Sketcher Tutorial/it

Introduzione
Sketcher è uno strumento per generare oggetti 2D da usare nella progettazioni di parti. Sketcher è diverso dagli strumenti di disegno tradizionali. Un modo per mostrare la differenza è la costruzione di un triangolo. Un triangolo è completamente definito da tre valori, che possono essere qualsiasi dalla lista seguente: lunghezza dei lati, angoli, altezza, area. L'unica eccezione è tre angoli, che non definisce la dimensione.

Per costruire un triangolo da 3 lunghezze in modo tradizionale, si deve fatto in questo modo:
 * disegnare la linea della base
 * fare due cerchi di raggio uguale alla lunghezza degli altri due lati, o in alternativa calcolare le coordinate del terzo vertice
 * disegnare i due lati mancanti dalle estremità della linea di base al punto di incrocio dei due cerchi o al vertice calcolato.



La pagina Triangle di wikipedia mostra una raccolta di formule per calcolare le informazioni mancanti, per disegnare un triangolo dalle minime specifiche. Quelle che sono necessarie, se il triangolo deve essere definito da coordinate pre-calcolate.

Sketcher è diverso. Le formule e le costruzioni di supporto fatte sopra non sono necessarie. Per capire la differenza, è meglio costruire un triangolo da soli.

Primo schizzo: un triangolo
Per creare uno schizzo serve un documento aperto. Quando non c'è alcun documento aperto, crearne un nuovo cliccando su Si deve selezionare l'ambiente Sketcher:



Facendo clic su viene creato un nuovo schizzo. Viene visualizzata una finestra di dialogo, in cui è possibile selezionare l'orientamento del nuovo schizzo nello spazio 3D. In questo caso non è importante, quindi può essere confermato il piano xy. Viene creato un nuovo schizzo vuoto e aperto in modalità di modifica. Viene visualizzata una griglia con un sistema di coordinate e con un punto rosso nell'origine.

In Sketcher si può disegnare un triangolo arbitrario con lo strumento polilinea e definirne le proprietà in un passaggio successivo. Ogni clic nel piano di disegno fissa un vertice. Il triangolo deve essere chiuso. Così per l'ultima linea è necessario un click sul primo vertice creato. Un punto rosso dovrebbe essere visibile vicino al puntatore del mouse prima di fare clic.



Questo fa in modo che l'ultimo vertice coincida con il primo e il profilo sia chiuso. I simboli che compaiono sotto il puntatore del disegno indicano gli auto-vincoli. Essi vengono impostati automaticamente cliccando in questa posizione. Il punto rosso sotto il puntatore disegno indica un vincolo coincidenza di due vertici, cioè i vertici di questi diversi elementi del disegno sono vincolati nella stessa posizione.

Il triangolo formato in questo modo è flessibile. Un vertice può essere selezionato e trascinato in giro con il mouse. I lati del triangolo seguono il vertice. La stessa cosa si può fare con una linea.

Ora si può facilmente definire tutte le lunghezze dei lati selezionandoli con il mouse: l'elemento selezionato diventa verde. Cliccando sullo strumento lunghezza si apre una finestra in cui inserire la lunghezza desiderata. L'immagine sottostante mostra un triangolo con lunghezze dei laterali impostate a 35 mm, 27 mm e 25 mm. La linea di base è stato fissata in orizzontale selezionandola e cliccando sullo strumento vincolo orizzontale.

Queste definizioni di lunghezza sono chiamate vincoli. I vincoli sono utilizzati per definire un disegno fisso partendo da una geometria flessibile. Sketcher fornisce tutti i vincoli necessari per definire qualsiasi tipo di triangolo. Solo l'area non può essere usata per definire un triangolo. Quindi il triangolo creato può essere ridefinito cambiando il valore di un vincolo o eliminando dei vincoli e aggiungendone altri. Ecco un elenco di triangoli con altre proprietà date. Non è difficile trasformare il triangolo appena creato in uno di questi.


 * Uno o due angoli dati: Devono essere selezionati due lati del triangolo. Con un click su [[Image:Constraint_InternalAngle.png|32px]] si apre una finestra di dialogo per definire l'angolo.




 * Triangolo rettangolo: Devono essere selezionati due lati del triangolo. Con un click su [[Image:Constraint_Perpendicular.png|32px]] si imposta un angolo retto tra le due parti.




 * Equilatero: Un lato deve essere impostato ad una lunghezza definita. Poi si devono selezionare tutti i lati. Con un click su[[Image:Constraint_EqualLength.png|32px]] si definisce due vincoli di uguale lunghezza, per dare a tutti i lati la stessa lunghezza.




 * Isoscele (due lunghezze uguali) con data altezza: Selezionare i primi due lati con lunghezza uguale. Con un click su [[Image:Constraint_Symmetric.png|32px]] imposta una parità tra i due lati. Quindi selezionare la linea di base e il vertice opposto e fare clic sullo [[Image:Constraint_Length.png|32px]] strumento lunghezza.



I vincoli possono essere selezionati facendo clic sul simbolo o facendo clic nella lista dei vincoli. Essi possono essere cancellati o modificati dopo un doppio clic. Un triangolo dato può essere successivamente trasformato in un altro tipo di triangolo editando o modificando i vincoli. Sketcher è una parte di approccio alla modellazione parametrica di FreeCAD. Quanto si è creato, può essere facilmente modificato in un secondo tempo, se per esempio serve una variante del disegno.

I triangoli mostrati sopra hanno le linee bianche. Questa è un'indicazione che il disegno ha alcuni gradi di libertà. Si può fare un test cercando di trascinare alcune linee o punti. Se la linea o il punto si muovono, questo elemento non è completamente definito. Uno schizzo senza gradi di libertà diventa verde.

Al triangolo isoscele manca l'impostazione della lunghezza della base e si può spostare e ruotare liberamente nel piano di disegno.

Dopo che vengono definite le proprietà del triangolo, esso deve ancora essere fissato nel piano di disegno. Il piano di sketcher ha un sistema di coordinate. L'origine del sistema di coordinate è visibile come puntino rosso al centro dell'asse rosa x e dell'asse verde chiaro y. Il modo più semplice per fissarlo è quello di selezionare un vertice e fare clic su. Questo aggiunge una distanza orizzontale e una distanza verticale dal vertice l'origine del sistema di coordinate. Il triangolo può ancora avere un grado di libertà di rotazione. Quindi bisogna vincolare uno dei lati orizzontale o verticale oppure vincolare un angolo definito da uno degli assi del sistema di coordinate. L'immagine successiva mostra uno schizzo completamente vincolato. Tutte le linee e i vertici ora hanno un colore verde.



Altro sui Vincoli
Sketcher non conosce le formule dei triangolo di wikipedia. Invece imposta un sistema di equazioni per le coordinate bidimensionali basate sui vincoli indicati. Questo sistema di equazioni viene risolto numericamente.

In questo modo possono essere risolti molti problema geometrici. Ma c'è anche uno svantaggio. Se l'insieme di equazioni ha più soluzioni, possiamo ottenere qualcosa di totalmente diverso da quello che ci aspettiamo. Questo è particolarmente fastidioso, se lo stesso disegno deve essere utilizzato con diverse dimensioni. Il sintomo tipico è, che dopo un cambiamento di un vincolo lunghezza, lo schizzo si trasforma in qualcosa di totalmente diverso. Un semplice esempio è la divisione di una distanza in tre parti uguali. La figura seguente mostra tre linee in una fila con i vincoli di uguaglianza e parallelo impostati. La distanza totale è di 10 mm.



Questo funziona bene, perché sono inserite solamente le distanze maggiori. Quando la distanza è ridotta oltre un certo rapporto, le linee sono ribaltate sovrapposte. Quindi non otteniamo più un terzo della distanza data ma la distanza stessa o due terzi di essa. Alcune linee della nostra fila hanno cambiato il loro orientamento. Questo è ancora una soluzione valida per l'insieme di vincoli, ma non è ciò che si intendeva. L'immagine seguente dello stesso disegno mostra questo. Il vincolo di lunghezza è stato fissato a 1000 mm e poi ridotto a 5 mm.



La soluzione è quella di definire un angolo di 180° tra i segmenti, in sostituzione del vincolo parallelo. Il vincolo 180° ha una sola soluzione. Lo schizzo è ora resistente alle grandi variazioni della distanza. Va detto che anche un vincolo 0° serve per lo stesso scopo, se è il caso.



Il vincolo 180° è una soluzione per un sacco di problemi. Alcune versioni precedenti di FreeCAD avevano problemi a mostrare vincolo 180° nel piano Sketcher. Nella maggior parte dei casi l'arco di 180° non era mostrato come previsto nel piano di disegno. Questo è un problema noto per le versioni di FreeCAD precedenti alla 14.3613.

In caso di numerose dimensioni incrementali in una linea retta, può essere consigliabile disegnare prima una linea a zig-zag e poi impostare i vincoli 180°. Questo aiuta a non dimenticarne nessuno ed a non impostarne uno due volte.

La tabella seguente mostra alcune combinazioni di vincoli per la definizione di un semplice gomito. La combinazione è stata testata incrementando la dimensione lunghezza orizzontale 10 mm fino a quando il gomito inverte il suo orientamento. La tabella documenta per ogni combinazione di vincolo indicato la lunghezza modificata a cui si verifica l'inversione.

Il test ha dimostrato quanto segue: grandi cambiamenti dei vincoli dimensionali possono provocare il capovolgimento di alcune linee del disegno a causa delle molteplici soluzioni del sottostante sistema di equazioni. Gli unici vincoli che salvaguardano l'orientamento degli elementi a cui sono applicati, sono il vincolo angolare e i vincoli dimensione orizzontale e verticale. Le differenze tra gli altri vincoli per quanto riguarda il mantenimento dell'orientamento sono minime.

Raccomandazione: ''' Utilizzare i vincoli angolari e i vincoli di dimensione orizzontale e verticale nei punti critici, al fine di produrre uno schizzo resistente alle variazioni di quota. '''

Problematiche combinazione di vincoli
A volte due o più vincoli definiscono la stessa proprietà. Un esempio può essere costituito da due linee connesse, in cui il punto di connessione è il punto centrale di un vincolo di simmetria per i punti finali delle linee. Tali linee ora sono uguali e sono parallele. Tutto questo è la conseguenza del vincolo di simmetria. Che cosa succede, se queste due linee già hanno un vincolo di uguaglianza e un vincolo parallelo e si aggiunge anche il vincolo di simmetria? Ora la struttura parallela è definita da due vincoli e la lunghezza uguale è anche definita da due vincoli. In linea di principio il sistema di equazioni sottostante dovrebbe avere una soluzione. Ma ci possono essere dei problemi numerici. Questo può essere testato cercando di spostare le linee. Nella maggior parte dei casi le linee sono congelate, anche se lo sketcher segnala ancora parecchi gradi di libertà.

Il caso precedente evidenzia un problema che i programmatori di sketcher hanno difficoltà a risolvere. Quindi l'utente deve stare attento, e evitare tali situazioni. Gli schizzi con vincoli ridondanti possono avere un comportano inaspettato e problematico. I sintomi di tali vincoli ridondanti sono lo stato di congelamento di cui sopra o l'avviso di vincoli ridondanti dopo aver modificato un oggetto diverso nello schizzo.

In genere, quando vengono rilevati vincoli ridondanti, sketcher mostra un avvertimento. Ma questo meccanismo di rilevamento sembra non funzionare in tutti i casi. Quando il problema è riconosciuto, può essere evitato solo eliminando i vincoli ridondanti. A volte è necessario usare una diversa combinazione di vincoli.

I seguenti casi sono fonti di vincoli ridondanti:


 * Un vincolo di uguaglianza per due raggi dello stesso arco
 * Un vincolo di simmetria per due raggi dello stesso arco
 * Un vincolo di simmetria in combinazione con i vincoli parallelo, uguaglianza e/o perpendicolare

Un altro caso problematico sono le parallele con un punto di intersezione all'infinito. È possibile impostare un vincolo 180° per due linee parallele senza un punto di intersezione. Questo non è consigliato. Si devrebbe invece usare un angolo con un'altra linea o con un asse.

Un altro problema è il cambio di orientamento degli angoli. Ciò può accadere se, vengono apportate modifiche angolari superiori a 180°. Per evitare il problema, fare queste modifiche con piccoli passi.

Linee di costruzione - Esempio passo per passo
Nella prima parte è stato mostrato, che le costruzioni di supporto non sono necessarie per il triangolo. Tuttavia sketcher fornisce le geometria di costruzione, che sono utili per i problemi più complessi. Ogni linea può essere convertita in una linea di costruzione con il pulsante. Le linee di costruzione vengono visualizzate nel disegno come linee blu. Esse possono essere utilizzate per i vincoli nello stesso modo delle altre linee, ma quando sketcher viene chiuso non sono più mostrate nè utilizzate.

Dato il compito di creare un rettangolo con lunghezza dei lati avente il rapporto aureo. Wikipedia mostra come costruire due linee con il rapporto di lunghezza del rapporto aureo.



Sketcher è uno strumento perfetto per costruire un rettangolo con il rapporto aureo. Le dimensioni del rettangolo possono essere successivamente modificate senza effettuare una nuova costruzione. Le fasi di costruzione per il rapporto aureo secondo Wikipedia sono:


 * 1) Prendere un segmento AB, costruire la perpendicolare BC al punto B, con BC metà della lunghezza di AB. Disegnare l'ipotenusa AC.
 * 2) Disegnare un arco di centro C e raggio BC. Questo arco interseca l'ipotenusa AC nel punto D.
 * 3) Disegnare un arco di centro A e raggio AD. Questo arco interseca il segmento originale AB nel punto S. Il punto S divide il segmento AB originale nei segmentia AS e SB le cui lunghezze sono in rapporto aureo.

Ecco una spiegazione passo passo, come si può fare questo.


 * Creare un nuovo schizzo come spiegato nell'esempio del triangolo.
 * Disegnare un rettangolo nello schizzo. Usare il pulsante [[Image:Sketcher_Rectangle.svg]]. L'immagine seguente mostra il rettangolo. FreeCAD ha aggiunto i vincoli orizzontali e verticali per il rettangolo. Questo rettangolo non può essere ruotato.



Il rettangolo deve essere centrato nel sistema di coordinate. Per ottenere questo, viene aggiunto un vincolo di simmetria a una linea orizzontale. Questo viene fatto selezionando prima i due vertici della linea orizzontale e quindi l'asse verticale del sistema di coordinate. Il vincolo di simmetria viene aggiunto facendo clic sul pulsante. Lo stesso avviene per una linea verticale, ma ora come asse di simmetria viene selezionato l'asse orizzontale. L'immagine sottostante mostra il risultato. Ora il rettangolo si trova al centro e può essere solo essere ridimensionato, ma non spostato.



Questa era la preparazione per il rettangolo. La linea orizzontale superiore dovrebbe essere la distanza AS della costruzione del rapporto aureo. Serve una linea aggiuntiva per rappresentare la distanza SB. Essa viene disegnata un po' inclinata, come mostrato sotto. Questo evita l'auto-vincolo orizzontale. Questa linea dovrebbe invece essere vincolato dopo con un angolo di 180°, per evitare l'esistenza di più soluzioni al costruttore delle combinazioni di vincoli. Se la linea viene disegnata come vincolata orizzontale, dopo sketcher si limita ad aggiungere il vincolo angolo di 180°. In tale caso il vincolo orizzontale deve essere rimosso. L'immagine mostra come aggiungere un vincolo angolo selezionando due linee e facendo clic su. Dopo aver aggiunto una linea, è spesso opportuno trascinarla con il mouse. Questo è un facile modo per controllare se la linea è collegata agli altri elementi del disegno. Se una linea non è collegata correttamente alle altre, possono sorgere dei problemi nelle fasi successive quando si costruiscono delle parti.



L'ultima linea non fa parte del rettangolo. È quindi necessario convertirla in una linea di costruzione. Selezionare la linea e fare clic sul pulsante per convrtirla.



Ora la linea ha un colore blu come visibile qui sotto. La ricetta da Wikipedia per il rapporto aureo richiede una linea nella metà della distanza AB. Al fine di avere un punto di riferimento per questo, sulla linea viene inserito un vertice supplementare con lo strumento. Questo è mostrato sotto.



Il punto di riferimento deve rimanere al centro della distanza AB. Questo si ottiene selezionando prima le due estremità della distanza AB e poi, come terza selezione, il punto centrale. Quando si selezionano i tre punti nella giusta sequenza, il vincolo di simmetria può essere impostato cliccando sul pulsante, come mostrato sotto.



L'immagine seguente mostra già il secondo lato BC della costruzione del triangolo. Questa linea è stata disegnata come descritto sopra e convertita in una linea di costruzione. Questa linea deve avere un vincolo verticale come visibile nell'immagine. Ciò può essere ottenuto facilmente raggiunto disegnado la linea quasi verticale. Se la linea è quasi verticale, quando la linea è finita, Sketcher imposta un vincolo verticale e ne mostra il simbolo.

The line BC must have half of the length of AB. There is only a reference point available for this purpose, so the equality constraint can not be used. The equality constraint would need a line with this length as reference, which is not available in the construction. Therefore the classical arc is used to define the length BC. The picture below shows the drawing of the arc. The arc-tool is used. First the center point is set at B. The point should be visible beneath the arc-tool at clicking at B. Often the arc-tool has not has to be not directly over the target point but a little beneath, in order to get the coincidence point visible. Second the radius of the arc is defined by setting the next point at the reference point. The last point of the arc is set in the neighborhood of the point C. It is important, that the first two points are fixed to C and the center point. This should be tested with dragging at the arc after finishing it.



In order to define the length of BC, the line must end at the arc. This will be done by setting a coincidence constraint between the last arc point and the C point as shown below. Both points have to be selected and the create a coincidence button has to be clicked.



The next picture shows the ready triangle. The hypotenuse AC is already drawn and converted to a construction line.



Now step 2 of the Wikipedia recipe has to be constructed. A second arc has to be drawn with the center point at C and the starting point at B. The last point should be end at the hypotenuse as shown in the picture below.



The drawn arc was converted to a construction line. Now step 3 of the Wikipedia recipe starts with drawing the last arc as shown in the picture below. The radius of this arc has to be defined with the above constructed point on the hypotenuse. The last point will usually not end at a corner of the rectangle. But this is not a problem, as it will be fixed later. The last point may set as shown below.



Now the final step has to be made, in order to made the horizontal line of the rectangle equal to the distance AS. This is shown below by setting a coincidence constraint between the end of the last arc and the corner of the rectangle.



Now the vertical line has to be made the length of the distance SC. Setting an equality constraint by selecting the button as shown below, will do this.



The next picture shows the rectangle with a side length ratio equal to the golden ratio. The rectangle should have only left one degree of freedom. So at dragging at it, it should only change its size but not move. If a certain size of one side is needed, a length constraint can be added to this side. Other wise the sketch is ready and can be closed. Only a rectangle should than be visible in the FreeCAD window.



Exercise: resilient sketch
The above example introduced construction lines. Now some important things to make resilient sketches are discussed. Here is an exercise to get some practice at working with the sketcher. The goal is to make a sketch for something like a special frame as shown below.



There should be only three dimensions needed to define the frame. In order to make changing dimensions easier, the constraints can be renamed to something memorable. Just select the constraint in the list view and press . The constraint can be named for example to "Thickness". The drawing below shows the dimensions. The peak at the right side should have two times the wall thickness.



The sketch should look as intended also after changing the key dimensions for example to 2000 mm and back to 30. You may need to use angle constraints at certain places to reach this goal. The picture below shows a sketch, which was not robust against such changes. It is unusable now. In order to get the original state back, the undo-button can be used.



The above sketch is unusable for the Part-Design Workbench. Only Profile without intersecting lines are allowed. Construction lines may intersect. Those are not used for making solids.

One of the main usage of the Sketcher is the construction of parts in the Part-Design-workbench. The already existing geometry can be used similar to construction lines. As this tutorial takes its focus more on the basic sketcher functionality, have a look here for usage of external geometry: Sketcher_External