Sketcher Tutorial/pl

Wprowadzenie
Szkicownik jest narzędziem do generowania obiektów 2D do wykorzystania w projektowaniu części. Szkicownik różni się od tradycyjnych narzędzi rysunkowych. Sposobem na pokazanie tej różnicy jest konstrukcja trójkąta. Trójkąt jest w pełni zdefiniowany przez 3 wartości, które mogą być dowolne z następującej listy: długość boku, kąt, wysokość, powierzchnia. Jedynym wyjątkiem są trzy kąty, które nie definiują rozmiarów.

Aby zbudować trójkąt z 3 odcinków w tradycyjny sposób, należy wykonać następujące czynności:
 * narysować linię bazową,
 * wykonać dwa łuki o promieniu wyznaczonym przez pozostałe dwie długości boków lub obliczyć współrzędne trzeciego punktu,
 * narysować brakujące dwa boki od punktów końcowych linii podstawowej do punktu przecięcia dwóch kół lub obliczonego wierzchołka.



Strona Wiki: Trójkąt pokazuje zbiór formuł do obliczania brakujących informacji w celu narysowania trójkąta z minimum informacji. Są one potrzebne, jeśli trójkąt musi być zdefiniowany za pomocą wstępnie obliczonych współrzędnych.

Sketcher jest inny. Formuły i powyższe konstrukcje pomocnicze nie są potrzebne. Aby zrozumieć tę różnicę, najlepiej skonstruować trójkąt samodzielnie.

Pierwszy szkic: trójkąt
Do wykonania szkicu potrzebny jest otwarty dokument. Gdy nie ma otwartego dokumentu, zostanie utworzony nowy, poprzez kliknięcie na. Należy wybrać stanowisko pracy Sketcher:



Nowy szkic zostanie utworzony po kliknięciu na. Pojawi się okno dialogowe, w którym można wybrać orientację nowego szkicu w przestrzeni 3D. W tym przypadku nie ma to znaczenia, więc można potwierdzić płaszczyznę X-HY. Nowy pusty szkic zostanie utworzony i otwarty w trybie edycji. Zostanie wyświetlona siatka z układem współrzędnych z czerwonym punktem początku.

W programie Sketcher można narysować dowolny trójkąt za pomocą narzędzia polilinia i określić jego właściwości w kolejnym kroku. Każde kliknięcie w płaszczyźnie rysowania ustawia wierzchołek. Trójkąt musi zostać zamknięty. Tak więc w przypadku ostatniej linii potrzebne jest kliknięcie na pierwszy utworzony wierzchołek. Przed kliknięciem, w pobliżu kursora myszki powinien być widoczny czerwony punkt.



W programie Sketcher można narysować dowolny trójkąt za pomocą narzędzia polilinia i określić jego właściwości w kolejnym kroku. Każde kliknięcie w płaszczyźnie rysowania ustawia wierzchołek. Trójkąt musi zostać zamknięty. Tak więc w przypadku ostatniej linii potrzebne jest kliknięcie na pierwszy utworzony wierzchołek. Przed kliknięciem, w pobliżu kursora myszki powinien być widoczny czerwony punkt.

Stworzony trójkąt jest elastyczny. Punkt można chwycić myszką i przeciągnąć dookoła. Boki trójkąta podążają za wierzchołkiem. To samo można zrobić z linią.

Każda długość boku może być teraz łatwo zdefiniowana poprzez zaznaczenie go myszką: zaznaczony element zmienia kolor na zielony. Po kliknięciu na narzędzie definiujące długość otwiera się okno dialogowe i można wprowadzić żądaną długość. Poniższy rysunek przedstawia trójkąt o długości poszczególnych boków ustawionej na 35mm, 27mm i 25mm. Linia podstawowa została ustawiona poziomo poprzez jej zaznaczenie i kliknięcie na narzędzie wiązanie poziome.



Te definicje długości nazywane są wiązaniami. Wiązania są używane do określenia stałej konstrukcji na podstawie danych wejściowych o elastycznej geometrii. Szkicownik podaje wszystkie wiązania potrzebne do zdefiniowania dowolnego rodzaju trójkąta. Tylko obszar nie może być użyty do zdefiniowania jednego z nich. Tak więc utworzony trójkąt może zostać przedefiniowany przez zmianę wartości wiązania lub przez usunięcie wiązania i dodanie innych. Tutaj znajduje się lista trójkątów o innych określonych właściwościach. Nie jest problemem przekształcenie właśnie utworzonego trójkąta w jeden z nich.


 * Podano jeden lub dwa kąty: Należy wybrać dwa boki trójkąta. Kliknięcie na [[Image:Constraint_InternalAngle.png|32px]] otwiera okno dialogowe do ustalenia wartości tego kąta.




 * Prawidłowy trójkąt: Trzeba wybrać dwa boki trójkąta. Kliknięcie na przycisk  [[Image:Constraint_Perpendicular.png|32px]] ustawia kąt prosty pomiędzy dwoma bokami.




 * Równoboczny: Jeden bok musi być ustawiony na określoną długość. Następnie należy wybrać wszystkie boki. Kliknięcie przycisku [[Image:Constraint_EqualLength.png|32px]] definiuje dwa ograniczenia równej długości w celu nadania wszystkim bokom tej samej długości.




 * Trójkąt równoramienny (dwie identyczne długości) o danej wysokości: Wybierz najpierw dwa boki o tej samej długości. Kliknięcie na [[Image:Constraint_Symmetric.png|32px]] ustawia równość między dwoma bokami. Następnie wybierz linię bazową i wierzchołek i kliknij na narzędzie 32px długości.



Wiązania można wybrać klikając na symbol lub klikając na liście wiązań. Można je usunąć lub też zmodyfikować wartość po dwukrotnym kliknięciu. Dany trójkąt może być później zmieniony na inny typ trójkąta poprzez edycję lub zmianę wiązania. Szkicownik jest również elementem metody parametrycznego modelowania w programie FreeCAD. To, co zostało stworzone, może być łatwo zmienione w późniejszym czasie, jeśli np. potrzebny jest jakiś wariant projektu.

Przedstawione powyżej trójkąty mają białe linie. Świadczy to o tym, że na szkicu pozostały pewne stopnie swobody. Można to sprawdzić ciągnąc za niektóre linie lub punkty. Jeśli linia lub punkt porusza się, nie jest on w pełni związany. Szkic bez pozostawionych stopni swobody zmienia kolor na zielony.

W trójkącie równoramiennym brakuje ustawienia długości linii bazowej i może się on swobodnie poruszać i obracać w płaszczyźnie rysunkowej szkicownika.

Jeżeli zdefiniowano właściwości trójkąta, należy go jeszcze unieruchomić w płaszczyźnie rysunkowej. Płaszczyzna rysunkowa szkicownika posiada układ współrzędnych. Początek układu współrzędnych jest widoczny jako czerwona kropka w środku różowej osi x i jasnozielonej osi y. Najprostszym sposobem na naprawienie tego, jest wybranie wierzchołka i kliknięcie na. W ten sposób dodaje się poziomą i pionową odległość od wierzchołka do początku układu współrzędnych. Trójkąt może mieć jeszcze pewien stopień swobody obrotu. Zatem jeden bok potrzebuje poziomego lub pionowego ograniczenia lub określonego kąta do jednej z osi układu współrzędnych. Następna ilustracja przedstawia szkic w pełni związany. Wszystkie linie i wierzchołki mają teraz kolor zielony.



Więcej na temat wiązań
Szkicownik nie zna formuł trójkątów pochodzących z Wikipedii. Zamiast tego ustawia układ równań dla dwuwymiarowych współrzędnych w oparciu o podane wiązania. Ten układ równań jest następnie rozwiązywany numerycznie.

W ten sposób można rozwiązać wiele różnych problemów geometrycznych. Ale jest też pewna wada. Jeśli zestaw równań posiada wiele rozwiązań, możemy otrzymać coś zupełnie innego od tego, czego oczekujemy. Jest to szczególnie irytujące, gdy ten sam wzór ma być używany dla różnych wymiarów. Typowym symptomem jest to, że po zmianie wiązania długości, szkic przechodzi w coś zupełnie innego. Prostym przykładem jest podział odległości na trzy równe części. Poniższy rysunek przedstawia trzy linie w rzędzie z ustawionym ograniczeniem równości i ograniczeniem równoległym. Całkowita odległość jest ustawiona na 10 mm.



To działa dobrze, o ile wprowadzane są tylko większe odległości. Gdy odległość jest zmniejszona powyżej pewnego stosunku, linie złożą się razem. Tak więc nie otrzymujemy już jednej trzeciej danego dystansu, lecz samą odległość lub dwie trzecie tego dystansu. Niektóre linie naszego rzędu zmieniły swoją orientację. Daje to wciąż prawidłowe rozwiązanie dla zestawu ograniczeń, ale nie jest to zamierzone. Pokazuje to poniższy obrazek tego samego szkicu. Ograniczenie długości zostało ustawione na 1000mm, a następnie zredukowane do 5mm.



Rozwiązaniem jest zdefiniowanie kąta 180° pomiędzy liniami przegrody jako zamiennika ograniczenia równoległego. Ograniczenie 180° ma tylko jedno rozwiązanie. Szkic jest teraz odporny na duże zmiany odległości. Należy powiedzieć, że w stosownych przypadkach również wiązanie kąta 0° służy do tego samego celu.



Wiązanie 180° jest rozwiązaniem dla wielu problemów. Niektóre starsze wersje FreeCAD mają problemy z pokazaniem ograniczenia 180° w płaszczyźnie szkicownika. W większości przypadków łuk 180° jest nie pokazany zgodnie z oczekiwaniami w płaszczyźnie rysunkowej szkicownika. Jest to znany problem dla wersji FreeCAD poprzedzającej wydanie 14.3613.

W przypadku kilku wymiarów przyrostowych w linii prostej, może być wskazane narysowanie najpierw zygzakowatej linii, a następnie ustawienie ograniczeń 180°. Pomaga to, bowiem nie należy zapominać o jednym z nich lub ustawiać dwukrotnie tego samego.

Poniższa tabela przedstawia kilka kombinacji wiązań dla definicji prostego kolanka. Kombinacja ta została przetestowana poprzez powiększenie wymiaru poziomego o długości 10mm do większych wartości, aż do odwrócenia orientacji kolanka. W tabeli dla każdej z przedstawionych kombinacji wiązań dokumentuje się zmienioną długość w której następuje odwrócenie.

Badanie wykazało, że większe zmiany wiązań wymiarowych mogą powodować przerzucanie się niektórych linii szkicu z powodu wielu rozwiązań podstawowego układu równań. Jedynymi wiązaniami, które zachowują orientację elementów, do których są stosowane, są ograniczenie kątowe oraz ograniczenia wymiarów poziomych i pionowych. Różnice pomiędzy innymi wiązaniami dotyczącymi zachowania orientacji są niewielkie.

Zalecenie: ''' Należy stosować wiązania kątowe oraz poziome i pionowe wiązania wymiarowe, w miejscach krytycznych w celu sporządzenia szkicu odpornego na zmiany wymiarów. '''

Problemy związane z łączeniem wiązań
Czasami dwa lub więcej wiązań definiuje tę samą właściwość. Przykład może być wykonany na dwóch połączonych liniach, gdzie punkt połączenia jest punktem centralnym wiązania symetrycznego dla punktów końcowych linii. Linie te mają teraz jednakową długość i są równoległe. Wszystko to jest konsekwencją wiązania symetrii. Co się stanie, jeśli te dwie linie mają już wiązanie równości i wiązanie równoległe, a wiązanie symetrii również zostanie dodane? Teraz właściwość równoległa jest zdefiniowana przez dwa wiązania, a równa długość jest również zdefiniowana przez dwa wiązania. W zasadzie podstawowy układ równań powinien mieć rozwiązanie. Ale mogą pojawić się problemy obliczeniowe. Można to sprawdzić, próbując przesunąć linie. W większości przypadków linie są zamrożone, nawet jeśli szkicownik nadal zgłasza kilka stopni swobody.

Powyższy przypadek pokazuje problem, który wydaje się być trudny do rozwiązania dla programistów szkicownika. Użytkownik musi więc uważać, aby uniknąć takich sytuacji. Szkice z nadmiarowymi wiązaniami zachowują się nieoczekiwanie i problematycznie. Objawem tych nadmiarowych wiązań jest powyższy stan zamrożenia lub zgłoszenie nadmiarowych wiązań po zmodyfikowaniu innego obiektu na szkicu.

Ogólnie rzecz biorąc, szkicownik wydaje ostrzeżenie, gdy wykryte zostaną zbędne wiązania. Ale ten mechanizm wykrywania wydaje się nie działać we wszystkich przypadkach. Kiedy problem zostanie rozpoznany, można go uniknąć, usuwając tylko nadmiarowe wiązania. Czasami konieczne jest wybranie innej kombinacji wiązań

Poniższe przypadki są źródłem zbędnych wiązań:


 * Wiązanie równości dla dwóch promieni tego samego łuku.
 * Wiązanie symetrii dla dwóch promieni tego samego łuku.
 * Wiązanie symetrii w połączeniu z więzami równoległymi, równości i / lub prostopadłymi.

Inny problematyczny przypadek to podobieństwa z punktem przecięcia w nieskończoności. Możliwe jest ustawienie wiązania 180° dla dwóch równoległych linii bez punktu przecięcia. Jest to nie zalecane. Zamiast tego powinien być użyty kąt względem innej linii lub osi.

Innym problemem jest zmiana orientacji kątów. Może się to zdarzyć w przypadku zmiany kąta powyżej 180°. Robiąc to w mniejszych krokach, można uniknąć tego problemu.

Linie konstrukcyjne - przykład krok po kroku
W pierwszej części pokazano, że konstrukcje pomocnicze nie są konieczne dla trójkąta. Niemniej jednak szkicownik udostępnia geometrię konstrukcji, która jest przydatna przy bardziej złożonych problemach. Każda linia może zostać przekonwertowana na linię konstrukcyjną za pomocą przycisku. Linie konstrukcyjne są pokazane na szkicu w postaci niebieskich linii. Mogą one być używane do tworzenia wiązań w taki sam sposób jak inne linie, ale nie są pokazywane i nie są używane po zamknięciu szkicu.

Zadanie polega na wykonaniu prostokąta o długości boku o złotym stosunku. Wikipedia pokazuje jak skonstruować dwie linie o stosunku długości odpowiadającym złotemu stosunkowi.



Szkicownik jest doskonałym narzędziem do skonstruowania prostokąta o złotym stosunku długości boku. Rozmiar prostokąta może być później zmieniony bez konieczności tworzenia nowej konstrukcji. Kroki konstrukcyjne dla złotej proporcji według Wikipedii są następujące:


 * 1) Mając odcinek AB, skonstruuj prostopadłą BC w punkcie B, przy czym BC ma połowę długości AB. Narysuj przeciwprostokątną AC.
 * 2) Narysuj łuk ze środkiem C i promieniem BC. Ten łuk przecina przeciwprostokątną AC w punkcie D.
 * 3) Narysuj łuk ze środkiem A i promieniem AD. Łuk ten przecina pierwotny odcinek linii AB w punkcie S. Punkt S dzieli pierwotny odcinek AB na odcinki linii AS i SB o długości w złotym stosunku.

Oto wyjaśnienie krok po kroku, jak można to zrobić.


 * Stwórz nowy szkic, jak wyjaśniono na przykładzie trójkąta.
 * Narysuj prostokąt na szkicu. Użyj przycisku [[Image:Sketcher_CreateRectangle.png|32px]]. Poniższy rysunek przedstawia prostokąt. FreeCAD dodał ograniczenia poziome i pionowe do prostokąta. Nie ma możliwości obracania tego prostokąta.



Prostokąt powinien pozostać w środku układu współrzędnych. Aby to osiągnąć, do poziomej linii dodaje się ograniczenie symetrii. Dokonuje się tego poprzez wybranie najpierw dwóch wierzchołków linii poziomej, a następnie pionowej osi układu współrzędnych. Wiązanie symetrii zostaje dodane przez kliknięcie przycisku. To samo dzieje się z linią pionową, lecz teraz zostaje wybrana oś pozioma jako oś symetrii. Poniższy obrazek przedstawia wynik. Prostokąt pozostaje teraz w środku i można go tylko zmieniać jego wielkość, ale nie ma możliwości aby go przesuwać.



To było przygotowanie do budowy prostokąta. Górna pozioma linia powinna być odległością AS z konstrukcji złotej. Będzie potrzebna dodatkowa linia do przedstawienia odległości SB. Jest ona narysowana nieco pochylona, jak pokazano poniżej. Unika się w ten sposób automatycznego wiązania do poziomu. Zamiast tego linia ta powinna być później związana pod kątem 180°, aby uniknąć istnienia wielu rozwiązań dla skonstruowanego połączenia wiązań. Jeśli linia jest rysowana z wiązaniem poziomym, szkicownik będzie później narzekał na dodanie wiązania o kącie 180°. W takim przypadku wiązanie poziome musi zostać usunięte. Obrazek pokazuje, jak dodać wiązanie kąta, wybierając dwie linie i klikając na przycisk. Po dodaniu linii, często wskazane jest przeciągnięcie jej za pomocą myszy. Można to łatwo wykonać, jeśli linia nie jest dołączona do innych narysowanych elementów. Jeśli linia nie jest podłączona bezpośrednio do innych linii, mogą pojawić się problemy w późniejszych krokach konstrukcji części.



Ostatnia linia nie jest częścią prostokąta. Konieczne jest zatem przekształcenie go w linię konstrukcyjną. Wybierając linię i klikając na przycisk dokonuje się konwersji.



Linia ma teraz niebieski kolor, jak widać poniżej. Przepis złotej proporcji z Wikipedii wymaga linii w połowie odległości AB. Aby uzyskać do tego punkt odniesienia, ustawiany jest dodatkowy wierzchołek na linii za pomocą narzędzia. Pokazano to poniżej.



Punkt odniesienia powinien pozostać w środku odległości AB. Zostanie to osiągnięte poprzez wybranie najpierw dwóch punktów końcowych odległości AB i trzeciego punktu środkowego. Po wybraniu wszystkich trzech punktów w odpowiedniej kolejności, można ustawić ograniczenie symetrii po kliknięciu przycisku, jak pokazano poniżej.



Poniższy rysunek pokazuje już drugą stronę BC trójkąta konstrukcyjnego. Ta linia została narysowana jak opisano powyżej i przekształcona w linię konstrukcyjną. Linia ta musi mieć ograniczenie pionowe widoczne na zdjęciu. Można to łatwo osiągnąć, rysując linię prawie pionową. Jeżeli linia jest prawie pionowa, pokazywany i ustawiany jest symbol wiązania pionowego przez Sketcher, po zakończeniu rysowania linii w tym stanie.

Linia BC musi mieć połowę długości odcinka AB. Do realizacji tego celu dostępny jest tylko punkt odniesienia, więc wiązanie równości nie może być zastosowane. Wiązanie równości będzie wymagało linii o tej długości jako odniesienia, która nie jest dostępna w konstrukcji. W związku z tym do określenia długości odcinka BC używany jest klasyczny łuk. Poniższy obrazek przedstawia rysunek łuku. Użyto narzędzia łuku. Na wstępie punkt środkowy jest ustawiany w punkcie B. Punkt powinien być widoczny pod narzędziem łukowym po kliknięciu w B. Często narzędzie łukowe nie musi znajdować się bezpośrednio nad punktem docelowym, ale trochę pod nim, aby punkt zbieżności był widoczny. Po drugie, promień łuku jest definiowany przez ustawienie kolejnego punktu w punkcie odniesienia. Ostatni punkt łuku jest ustawiany w sąsiedztwie punktu C. Ważne jest, aby dwa pierwsze punkty były ustawione na punkt C i punkt środkowy. Należy to sprawdzić, przesuwając łuk po zakończeniu operacji rysowania.



Aby określić odległość BC, linia musi kończyć się na łuku. Zostanie to zrobione poprzez ustawienie wiązania zbieżności pomiędzy ostatnim punktem łuku a punktem C, jak pokazano poniżej. Oba punkty muszą zostać wybrane, kolejnie należy kliknąć przycisk zbieżności.



Następny obrazek przedstawia gotowy trójkąt. Przeciwprostokątna AC jest już narysowana i przekształcona w linię konstrukcyjną.



Teraz musi zostać zrealizowany krok 2 receptury Wikipedii. Należy narysować drugi łuk z punktem środkowym w punkcie C i punktem początkowym w punkcie B. Ostatni punkt powinien być zakończony w przeciwprostokątnej, jak pokazano na rysunku poniżej.



Narysowany łuk został przekształcony w linię konstrukcyjną. Teraz krok 3 receptury Wikipedii rozpoczyna się od narysowania ostatniego łuku, jak pokazano na rysunku poniżej. Promień tego łuku musi być zdefiniowany za pomocą punktu skonstruowanego powyżej na przeciwprostokątnej. Ostatni punkt zwykle nie kończy się w narożniku prostokąta. Nie stanowi to jednak problemu, ponieważ zostanie on później poprawiony. Ostatni punkt może być ustawiony w sposób pokazany poniżej.



Teraz należy wykonać ostatni krok, aby pozioma linia prostokąta była równa odległości AS. Jest to pokazane poniżej poprzez ustawienie wiązania zbieżności pomiędzy końcem ostatniego łuku a narożnikiem prostokąta.



Teraz linia pionowa musi być równa długości odległości SC. Ustawienie wiązania równości osiągniemy dzięki wybraniu przycisku, jak pokazano poniżej.



Następny obrazek przedstawia prostokąt o stosunku długości boku równym stosunkowi złotego. Prostokąt powinien mieć tylko jeden stopień swobody. Więc przy przeciąganiu, powinien tylko zmienić swój rozmiar, ale nie poruszać się. Jeśli potrzebny jest określony rozmiar jednego boku, można dodać do niego wiązanie długości. W innym przypadku szkic jest gotowy i może zostać zamknięty. Powinien być widoczny tylko prostokąt, w oknie programu FreeCAD.



Dynamiczny szkic, ćwiczenie
Powyższy przykład wprowadził linie konstrukcyjne. Omówiono teraz kilka ważnych rzeczy, które mają na celu stworzenie dynamicznych szkiców. Oto ćwiczenie, które ma na celu nabycie praktyki w pracy z szkicownikiem. Celem jest zrobienie szkicu dla czegoś w rodzaju specjalnej ramy, jak pokazano poniżej.



Powinny istnieć tylko trzy wymiary potrzebne do zdefiniowania konstrukcji. Aby ułatwić zmianę wymiarów, można zmienić nazwę wprowadzonych ograniczeń na coś zapadającego w pamięć. Wystarczy zaznaczyć ograniczenie w widoku listy i wcisnąć. Wiązanie można nazwać na przykład Grubość. Poniższy rysunek przedstawia wymiary. Szczyt po prawej stronie powinien mieć dwa razy większą grubość niż ściana.



Szkic powinien wyglądać zgodnie z założeniami również po zmianie kluczowych wymiarów np. na 2000mm i z powrotem na 30. Aby osiągnąć ten cel, może być konieczne użycie wiązań kątów w wybranych miejscach. Poniższy rysunek przedstawia szkic, który nie był odporny na takie zmiany. Nie nadaje się on teraz do użytku. Aby odzyskać oryginalny stan, można użyć przycisku cofania.



Powyższy szkic nie nadaje się do zastosowania w przypadku Środowiska pracy Part Design. Tylko profil bez przecinających się linii jest dopuszczalny. Linie konstrukcyjne mogą się przecinać. Nie są one używane do tworzenia brył.

Jednym z głównych zastosowań Szkicownika jest budowa części w obrębie stanowiska pracy Part-Design. Istniejąca już geometria może być wykorzystywana podobnie jak linie konstrukcyjne. Ponieważ ten poradnik skupia się bardziej na podstawowej funkcjonalności szkicownika, spójrz tutaj na wykorzystanie zewnętrznej geometrii: Szkicownik zewnętrzny.