Sketcher Workbench/de: Difference between revisions

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Revision as of 17:28, 17 August 2022

Sketcher Arbeitsbereichssymbol

Einführung

Der FreeCAD-Arbeitsbereich Sketcher wird verwendet, um 2D-Geometrien für den Gebrauch in den Arbeitsbereichen PartDesign, Arch und anderen Arbeitsbereichen zu erstellen. Im Allgemeinen wird eine 2D-Zeichnung als Ausgangspunkt für die meisten CAD-Modelle angesehen, da eine 2D-Skizze "extrudiert" werden kann, um eine 3D-Form zu erstellen; weitere 2D-Skizzen können verwendet werden, um andere Merkmale wie Taschen, Stege oder Extrusionen auf den zuvor erstellten 3D-Formen zu erstellen. Zusammen mit booleschen Operationen, definiert im Arbeitsbereich Part, bildet der Sketcher die Grundlage der Konstruktive-Festkörpergeometrie-Methode (engl. constructive solid geometry (CSG) method) für den Aufbau von Volumenkörpern. Darüber hinaus bildet der Sketcher zusammen mit den Abläufen des Arbeitsbereichs PartDesign auch die Grundlage der Methodik der Formelemente-Bearbeitung zum erstellen von Geometrieelementen, um Volumenkörper zu erzeugen.

Der Arbeitsbereich Sketcher bietet Randbedingungen (auch: Ein-/Beschränkungen; engl.: constraints), die es 2D-Formen erlauben/ermöglichen, präzisen geometrischen Vorgaben bezüglich Länge, Winkel und Lage (wie horizontal, vertikal, rechtwinklig, usw.) zu folgen. Ein Löser für geometrische Gleichungen (Constraint-Solver) berechnet die vorgegebene Ausdehnung der 2D-Geometrie und ermöglicht die interaktive Untersuchung von Freiheitsgraden in der Skizze.

Eine vollständig bestimmte Skizze‎

Grundlagen des Skizzierens mit Randbedingungen

Um zu erklären, wie der Sketcher arbeitet, ist es sinnvoll, das Vorgehen mit der traditionellen Art des Entwerfens zu vergleichen.

Traditionelle Zeichnungserstellung

Die traditionelle Art des CAD-Zeichnens leitet sich vom Zeichnen am Reißbrett ab. Orthogonale (2D-) Ansichten werden von Hand gezeichnet, um technische Zeichnungen (auch Blaupausen genannt) zu erstellen. Objekte werden genau in der vorgesehenen Größe oder den Abmaßen entsprechend gezeichnet. Soll eine horizontale Linie von 100 mm Länge gezeichnet werden, die bei (0,0) beginnt, aktiviert man das Linienwerkzeug, klickt auf auf den Bildschirm oder gibt die Koordinaten für den ersten Punkt (0,0) ein, klickt ein zweites Mal oder gibt die Koordinaten des zweiten Punktes (100,0) ein. Oder man zeichnet die Linie ohne Rücksicht auf ihre Position und verschiebt sie hinterher. Wenn die Geometrien fertig gezeichnet sind, werden noch Maße hinzugefügt.

Skizzieren mit Randbedingungen

Der Sketcher (Skizzierer) entfernt sich von dieser Logik. Objekte müssen (zuerst) nicht genau so gezeichnet werden, wie man es (letztlich) beabsichtigt, da sie später durch Randbedingungen festgelegt werden. Objekte können grob gezeichnet werden und solange sie nicht festgelegt sind, können sie verändert werden. Sie sind gewissermaßen schwebend und können verschoben, gestreckt, gedreht, skaliert, usw. werden. Das ergibt eine große Flexibilität im Entwurfsprozess.

Was sind Randbedingungen?

Anstelle von Maßen werden Randbedingungen (auch Beschränkungen, Einschränkungen, Zwangsbedingung genannt) verwendet, um die Freiheitsgrade eines Objektes zu reduzieren. Beispielsweise besitzt eine (2D-) Linie ohne Randbedingung 4 Freiheitsgrade (engl.: Degree(s) of freedom, abgekürzt als "DOF"): Sie kann horizontal oder vertikal verschoben, sie kann gestreckt, oder gedreht werden.

Durch Vorgabe einer Ausrichtung, wie horizontal, vertikal oder eines Winkels (relativ zu einer anderen Linie oder zu einer der Achsen), wird ihr die Fähigkeit zu rotieren genommen, sodass 3 Freiheitsgrade übrig bleiben. Das Festsetzen eines der Punkte relativ zum Ursprung entfernt weitere 2 Freiheitsgrade. Und das Festlegen der Länge entfernt den letzten Freiheitsgrad. Die Skizze ist dann vollständig bestimmt.

Mehrere Objekte können relativ zueinander ausgerichtet werden. Zwei Linien können durch je einen ihrer Punkte mit der Bedingung KoinzidentFestlegen (deckungsgleich) verbunden werden. Ein Winkel kann zwischen ihnen festgelegt werden oder sie können rechtwinklig zueinander festgelegt werden. Eine Linie kann tangential zu einem Bogen oder einem Kreis sein, usw. Eine komplexe Skizze mit mehreren Objekten kann auf verschiedene Arten festgelegt werden und wenn man sie vollständig bestimmt, bedeutet dies, dass, basierend auf den verwendeten Randbedingungen, genau eine dieser Möglichkeiten erreicht wurde.

Es gibt zwei Arten von Randbedingungen: geometrische und maßliche. Sie sind im Abschnitt 'Werkzeuge' weiter unten ausführlich beschrieben.

Wofür der Skizzierer nicht geeignet ist

Der Skizzierer ist nicht für die Herstellung von 2D Blaupausen vorgesehen. Sobald Skizzen verwendet werden, um eine Volumenkörpermerkmal zu erzeugen, werden sie automatisch verborgen. Beschränkungen sind nur im Bearbeitungsmodus Skizze sichtbar.

Falls du nur 2D Ansichten zum Ausdrucken erzeugen möchtest und keine 3D Modelle, dann schau dir den Arbeitsbereich Entwurf an. Anders als Skizzierer Elemente, verwenden Entwurfsobjekte keine Beschränkungen; sie sind einfache Formen die im Augenblick der Erstellung definiert werden. Sowohl Draft und Skizzierer können zum zeichnen von 2D Geometrien und zum Erzeugen von 3D Volumenkörpern verwendet werden, obwohl ihre bevorzugte Verwendung unterschiedlich ist; der Skizzierer wird normalerweise mit dem Part Arbeitsbereich und PartDesign Arbeitsbereich verwendet um Volumenkörper zu erzeugen; Entwurf wird normalerweise verwendet für einfache ebene Zeichnungen über einem Raster, so wie beim Zeichnen eines Architektur Grundrisses; in solchen Situationen werden Entwurfsobjekte hauptsächlich zusammen mit dem Arch Arbeitsbereich verwendet. Das Werkzeug EntwurfZuSkizze wandelt ein Entwurfsobjekt in ein Skizzenobjekt, und umgekehrt; Viele Werkzeuge, die ein 2D Element als Eingabe benötigen, arbeiten mit beiden Objekttypen, da eine interne Konversion automatisch erfolgt.

Arbeitsablauf beim Skizzieren

Eine Skizze ist stets zweidimensional (2D). Um einen Volumenkörper zu erzeugen, wird eine 2D Skizze eines einzelnen, eingeschlossenen Bereichs erstellt und dann entweder aufgepolstert oder gedreht, um die dritte Dimension hinzuzufügen und um einen 3D Volumenkörper aus einer 2D Skizze zu erzeugen.

Wenn eine Skizze Segmente besitzt, die einander überschneiden, wenn sie Stellen enthält an denen ein Punkt nicht direkt auf einem Segment liegt, oder Stellen an denen Lücken zwischen Endpunkten angrenzender Segmente existieren, wird Aufpolstern oder Rotieren keine Festkörper erstellen.

Manchmal funktioniert eine Skizze, die sich überschneidende Linien enthält, für eine einfache Operation wie Aufpolstern, jedoch spätere Arbeitsgänge wie etwa lineare Muster werden fehlschlagen. Vermeide am besten die Überschneidung von Linien. Die Konstruktionsgeometrie (blau) bildet eine Ausnahme von dieser Regel. Hier dürfen sich Linien überschneiden ohne Probleme zu verursachen.

Die zum eigentlichen Zeichnen (Erstellen der zweidimensionalen geometrischen Grundelemente) benutzten Werkzeuge sind unter Skizziergeometrien zusmmengefasst.

Sobald eine Skizze vollständig beschränkt ist, wechselt die Skizzenmerkmale zu einem leuchtend hellen grün; Konstruktionsgeometrie hingegen bleibt blau. Normalerweise ist die Skizze an dieser Stelle "fertig bearbeitet" und für die Erstellung eines 3D Volumenkörpers geeignet. Sobald das Dialogfeld Skizze geschlossen ist, lohnt es sich jedoch möglicherweise, zum Part Arbeitsbereich zu gehen und Geometrie prüfen auszuführen, um sicherzustellen, dass die Skizze keine Merkmale enthält, die zu späteren Problemen führen können.

Werkzeuge

Die Werkzeuge des Arbeitsbereichs Sketcher sind alle im Sketch-Menü zu finden, das beim Laden des Arbeitsbereichs erscheint.

Allgemein

  • Skizze erstellen: Erstellt eine neue Skizze auf einer ausgewählten Fläche oder Ebene. Falls bei der Ausführung dieses Werkzeugs keine Fläche gewählt wurde, wird der Benutzer über ein Dialogfenster zur Auswahl einer Ebene aufgefordert.
  • Schnitt anzeigen: Erzeugt eine Schnittebene, und verbirgt vorübergehend alles, was sich vor der Skizzierebene befindet.
  • Skizze spiegeln: Spiegelt eine Skizze entlang der X-Achse, der Y-Achse oder dem Ursprung.
  • Vorgang beenden: Wenn der Bearbeitungsmodus aktiv ist, wird der aktuellen Vorgang beendet, egal ob es sich um das Zeichnen oder das Festlegen von Randbedingungen usw. handelt.

Sketcher-Geometrien

Dies sind Werkzeuge zum Erstellen von Objekten.

  • Linie erstellen: Zeichnet ein Linienabschnitt zwischen 2 Punkten. Linien werden von bestimmten Randbedingungen als unendlich angesehen.
  • Einen Bogen erstellen: Dies ist ein Symbolmenü in der Skizzierer Werkzeugleiste, das die folgenden Befehle enthält:
  • Bogen: Zeichnet ein Bogensegment aus Mittelpunkt, Radius, Startwinkel und Endwinkel.
  • Bogen durch 3 Punkte: Zeichnet einen Kreisbogen aus zwei Endpunkten und einem weiteren Punktes auf dem Umfang.
  • Einen Kreis erstellen: Dies ist ein Symbolmenü in der Skizzierer Werkzeugleiste, das die folgenden Befehle enthält:
  • Kreis: Zeichnet einen Kreis aus Mittelpunkt und Radius.
  • Ellipse by center: Draws an ellipse by center point, major radius point and minor radius point.
  • Arc of ellipse: Draws an arc of ellipse by center point, major radius point, starting point and ending point.
  • B-spline erstellen: Dies ist ein Symbolmenü in der Skizzierer Werkzeugleiste, das die folgenden Befehle enthält:
    • B-spline erstellen: Zeichnen einer B-spline Kurve (verkettete Linie) durch die Kontrollpunkte.
    • Create periodic B-pline: Zeichnet eine periodische (geschlossene) B-Spline Kurve anhand ihrer Kontrollpunkte.
  • B-spline: Draws a B-spline curve by its control points.

Zeichnet eine Linie aus mehreren Liniensegmenten. Drücken der M Taste während des Zeichnens einer Polylinie schaltet zwischen den verschiedenen Polylinienmodi.

  • Rechteck: Zeichnet ein Rechteck aus zwei gegenüber liegenden Punkten.
  • Dreieck: Zeichnet ein regelmäßiges Dreieck, das einem Konstruktionsgeometriekreis einbeschrieben ist.
  • Quadrat: Zeichnet ein regelmäßiges Quadrat, das einem Konstruktionsgeometriekreis einbeschrieben ist.
  • Fünfeck: Zeichnen eines regelmäßigen Fünfecks das einem Umkreis einbeschrieben ist.
  • Sechseck: Zeichnen eines regelmäßigen Sechsecks das einem Umkreis einbeschrieben ist.
  • Siebeneck: Zeichnen eines regelmäßigen Siebenecks das einem Umkreis einbeschrieben ist.
  • Achteck: Zeichnen eines regelmäßigen Achtecks das einem Umkreis einbeschrieben ist.
  • Regelmäßiges Polygon erzeugen : Zeichnen eines regelmäßigen Polygons durch Auswahl der Anzahl der Seiten und Auswahl zweier Punkte: dem Zentrum und einer Ecke.
  • Langloch: Zeichnet ein Oval, indem das Zentrum des einen Halbkreises und ein Endpunkt des anderen Halbkreises ausgewählt werden.
  • Verrundung: Erstellt eine Verrundung zwischen zwei Linien, die an einem Punkt verbunden sind. Wähle beide Linien oder klicke auf den Eckpunkt und aktiviere dann das Werkzeug.
  • Stutzen: Stutzt eine Gerade, einen Kreis oder Kreisbogen mit Bezug zum angeklickten Punkt.
  • Dehnen: Dehnt eine Linie oder einen Kreisbogen zu einer Grenzlinie, einem Bogen, einer Ellipse, einem Ellipsenbogen oder einem Raumpunkt.
  • Kopie: Kopiert die Geometrie einer anderen Skizze.
  • Konstruktionsmodus: Schaltet die Skizzengeometrie vom/ zum Konstruktionsmodus um. Konstruktionsgeometrie wird in Blau angezeigt und außerhalb des Skizziermodus verworfen.

Skizzierbeschränkungen

Beschränkungen werden benutzt, um Längen zu definieren, Regeln zwischen Skizzenelementen aufzustellen und die Skizze entlang der vertikalen und horizontalen Achsen festzulegen. Einige Beschränkungen benötigen die Verwendung von Hilfsbeschränkungen.

Geometric constraints

Gometrische Beschränkungen

Diese Beschränkungen sind nicht mit nummerischen Daten verknüpft.

Befestigt einen Punkt auf (deckungsgleich mit) einem oder mehreren anderen Punkten.

Fügt einen Punkt einem anderen Objekt hinzu, z. B. einer Linie, einem Kreisbogen oder einer Achse.

  • Vertikal: Beschränkt die ausgewählten Linien oder Polylinienelemente auf eine echte vertikale Ausrichtung. Vor dem Anwenden dieser Beschränkung kann mehr als ein Objekt ausgewählt werden.
  • Horizontal: Beschränkt die ausgewählten Linien oder Polylinienelemente auf eine echte horizontale Ausrichtung. Vor der Anwendung dieser Beschränkung kann mehr als ein Objekt ausgewählt werden.
  • Parallel: Beschränkt zwei oder mehr Linien parallel zueinander.
  • Senkrecht: Beschränkt zwei Linien senkrecht zueinander oder eine Linie senkrecht zu einem Kreisbogenendpunkt.
  • Tangente: Erzeugt eine Tangenten Beschränkung zwischen zwei ausgewählten Objekten oder eine kollineare Beschränkung zwischen zwei Liniensegmenten. Ein Liniensegment muss nicht direkt an einem Kreis oder Kreisbogen liegen, um tangential beschränkt zu diesem Kreis oder Kreisbogen zu werden.
  • Gleiche Länge: Beschränkt zwei ausgewählte Objekte zueinander gleichgesetzt. Bei Verwendung mit Kreisen oder Bögen werden deren Radien gleich gesetzt.
  • Symmetrisch: Beschränkt zwei Punkte symmetrisch um eine Linie oder beschränkt die ersten zwei gewählten Punkte symmetrisch um einen dritten gewählten Punkt.

Dimensional constraints

Dimensionale Beschränkungen

Dies sind Beschränkungen, die mit numerischen Daten verknüpft sind, für die du die Ausdrücke verwenden kannst. Die Daten können aus einer Kalkulationstabelle entnommen werden.

Beschränkt das ausgewählte Element, in dem vertikale und horizontale Abstände relativ zum Ursprung festgelegt werden, wodurch die Position dieses Elements gesperrt wird. Diese Beschränkungsabstände können später bearbeitet werden.

  • Horizontaler Abstand: Legt den horizontalen Abstand zwischen zwei Punkten oder Linienendpunkten fest. Wenn nur ein Element ausgewählt ist, wird der Abstand zum Ursprung festgelegt.
  • Vertikaler Abstand: Legt den vertikalen Abstand zwischen 2 Punkten oder Linienendpunkten fest. Wenn nur ein Element ausgewählt ist, wird der Abstand zum Ursprung festgelegt.
  • Abstand: Legt den Abstand einer ausgewählten Linie durch Beschränken ihrer Länge oder legt den Abstand zwischen zwei Punkten durch Beschränken des Abstands zwischen ihnen fest.
  • Arc or circle: This is an icon menu in the Sketcher constraints toolbar that holds the following commands:
  • Radius: Definiert den Radius eines ausgewählten Kreisbogens oder Kreises durch Beschränkung des Radius.
  • Durchmesser: Definiert den Durchmesser eines ausgewählten Bogens oder Kreises durch Beschränkung des Durchmessers.
  • Radiam: Definiert automatisch Radius/Durchmesser eines ausgewählten Bogens oder Kreises (Gewicht für einen B-Spline-Pol, Durchmesser für einen vollständigen Kreis, Radius für einen Bogen) eingeführt mit Version 0.20
  • Winkel: Definiert den Innenwinkel zwischen zwei ausgewählten Linien.
  • Diameter: Defines the diameter of a selected arc or circle by constraining the diameter.
  • Radiam: Automatically defines radius/diameter of a selected arc or circle (weight for a B-spline pole, diameter for a complete circle, radius for an arc). introduced in version 0.20
  • Angle: Defines the internal angle between two selected lines.

Besondere Beschränkungen

  • Snelliussches Gesetz: Beschränkt zwei Linien so, dass sie einem Brechungsgesetz unterliegen, um das durch eine Grenzfläche gehende Licht zu simulieren.
  • Interne Ausrichtung: Richtet ausgewählte Elemente an der ausgewählten Form aus (z. B. eine Linie, die zur Hauptachse einer Ellipse wird).

Constraint tools

Beschränkungswerkzeuge

Die folgenden Werkzeuge können verwendet werden, um die Wirkung von Beschränkungen zu ändern:

Skizzierer Werkzeuge

  • Form schließen: Erstellt eine geschlossene Form, durch Anwendung deckungsgleicher Beschränkungen auf Endpunkte.
  • Elemente verbinden: Verbindet Skizzenelemente, durch Anwendung von Koinzidenzbeschränkungen auf Endpunkte.
  • Show/Hide internal geometry: Stellt fehlende oder löscht nicht benötigte interne Geometrie einer ausgewählten Ellipse, eines Ellipsen-/ Hyperbel-/ Parabel- oder B-Spline-Bogens.
  • Symmetrie: Kopiert ein Skizzierelement symmetrisch zu einer ausgewählten Linie.
  • Klon: Klont ein Skizziererelement
  • Verschieben: Verschiebt die ausgewählte Geometrie unter Bezug auf den zuletzt ausgewählten Punkt.

Skizze B-spline Werkzeuge

Skizzierer virtueller Raum

  • Virtuellen Raum wechseln: Ermöglicht dir alle Beschränkungen einer Skizze auszublenden und wieder sichtbar zu machen.

Einstellungen

  • Einstellungen: Einstellungen für den Skizzierer Arbeitsbereich.

Best Practices

Bewährte Vorgehensweisen

Jeder CAD Benutzer entwickelt im Laufe der Zeit seine eigene Arbeitsweise, aber es gibt einige nützliche allgemeine Grundsätze, die zu befolgen sind.

  • Eine Reihe einfacher Skizzen ist einfacher handzuhaben als eine komplexe einzelne Skizze. Beispielsweise kann eine erste Skizze für die grundlegenden 3D Funktionen (entweder ein aufpolstern oder ein drehen) erstellt werden, während eine zweite Skizze Löcher oder Ausschnitte (Taschen) enthalten kann. Einige Details können weggelassen werden, um später als 3D Funktionen realisiert zu werden. Sie können wählen, dass Verrundungen in Ihrer Skizze vermieden werden, wenn zu viele vorhanden sind, und diese als 3D Funktionen hinzugefügt werden.
  • Erstelle immer ein geschlossenes Profil, da Deine Skizze keinen Volumenkörper, sondern eine Reihe offener Seitenflächen erzeugt. Wenn Du nicht möchtest, dass einige der Objekte in die Volumenkörpererstellung einbezogen werden, können sie mit dem Konstruktionsmodus Werkzeug in Konstruktionselemente umgewandelt werden.
  • Verwende die automatische Beschränkungsfunktion, um die Anzahl der Beschränkungen zu begrenzen, die Sie manuell hinzufügen müssen.
  • Wende in der Regel zuerst geometrische und dann maßliche Beschränkungen an und sperre sie am Ende Deiner Skizze. Aber denke daran: Regeln sind dazu da, gebrochen zu werden. Wenn Probleme beim Bearbeiten Deiner Skizze auftreten, kann es hilfreich sein, zuerst einige Objekte einzuschränken, bevor Dein Profil vervollständigt wird.
  • Wenn möglich, zentriere Deine Skizze auf den Ursprung (0,0) mit der Sperr Beschränkung. Wenn Deine Skizze nicht symmetrisch ist, suche einen ihrer Punkte zum Ursprung oder wähle schöne runde Zahlen für die Verriegelungsabstände. Externe Beschränkungen (Beschränken der Skizze auf vorhandene 3D-Geometrie wie Kanten oder andere Skizzen) sind in v0.12 nicht implementiert. Dies bedeutet, dass die Abstände zur ersten Skizze manuell festgelegt werden müssen, um die Geometrie der folgenden Skizzen zur ersten Skizze festzulegen. Eine Sperrbeschränkung von (25,75) vom Ursprung kann man sich leichter merken als (23.47,73.02).
  • Wenn man die Möglichkeit hat, zwischen der Längenbeschränkung und der horizontalen oder vertikalen Abstandsbeschränkung zu wählen, bevorzuge die Letztere. Horizontale und vertikale Abstandsbeschränkungen sind rechentechnisch billiger.
  • Im Allgemeinen sind die besten Beschränkungen zur Verwendung: Horizontale und vertikale Beschränkungen; Horizontale und vertikale Längenbeschränkungen; Punkt-zu-Punkt Tangentialität. Wenn möglich, begrenze die Verwendung der folgenden: der allgemeinen Längenbeschränkung; Tangentialität von Kante zu Kante; Fixpunkt auf einer Linienbeschränkung; Symmetriebeschränkung.
  • Wenn Zweifel an der Gültigkeit einer Skizze bestehen, nachdem diese vollständig ist (Merkmale werden grün), schließe das Skizzierer Dialogfeld, wechsle zum Arbeitbereich Part und führe das Geometrie prüfen aus.

Tutorien

Skripten

Die Skizzierer Skripten Seite enthält Beispiele für die Erstellung von Beschränkungen aus Python Skripten.