Arbeitsbereich Sketcher

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Symbol des Arbeitsbereichs Sketcher

Einleitung

Der FreeCAD-Arbeitsbereich Sketcher wird verwendet, um 2D-Skizzen 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.

Together with boolean operations defined in the Part Workbench, the Sketcher Workbench, or "The Sketcher" for short, forms the basis of the constructive solid geometry (CSG) method of building solids. Together with PartDesign Workbench operations, it also forms the basis of the feature editing methodology of creating solids. But many other workbenches use sketches as well.

Der Arbeitsbereich Sketcher bietet Randbedingungen (auch: Beschränkungen, Zwangsbedingungen oder Einschränkungen der Freiheitsgrade; engl.: constraints), die es erlauben die 2D-Formen präzise geometrisch zueinander auszurichten und Vorgaben bezüglich Länge, Winkel und Lage zu machen (wie etwa horizontal, vertikal, parallel, rechtwinkelig, tangential usw.). Ein mathematischer Löser (engl.: Constraint-Solver) berechnet und löst diese geometrischen Gleichungen und bestimmt dadurch die 2D-Geometrie.

Der Arbeitsbereich erlaubt auch die interaktive Untersuchung der Freiheitsgrade in der Skizze.

Der Sketcher ist nicht für die Herstellung von technischen Zeichnungen (Blaupausen) vorgesehen. Sobald Skizzen verwendet wurden um ein Volumenkörpermerkmal zu erzeugen, werden sie automatisch verborgen. Randbedingungen sind nur im Skizzenbearbeitungsmodus sichtbar.

Eine vollständig bestimmte Skizze‎

Constraints

Anstelle von Maßen werden hier 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 Endpunkte mit der Bedingung KoinzidentFestlegen (deckungsgleich) verbunden werden. Soll heißen, sie werden zusammengehängt. Ein Winkel kann zwischen den beiden Linien festgelegt werden - insbesondere auch ein rechter Winkel. Eine Linie kann tangential zu einem Bogen oder einem Kreis sein, usw. Eine komplexe Skizze mit mehreren Objekten kann auf verschiedene Arten festgelegt und vollständig bestimmt werden. Wenn man sie vollständig bestimmt, bedeutet das, dass nur noch genau eine Geometrie möglich ist. Die Geometrie ist dann fixiert und es bewegt sich nichts mehr.

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

Driving vs. reference constraints

Edit constraints

When a driving constraint is created, and if the Ask for value after creating a dimensional constraint preference is selected (default), a dialog opens to edit its value.

Sketcher_Edit_Constraint.png

You can enter a numerical value or an expression, and it is possible to name the constraint to facilitate its use in other expressions. You can also check the Reference checkbox to switch the constrain to reference mode.

To edit the value of an existing dimensional constraint do one of the following:

  • Double-click the constraint value in the 3D view.
  • Double-click the constraint in the Sketcher Dialog.
  • Right-click the constraint in the Sketcher Dialog and select the Change value option from the context menu.

Reposition constraints

Constraints can be repositioned in the 3D view by dragging. Hold down the left mouse button over the constraint value and move the mouse.

Profile sketches

To create a sketch that can be used as a profile for generating solids certain rules must be followed:

  • The sketch must contain only closed contours. Gaps between endpoints, however small, are not allowed.
  • Contours can be nested, to create voids, but should not self-intersect or intersect other contours.
  • Contours cannot share edges with other contours. Duplicate edges should be avoided.
  • T-connections, that is more than two edges sharing a common point, or a point touching an edge, are not allowed.

These rules do not apply to construction geometry (default color blue), which is not shown outside edit mode, or if the sketch is used for a different purpose. Depending on the workbench and the tool that will use the profile sketch, additional restrictions may apply.

Drawing aids

The Sketcher Workbench has several drawing aids and other features that can help when creating geometry and applying constraints.

Continue modes

There are two continue modes: Geometry creation "Continue Mode" and Constraint creation "Continue Mode". If these are checked (default) in the preferences, related tools will restart after finishing. To exit an continuous tool press Esc or the right mouse button. This must be repeated if a continuous geometry tool has already received input. You can also exit a continuous tool by starting another geometry or constraint creation tool. Note that pressing Esc if no tool is active will exit sketch edit mode. Uncheck the Esc can leave sketch edit mode preference if you often inadvertently press Esc too many times.

Auto constraints

In sketches that have Auto constraints checked (default) several constraints are applied automatically when hovering the cursor properly (their symbols are displayed next to the cursor before applying). This is a per-sketch setting that can be changed in the Sketcher Dialog or by changing the AnsichtAutoconstraints property of the sketch. The following constraints are applied automatically:

Snapping

introduced in version 0.21

It is possible to snap to grid lines and grid intersection, to edges of geometry and midpoints of lines and arcs, and to certain angles. Please note that snapping does not produce constraints in and of itself. For example, only if Auto constraints is switched on will snapping to an edge produce a Point on object constraint. But just picking a point on the edge would then have the same result.

On-View-Parameters

introduced in version 0.22

Depending on the selected option in the preferences only the dimensional On-View-Parameters or both the dimensional and the positional On-View-Parameters can be enabled. Positional parameters allow the input of exact coordinates, for example the center of a circle, or the start point of a line. Dimensional parameters allow the input of exact dimensions, for example the radius of a circle, or the length and angle of a line. On-View-Parameters are not available for all tools.

Determining the center point of a circle with the positional parameters enabled

Determining the radius of a circle with the dimensional parameters enabled

If values are entered and confirmed by pressing Enter or Tab, related constraints are added automatically. If two parameters are displayed at the same time, for example the X and Y coordinate of a point, it is possible to enter one value and pick a point to define the other. Depending on the object additional constraints may be required to fully constrain it. Constraints resulting from On-View-Parameters take precedence over those that may result from Auto constraints.

Arc created by entering all On-View-Parameters with resulting automatically created constraints

Coordinate display

If the Show coordinates beside cursor while editing preference is checked (default), the parameters of the current geometry tool (coordinates, radius, or length and angle) are displayed next to the cursor. This is deactivated while On-View-Parameters are shown.

Selection

No need for Ctrl, but... Select in Sketcher Dialog...

Box selection

Connected geometry selection

Copy, cut and paste

introduced in version 0.22

The standard keyboard shortcuts can be used to copy, Ctrl+C, cut, Ctrl+X, and paste, Ctrl+V, the currently selected Sketcher geometry including related constraints. But these tools are also available from the Sketch → Sketcher tools menu. They can be used within the same sketch but also between different sketches or separate instances of FreeCAD. Since the data is copied to the clipboard in the form of Python code, it can be used in other ways too (e.g. shared on the forum).

Werkzeuge

Die Werkzeuge des Arbeitsbereichs Sketcher sind im Menü Sketch und/oder mehreren Symbolleisten zu finden. eingeführt mit Version 0.21: Fast alle Sketcher-Symbolleisten werden nur dann dargestellt, wenn sich eine Skizze im Bearbeitungsmodus befindet. Die einzige Ausnahme ist die Symbolleiste Sketcher, die nur dargestellt wird, wenn sich keine Skizze im Bearbeitungsmodus befindet.

eingeführt mit Version 0.21: Ist eine Skizze im Bearbeitungsmodus, ist die Werkzeugleiste Struktur ausgeblendet, da dann keins ihrer Werkzeuge verwendet werden kann.

Allgemein

Symbolleiste Sketcher

  • 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.
  • Skizze überprüfen: Analysiert und repariert eine Skizze, die nicht mehr bearbeitet werden kann, die ungültige Randbedingungen enthält oder der Koinzidenz-Randbedingungen fehlen.
  • Skizze spiegeln: Spiegelt eine Skizze entlang der X-Achse, der Y-Achse oder dem Ursprung.

Symbolleiste Sketcher-Bearbeitungsmodus

  • Schnitt anzeigen: Erzeugt eine Schnittebene, und verbirgt vorübergehend alles, was sich vor der Skizzierebene befindet.

Symbolleiste Sketcher-Werkzeuge Bearbeitung

Andere

  • 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.

Skizzengeometrien

Dies sind Werkzeuge zum Erstellen von Objekten.

  • Linie erstellen: Zeichnet ein Linienabschnitt zwischen 2 Punkten. Linien werden von bestimmten Randbedingungen als unendlich angesehen.
  • Bogen erstellen:
  • Kreis erstellen:
  • Kegelschnitt erstellen:
  • B-Spline erstellen:
  • Linienzug erstellen: Zeichnet eine Linie aus mehreren Liniensegmenten. Das Drücken der M-Taste während des Zeichnens eines Linienzuges, wechselt zwischen den verschiedenen Linienzug-Modi.
  • Rechteck erstellen:
  • Regelmäßiges Vieleck erstellen:
  • Quadrat erstellen: Zeichnet ein Quadrat, das einem Konstruktionsgeometriekreis einbeschrieben ist.
  • Fünfeck erstellen: Zeichnet ein regelmäßigen Fünfeck das einem Umkreis einbeschrieben ist.
  • Sechseck erstellen: Zeichnet ein regelmäßiges Sechseck, das einem Umkreis einbeschrieben ist.
  • Siebeneck erstellen: Zeichnet ein regelmäßiges Siebeneck, das einem Umkreis einbeschrieben ist.
  • Achteck: Zeichnet ein regelmäßiges Achtecks, das einem Umkreis einbeschrieben ist.
  • Regelmäßiges Vieleck erstellen : Zeichnet ein regelmäßiges Vieleck durch Auswahl der Anzahl der Seiten und Auswahl zweier Punkte: dem Zentrum und einer Ecke.
  • Oval erstellen:
  • Oval erstellen: Zeichnet ein Oval, indem das Zentrum des einen Halbkreises und ein Endpunkt des anderen Halbkreises ausgewählt werden. (Eignet sich gleichermaßen für Passfedern wie für (Passfeder-) Nuten)
  • Verrundung erstellen:
  • Chamfer: Creates a chamfer between two non-parallel edges.
  • Kante bearbeiten:
  • Kante zuschneiden: Stutzt eine Gerade, einen Kreis oder einen Kreisbogen unter Berücksichtigung des angeklickten Punktes.
  • Kante verlängern: Verlängert eine Linie oder einen Kreisbogen bis zu einer begrenzenden Kante, z.B. einer Linie, einem Bogen, einer Ellipse, einem Ellipsenbogen, oder einem Punkt im Raum.
  • Pause: Paust die Geometrie aus einer anderen Skizze ab.
  • Umschalten der Hilfsgeometrie: Schaltet die Skizzengeometrie vom/zum Konstruktionsmodus um. Die Konstruktionsgeometrie wird in Blau angezeigt und ist außerhalb des Bearbeitungsmodus nicht sichtbar.

Sketcher-Randbedingungen

Randbedingungen (Festlegungen, Beschränkungen) werden benutzt, um Längen festzulegen, Regeln zwischen Skizzenelementen aufzustellen und die Skizze entlang der vertikalen und horizontalen Achsen festzulegen. Einige Randbedingungen benötigen die Verwendung von Hilfsrandbedingungen.

  • Koinzidenz festlegen: Befestigt einen oder mehrere Punkte koinzident (= deckungsgleich) auf einem anderen Punkt. Diese Randbedingung verhält sich wie eine Randbedingung Konzentrisch festlegen, wenn zwei oder mehr Kreise, Bögen, Ellipsen oder Ellipsenbögen ausgewählt werden.
  • Punkt auf Objekt festlegen: Befestigt einen Punkt an einem anderen Objekt wie z. B. einer Linie, einem Kreisbogen oder einer Achse.
  • Horizontal/Vertikal:
  • Horizontal festlegen: Legt die Ausrichtung der ausgewählten Linien oder Linienzugelemente auf genau horizontal fest. Es kann mehr als ein Objekt ausgewählt werden, bevor diese Randbedingung angewendet wird.
  • Vertikal festlegen: Legt die Ausrichtung der ausgewählten Linien oder Linienzugelemente auf genau vertikal fest. Es kann mehr als ein Objekt ausgewählt werden, bevor diese Randbedingung angewendet wird.
  • Rechtwinklig festlegen: Legt zwei Linien senkrecht aufeinander fest oder eine Linie senkrecht auf einen (Kreisbogen in einem) Bogenendpunkt.
  • Tangential festlegen: Legt eine Tangentenbedingung zwischen zwei ausgewählten Elementen fest; sind zwei Geradenabschnitte ausgewählt werden sie fluchtend (kollinear) festgelegt. Ein Geradenabschnitt muss nicht direkt an einem Kreis oder Kreisbogen liegen, um tangential zu diesem Kreis oder Kreisbogen festgelegt zu werden.
  • Gleichheit festlegen: Setzt die Längen zweier ausgewählter Geradenabschnitte gleich. Bei Verwendung mit Kreisen oder Bögen werden deren Radien gleich gesetzt.
  • Symmetrie festlegen: Legt zwei Punkte symmetrisch zu einer Linie oder einem dritten Punkt fest.
  • Fixieren: Blockiert die Bewegung einer Kante, d.h. es wird verhindert, dass ihre Knotenpunkte ihre Lage ändern. Es eignet sich besonders, um die Position von B-Splines zu fixieren. Siehe das Block Constraint forum topic (engl.).
  • Maßliche Randbedingungen:
  • Horizontalen Abstand festlegen (XAbstandFestlegen): Legt den horizontalen Abstand zwischen zwei Punkten oder Linienendpunkten fest. Wenn nur ein Element ausgewählt ist, wird der Abstand zum Ursprung festgelegt.
  • Vertikalen Abstand festlegen (YAbstandFestlegen): Legt den vertikalen Abstand zwischen 2 Punkten oder Linienendpunkten fest. Wenn nur ein Element ausgewählt ist, wird der Abstand zum Ursprung festgelegt.
  • Radius: Legt den Radius eines ausgewählten Kreisbogens oder Kreises fest oder das Gewicht eines B-Spline-Pols.
  • Winkel festlegen: Legt den Innenwinkel zwischen zwei ausgewählten Linien fest.
  • Sperren: Fixiert das ausgewählte Element (Knotenpunkt), indem der vertikale und der horizontale Abstand relativ zum Ursprung festgelegt werden, wodurch die Position dieses Elements gesperrt wird. Diese Abstandsbedingungen können später bearbeitet werden.

Besondere Randbedingungen

Werkzeuge für Randbedingungen

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

Sketcher-Werkzeuge

  • Interne Geometrie anzeigen / ausblenden (InterneAusrichtungsgeometrieWiederherstellen): Stellt fehlende interne Geometrie einer ausgewählten Ellipse oder eines Ellipsen-, Hyperbel-, Parabel- oder B-Spline-Bogens wieder her oder löscht nicht benötigte interne Geometrie.


  • Symmetrie: Kopiert ein Skizzenelement symmetrisch zu einer ausgewählten Linie.

Sketcher-B-Spline-Werkzeuge

Sketcher visuell

Veraltete Werkzeuge

  • Klonen: Klont ein Skizzenelement.
  • Kontur schließen: Erstellt eine geschlossene Form, durch Anwendung der Randbedingung KoinzidentFestlegen auf Endpunkte. Dieses Werkzeug ist veraltet. Es ist in Version 0.21 und darüber nicht mehr vorhanden.
  • Linien verbinden: Verbindet Skizzenelemente, durch Anwendung der Randbedingung KoinzidentFestlegen auf Endpunkte. Dieses Werkzeug ist veraltet. Es ist in Version 0.21 und darüber nicht mehr vorhanden.
  • Verschieben: Verschiebt die ausgewählte Geometrie mit Bezug auf den zuletzt ausgewählten Punkt.

Einstellungen

Bewährtes Vorgehen

Jeder CAD-Benutzer entwickelt im Laufe der Zeit seine eigene Arbeitsweise, aber es gibt einige nützliche allgemeine Grundsätze, denen man folgen kann.

  • Eine Reihe einfacher Skizzen ist einfacher handzuhaben als eine komplexe einzelne Skizze. Beispielsweise kann eine erste Skizze für die grundlegenden 3D-Funktionen (entweder ein Block oder ein Drehteil) erstellt werden, während eine zweite Skizze Löcher oder Ausschnitte (Taschen) enthalten kann. Einige Details können weggelassen werden, um später als 3D-Formelemente realisiert zu werden. Es können Verrundungen in einer Skizze vermieden werden, wenn zu viele vorhanden sind, und diese als 3D-Formelemente hinzugefügt werden.
  • Es sollte immer ein geschlossenes Profil erstellt werden, da die Skizze sonst keinen Volumenkörper, sondern eine Reihe offener Seitenflächen erzeugt. Sollen einige der Objekte nicht in die Erstellung eines Volumenkörper einbezogen werden, können sie mit dem Werkzeug Hilfsgeometrie umschalten in Konstruktionselemente umgewandelt werden.
  • Die Funktion Automatische Randbedingungen kann aktiviert werde, um die Anzahl der Randbedingungen zu begrenzen, die manuell hinzugefügt werden müssen.
  • Nach einer allgemeinen Regel sollten zuerst geometrische, danach maßliche Randbedingungen verwendet werden und Sperren als letztes. Aber nicht vergessen: Regeln sind dazu da, gebrochen zu werden. Wenn Probleme beim Bearbeiten einer Skizze auftreten, kann es hilfreich sein, zuerst einige Objekte festzulegen, bevor ein Profil vervollständigt wird.
  • Eine Skizze sollte möglichst mit der Randbedingung Sperren auf den Ursprung (0,0) ausgerichtet werden. Wenn die Skizze nicht symmetrisch ist, setzt man einen ihrer Punkte auf den Ursprung oder wählt einfache runde Zahlen für die festzulegenden abstände.
  • Hat man die Möglichkeit, zwischen den Randbedingungen Abstand festlegen und Horizontalen Abstand festlegen bzw. Vertikalen Abstand festlegen zu wählen, sollte eine der letzteren bevorzugt werden. Horizontalen Abstand festlegen und Vertikalen Abstand festlegen sind vom Berechnungsaufwand her günstiger.
  • Im Allgemeinen eignen sich die folgenden Randbedingungen am besten: Horizontal und Vertikal Festlegen, Horizontalen und Vertikalen Abstand festlegen, (Punkt-zu-Punkt) Tangential festlegen. Wenn möglich sollten die folgenden nur begrenz eingesetzt werden: Abstand festlegen, (Kante-zu-Kante) Tangential festlegen von, Punkt auf Objekt festlegen; Symmetrie festlegen.
  • Wenn Zweifel an der Gültigkeit einer Skizze bestehen, nachdem diese vervollständigt wurde (Elemente werden grün), schließt man das Sketcher-Dialogfeld, wechselt zum Arbeitbereich Part und führt Geometrie überprüfen aus.

Tutorien

Skripten

Die Seite Sketcher Skripten enthält Beispiele für die Erstellung von Randbedingungen aus Python-Skripten.

Beispiele

Ein paar Ideen, was mit den Sketcher-Werkzeugen erstellt werden kann, findet man unter: Sketcher Beispiele.


Sketcher

(FIXME)

Anwenderdokumentation
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