfalls durch zwei Bedingungen definiert. Im Prinzip sollte das zugrundeliegende Gleichungssystem eine Lösung haben. Aber es kann numerische Probleme geben. Dies kann getestet werden, indem man versucht, die Linien zu verschieben. In den meisten Fällen sind die Linien eingefroren, auch wenn der Zeichner noch mehrere Freiheitsgrade angibt.

Der obige Fall zeigt ein Problem, das für die Programmierer des Skizzierers schwer zu lösen zu sein scheint. Der Anwender muss also Vorsicht walten lassen, um solche Situationen zu vermeiden. Skizzen mit überschüssigen Beschränkungen verhalten sich unerwartet und problematisch. Symptome dieser überschüssigen Beschränkungen sind der oben beschriebene eingefrorene Zustand oder gemeldete überschüssigen Beschränkungen nach der Modifizierung eines anderen Objekts in der Skizze.

Im Allgemeinen gibt der Skizzierer eine Warnung aus, wenn überschüssige Beschränkungen entdeckt werden. Dieser Erkennungsmechanismus scheint jedoch nicht in allen Fällen zu funktionieren. Wenn das Problem erkannt wird, kann es vermieden werden, indem einfach die überschüssigen Beschränkungen gelöscht werden. Manchmal ist es notwendig, eine andere Kombination von Beschränkungen zu wählen.

Die folgenden Fälle sind Quellen für überschüssige Beschränkungen:


 * Eine Gleichheitsbeschränkung für zwei Radien desselben Bogens
 * Eine Symmetriebeschränkung für zwei Radien desselben Bogens
 * Eine Symmetriebeschränkung in Kombination mit Parallel-, Gleichheits- und oder senkrechten Beschränkungen

Ein anderer problematischer Fall sind Parallelen mit einem Schnittpunkt im Unendlichen. Es ist möglich, eine 180°-Beschränkung für zwei parallele Linien ohne Schnittpunkt zu setzen. Dies ist nicht' empfohlen. Stattdessen sollte ein Winkel zu einer anderen Linie oder Achse verwendet werden.

Ein anderes Problem ist die Änderung der Ausrichtung von Winkeln. Dies kann passieren, wenn Winkeländerungen über 180° vorgenommen werden. Wenn dies in kleineren Schritten geschieht, wird das Problem vermieden.

Konstruktionslinien - Schritt für Schritt Beispiel
Im ersten Teil wurde gezeigt, dass Hilfskonstruktionen für das Dreieck nicht notwendig sind. Dennoch liefert der Skizzierer eine Konstruktionsgeometrie, die bei komplexeren Problemen nützlich ist. Jede Linie kann mit der Schaltfläche in eine Konstruktionslinie umgewandelt werden. Die Konstruktionslinien werden in der Skizze als blaue Linien dargestellt. Sie können auf die gleiche Weise wie andere Linien für Beschränkungen verwendet werden, werden jedoch nicht angezeigt und nicht verwendet, wenn die Skizze geschlossen wird.

Die Aufgabe ist, ein Rechteck mit der Seitenlänge mit dem goldenen Schnitt zu bilden. Wikipedia zeigt, wie man zwei Linien mit einem Längenverhältnis des Goldenen Schnittes konstruiert.



Der Skizzierer ist ein perfektes Werkzeug, um ein Rechteck mit dem goldenen Schnitt für die Seitenlänge zu konstruieren. Die Größe des Rechtecks kann später geändert werden, ohne eine neue Konstruktion zu erstellen. Die Konstruktionsschritte für den Goldenen Schnitt nach Wikipedia sind:


 * 1) Mit einem Liniensegment AB konstruiere ein Lot BC am Punkt B, wobei BC die halbe Länge von AB hat. Zeichne die Hypotenuse AC.
 * 2) Zeichne einen Bogen mit Mittelpunkt C und Radius BC. Dieser Bogen schneidet die Hypotenuse AC im Punkt D.
 * 3) Zeichne einen Bogen mit Mittelpunkt A und Radius AD. Dieser Bogen schneidet das ursprüngliche Liniensegment AB im Punkt S. Punkt S teilt das ursprüngliche Segment AB in die Liniensegmente AS und SB mit Längen im goldenen Schnitt.

Hier ist eine Schritt für Schritt Erklärung, wie dies erreicht werden kann.


 * Erstelle eine neue Skizze, wie am Dreiecksbeispiel erläutert.
 * Zeichne in der Skizze ein Rechteck. Verwende die [[Image:Sketcher_CreateRectangle.svg|32px]] Schaltfläche. Die folgende Abbildung zeigt das Rechteck. FreeCAD hat dem Rechteck horizontale und vertikale Beschränkungen hinzugefügt. Dieses Rechteck kann nicht gedreht werden.



Das Rechteck sollte in der Mitte des Koordinatensystems bleiben. Um dies zu erreichen, wird eine Symmetriebeschränkung zu einer horizontalen Linie hinzugefügt. Dies geschieht, indem zuerst die beiden Knoten der horizontalen Linie und dann die vertikale Achse des Koordinatensystems ausgewählt werden. Die Symmetriebeschränkung wird durch Klicken auf die Schaltfläche hinzugefügt. Dasselbe geschieht für eine vertikale Linie, aber stattdessen wird jetzt die horizontale Achse als Symmetrieachse ausgewählt. Die Abbildung unten zeigt das Ergebnis. Das Rechteck bleibt nun in der Mitte und kann nur in der Größe verändert, aber nicht verschoben werden.



Dies war die Vorbereitung für das Rechteck. Die obere horizontale Linie sollte der Abstand AS der Konstruktion der goldenen Ration sein. Eine zusätzliche Linie ist erforderlich, um den SB-Abstand darzustellen. Sie wird ein wenig schräg gezeichnet, wie unten gezeigt. Dadurch wird die automatische Beschränkung auf die Horizontale vermieden. Diese Linie sollte stattdessen später mit einem 180°-Winkel begeschränkt werden, um zu vermeiden, dass es mehrere Lösungen für die konstruierte Zwangskombination gibt. Wenn die Linie mit einer horizontalen Beschränkung gezeichnet wird, beschwert sich der Skizzierer später beim Hinzufügen der 180°-Winkelbeschränkung. Die horizontale Beschränkung muss in einem solchen Fall entfernt werden. Das Bild zeigt, wie eine Winkelabhängigkeit hinzugefügt wird, indem zwei Linien ausgewählt und auf geklickt wird. Nach dem Hinzufügen einer Linie ist es oft ratsam, an der Linie mit der Maus zu ziehen. Dadurch wird leicht ersichtlich, ob eine Linie nicht mit den anderen gezeichneten Elementen verbunden ist. Wenn eine Linie nicht direkt mit den anderen Linien verbunden ist, können in späteren Schritten der Bauteilkonstruktion Probleme auftreten.



.



.



.



.

.



Um die Länge von BC zu definieren, muss die Linie am Bogen enden. Dies geschieht durch die Einstellung einer Koinzidenzbeschränkungsbedingung zwischen dem letzten Bogenpunkt und dem C Punkt, wie unten dargestellt. Beide Punkte müssen ausgewählt werden, und die Erstelle Koinzidenz Schaltfläche   muss angeklickt werden.



.



.



.



.



.



.



Übung: elastische Skizze
.



.



.



.

.