Einführung in Origin

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1 Einführung in Origin Origin ist ein Software-Klassiker der OriginLab Corporation: und ist ein hervorragendes Programm zur Erstellung technischer Grafiken und zur fortschrittlichen Datenanalyse. In unserem Einführungsseminar werden wir nur einige grundlegende Schritte behandeln: Erstellen und Bearbeiten einfacher Grafiken. Für den Anfang brauchen wir einige Definitionen. Einige von denen sind nur für Origin spezifisch. Definitionen: ASCII-Datei: Origin-Projekt: Worksheet: Grafikfenster: Layer: Layersymbol: Objekt: Eine Datendatei im Textformat. In der aktuellen Sitzung erzeugten Fenster, Datensätze, Funktionen und Variablen. Eine bewegliche, in der Größe veränderliche Tabelle mit horizontaler und vertikaler Bildlaufleiste. Sie enthält Spalten und Zeilen. Ein Eintrag ist definiert als Zelle. Jede Zelle kann Zahlen, Text, Zahlen und Text, Datumsangaben oder Zeitwerte enthalten. Ein Origin-Fenster, welches ein oder mehrere Diagramme enthält. Ein Grafikfenster lässt sich getrennt vom Projekt speichern. Eine funktionale Einheit des Grafikfensters, die einen Satz von XY-Achsen, ein oder mehrere Datendiagramme, Text und grafische Markierungen einschließt. Der Layer ist verschiebbar und in seiner Größe veränderbar. Ein Grafikfenster kann max. aus 50 Layern besehen werden. Die Achsen der Layer können mitinander mathematisch verbunden werden. Ein Symbol (Icon) in der oberen linken Ecke des Grafikfensters. Es gewährt Zugang zu den Dialogboxen, die den entsprechenden Layer kontrollieren. Numeriert mit 1, 2,..., für Layer 1, Layer 2,... wird es zur gezielten Aktivierung eines Layers angeklickt. Ein Doppelklick öffnet die Dialogbox von Layer n. Ein bearbeitbares Element innerhalb eines Fensters. Klicken Sie doppelt auf das Objekt, um dessen Erscheinungsbild oder seine Funktion zu bearbeiten. 1

2 Abb. 1: Beispiel des Origin-Projekts Das ist ein Beispiel des Origin-Projektes. Die Origin-Arbeitsfläche enthält drei Unterfenster: ein Grafikfenster und zwei Worksheetfenster. Das Grafikfenster besteht seinerseits aus zwei Layern, die durch Ikonen 1 und 2 in der oberen linken Ecke nummeriert sind. Zu anderen Unterfenster-Typen zählen z.b. die Funktionsgrafik, die Excel-Arbeitsmappe, die Matrix und das Notizfenster. Die Unterfenster können verschoben und in ihrer Größe verändert werden. Jedes Unterfenster besitzt seine eigene Menüstruktur, die angezeigt wird, wenn das Fenster aktiviert ist. Ein Unterfenster lässt sich getrennt vom Projekt als eine Datei mit der entsprechenden Erweiterung speichern. Erstes Origin-Projekt Origin durch doppeltes Anklicken des Origin 6.x Programmsymbols öffnen. Bei der standarden Einstellung öffnet es sich ein neues Projekt mit einem leeren Worksheetfenster (s. Abb. 2). Ganz oben sehen Sie die Menüleiste mit verschiedenen Titeln und darunter die standarde Symbolleiste. Origin enthält eine Reihe von Symbolleisten, die eingefügt werden können. Symbolleisten enthalten Schaltflächen für häufig benutzte Menübefehle, wie z.b. Neues Projekt, Neues Worksheet, Neues Excel, Neue Grafik, Neue Funktion,..., Öffnen,..., Projekt speichern,..., ASCCI Import Einstellungen, Drucken,.... Nehmen wir an, dass Sie aus einem Experiment oder aus theoretischen Rechnungen die Datensätze für verschiedene physikalische Größen erhalten haben, und Sie wollen dann die erhaltenen Abhängigkeiten mit Origin graphisch darstellen (in unserem Fall, welcher weiterhin meistens diskutiert wird, stellen unsere theoretisch erworbene Daten die Abhängigkeit der 2

3 Clusterswärmekapazität (pro Atom) von der Anzahl der Atome im Cluster dar). Für eine Graphische Darstellung müssen Sie zuerst die Datensätze in Origin übertragen. Es gibt zwei Möglichkeiten dies zu machen: Abb. 2: Origin nach dem Start 1. Sie fügen Ihre Werte direkt ins leere Worksheet ein (s. Abb. 2). Sie benutzen immer die erste (A(X)) Spalte für die Argumentswerte und die zweite (B(Y)), dritte,..., - für die verschiedenen Funktionen. Für die Funktionsspalten ist die Zuordnung von Spalten nicht wichtig. In unserem Fall steht die A(X)-Spalte für die N-Werte (Anzahl der Atome im Cluster) und die B(Y)-Spalte - für die C-Werte (Clusterswärmekapazität). Zuerst bringen Sie den Mauszeiger in die erste Zeile der A(X)-Spalte (die Zelle wird markiert), dann tippen Sie den ersten Wert für N 1 aus dem entsprechenden Datensatz, drücken die TAB- Taste und Sie sind in der zweiten Spalte. Die Zelle 1-B(Y) wird markiert und Sie fügen den entsprechenden Wert C 1 aus dem Wärmekapazitäts-Datensatz ein. Sie drücken wieder die TAB-Taste und gehen in die nächste Zelle 2-A(X) über. Analog fügen Sie alle andere Werte N i C i ein. Der Import von Daten ist beendet und mit den nächsten Schritten wählen Sie die Spalten und Zeilen aus, die graphisch dargestellt werden sollen. Wenn Sie alle Spalten im Worksheet auswählen wollen, führen Sie die folgende Operation aus: Sie klicken mit der linken Maustaste zur Auswahl die erste Spaltenüberschrift an und ziehen dann bis zur letzten Spalte des Worksheets. Lassen Sie die Maustaste los, um alle Spalten auszuwählen. Alle ausgewählten Spalten werden markiert. 3

4 Zur Auswahl eines Zeilenbereichs führen Sie die folgende Operation aus: Klicken Sie zur Auswahl die erste Zeilenbeschriftung im gewünschten Bereich an und ziehen dann bis zur letzten Zeile des gewünschten Bereiches. Mit dem Loslassen der Maustaste sind die Zeilen ausgewählt. Ausgewählter Bereich der Zeilen wird markiert. Um den gewünschten Datenbereich zu zeichnen, wählen Sie aus der Menüleiste Zeichnen:Grafiktyp, Entscheiden Sie sich z.b. für Zeichnen:Punktdiagramm, um ein Punktdiagramm zu erzeugen. Origin öffnet ein Grafikfenster und zeigt das Punktdiagramm im Layer an (Abb. 3). Abb. 3: Menübefehl: Zeichnen Diese Methode die manuelle Übetragung von Daten in Origin wird aber äußerst unbequem, wenn Sie sehr große Datensätze haben. Ferner können die Datensätze mit Hilfe eines Rechen- oder Auswertungsprogramms zugeordnet werden und in einer Datendatei gespeichert werden. Origin erlaubt den direkten Import von Datendateien in Worksheets. Und das ist unsere zweite Möglichkeit für die Datenübertragung in Origin. 2. Z.B., befindet sich unsere Datei HCSIZE_30.DAT, die die Abhängigkeit der Clusterswärmekapatität (pro Atom) von der Anzahl der Atome im Cluster bei T= 30 K zeigt, im Laufwerk C in Verzeichnis: C:\TEMP1. Sie wollen die Datei in Origin übertragen und die Abhängigkeit graphisch darstellen. Dafür wählen Sie Datei:Import:ASCII Import (Abb. 4, von links). Dieser Menübefehl öffnet die Dialogbox ASCII Import. Wählen Sie die gewünschte ASCII-Datei aus dem Listenfeld aus und klicken Sie Öffnen (Abb. 4, von rechts). Bei der standarden Einstellung ist ein Worksheet das aktive Unterfenster, und Ihre Datendatei HCSIZE_30.DAT landet dann dort. 4

5 Abb. 4: Menübefehl: Datei:Import:ASCII Import; Dialogbox: ASCII Import Weiterhin können Sie die Daten für Ihre Grafik auswählen (s. Punkt 1) und die Grafik zeichnen. Sie können aber gleich eine ASCII-Datei in ein Grafikfenster importieren. Dafür öffnen Sie zuerst mit dem Menübefehl: Datei:Neu:Grafik ein Grafikfenster (Sie können das auch mit Hilfe der Symbolleiste Neue Grafik machen) und es aktivieren klicken Sie Abb. 5: Grafikfenster nach dem Import der HCSIZE_30.DAT 5

6 einfach auf die Oberfläche des Grafikfensters (das ist nötig, wenn auch andere Fenster geöffnet sind). Danach importieren Sie die gewünschte Datendatei, wie es schon vorher beschrieben wurde. Damit nimmt Origin an, dass es sich bei der ersten Datensatzspalte um X-Werte handelt und bei allen nachfolgenden Spalten um Y-Werte. Nach dem Import unserer Datei HCSIZE_30.DAT erhalten wir bei der standarden Origin-Einstellung die Grafik gezeigt in der Abb. 5. Viele Details in der Abbildung gefallen uns nicht: die obere und rechte Achsen sind nicht gezeigt, es fehlen die Achsen- und Textbeschriftungen, der Plot ist dünn und wir wollen keine kurzen Hilfsstriche und die langen wollen wir nach innen ausrichten. Vielleicht möchten wir auch etwas in Farbe sehen.... So sollen wir noch Einiges lernen. Individuelle Gestallt der Grafik Origin ermöglichst eine individuelle Überarbeitung jedes Grafikbereiches. Am einfachsten gelingt die Gestaltung der Grafikelemente, indem man sie doppelt anklickt. Achsen individuell anpassen Jeder 2D-Grafiklayer enthält einen Satz von X- und Y-Koordinatenachsen. Zu diesen X- und Y-Achsen zählen eine untere X-, eine obere X-, eine linke Y- und eine rechte Y-Achse. In den meisten 2D-Grafiken werden gemäß den Voreinstellungen nur eine untere X- und eine linke Y- Achse in einem Layer angezeigt. Sie haben aber die komplette Kontrolle über die Anzeigeneigenschaften aller vier Achsen im Layer. Die Eigenschaften der X- und Y-Achsen werden über die entsprechende Dialogboxen Achsen kontrolliert. Es gibt mehrere Wege, sie zu öffnen: Klicken Sie die Achsen, Hilfsstriche, Beschriftungen der Hilfsstriche doppelt an. Wählen Sie Format:Achse:Achsentyp oder Format:Achsenbeschriftung:Typ der Achsenbeschriftung. Klicken Sie mit der rechten Maustaste die Achsen, Hilfsstriche oder Beschriftungen der Hilfsstriche an und wählen aus dem Shortcutmenü: Skala, Beschriftungen Hilfsstriche oder Eigenschaften. Klicken Sie mit der rechten Maustaste den Layer (oder in der Nähe) an, der die von Ihnen zu bearbeitenden Achsen enthält und wählen aus dem Shortcutmenü: Einstellungen. Ist die Dialogbox Achsen einmal geöffnet, stehen Einstellmöglichkeiten in mehreren Registern zur Bearbeitung der derzeit ausgewählten Achsen zur Verfügung. Letztere Achse wird in der Titelleiste der Dialogbox Achse angegeben (z.b., Y Achse - Layer 1). Die derzeit ausgewählte Achse wird auch im Listenfeld Auswahl auf der linken Seite der Dialogbox wiedergegeben (z.b. Vertikal). Welche Symbole im Listenfeld Auswahl zur Verfügung stehen, hängt vom derzeit aktiven Register in der Dialogbox Achsen ab. Um die Eigenschaften anderer Achsen in Ihrem Grafiklayer zu überarbeiten, wählen Sie das gewünschte Symbol aus dem Listenfeld Auswahl aus. Die folgenden Symbole befinden sich im Listenfeld Auswahl: Register,Skalierung : Horizontal: Dies sind die untere und obere X-Achse (Abb. 6 von links). Vertikal: Dies sind die linke und rechte Y-Achse (Abb. 6 von rechts). Register Titel und Format : Unten: Dies ist die untere X-Achse (Abb. 7 oben, von links). Oben: Dies ist die obere X-Achse (Abb. 7 oben, von rechts). Links: Dies ist die linke Y-Achse (Abb. 7 unten, von links). 6

7 Rechts: Dies ist die rechte Y-Achse (Abb. 7 oben, von rechts). Für unseren Fall, nach der Öffnung der Dialogbox Achse, drücken Sie auf Register Skalierung wählen das Symbol Horizontal (X-Achse) und tragen in das Textfeld von 0 und in das Textfeld bis 150 ein; im Textfeld Inkrement tragen Sie 15 ein. Für die Y-Achse (das Symbol Vertikal) tragen Sie entsprechend 0.02, 0.35 und 0.07 ein. Abb. 6: Dialogbox Achse: Register,Skalierung Abb. 7: Dialogbox Achse: Register Titel und Format Weiterhin wählen Sie das Register Titel und Format und das Symbol Unten aus dem Listenfeld (die untere X-Achse). Geben Sie in das Textfeld Titel N ein, wählen Sie die Farbe Schwarz, für die langen Hilfsstriche die Ausrichtung Innen, für die kurzen Hilfsstriche Keine, fügen Sie 2 für die Stärke (Pkt.) (ist die Achsenbreite) und 8 für die Länge der Hilfsstriche 7

8 ein. Wenn Sie dieselben Einstellungen für alle Achsen im Layer, in dem aktuellen Fenster oder in allen Fenstern des Projektes haben wollen, aktivieren Sie einfach die Kontrollboxen: Farbe, Stärke, Hilfsstriche, länge Hilfstr. und wählen Sie entsprechend Dieses Layer, Dieses Fenster oder Alle Fenster. Durch die Aktivierung/Deaktivierung der Kontrollbox Zeige Achse und Hilfsstriche können Sie die entsprechenden Achsen einblenden/ausblenden. Ein Diagramm individuell gestalten Ein Doppelklick auf ein Diagramm öffnet die Dialogbox Details Zeichnung. Über diese Dialogbox läßt sich ein ausgewähltes Diagramm individuell gestalten. Abb. 8: Dialogbox Details Zeichnung 8

9 Das weiße Feld links zeigt die aktuellen Grafikfenster (Graph1), Layer (1) und Datendatei (HCSIZE30). Wir können verschiedene Diagrammtype auswählen: Linie, Punktdiagramm, Linie + Symbol oder Säule/Balken. Die obere Abbildung zeigt uns die Auswahl eines Liniendiagramms und die untere eines Punktdiagramms. Der rechte Teil der Dialogbox hängt von der Auswahl des Diagrammtyps ab und zeigt die Attribute des Diagramms, die man bearbeiten kann. Für die in der Abb. 8 ausgewählten Attribute erhalten wir für unseren Fall folgende Grafiken: Abb. 9: Liniendiagramm Abb. 10: Punktdiagramm 9

10 Einen Text einfügen Wir wollen unsere Grafik weiter gestalten, z.b. Text, Pfeile, Linien einfügen. Das entsprechende Hilfsmittel befindet sich in der Symbolleiste Hilfsmittel. Mit dem Menübefehl: Ansicht:Symbolleisten öffnen Sie die Dialogbox Symbolleiste Anpassen und aktivieren die gewünschte Symbolleiste Hilfsmittel. Die Symbolleiste Hilfsmittel mit den entsprechenden Schaltflächen erscheint gleich unter der Symbolleiste Standard. Abb. 11: Symbolleiste Hilfsmittel einfügen Ferner wollen wir zu der Grafik einen Text erzeugen. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten: 1. Klicken Sie die Schaltfläche T (Text) in der Symbolleiste Hilfsmittel an. Klicken Sie im Grafikfenster die gewünschte Stelle an. 2. Klicken Sie im Grafikfenster die rechte Maustaste an und wählen Sie aus dem Shortcutmenü Text hinzufügen. Klicken Sie (mit der linken Maustaste) im Grafikfenster die gewünschte Stelle an. Beide Aktionen öffnen die Dialogbox Eigenschaften Text. Wir geben unseren Text: Origin ist Prima!, mit verschieden Formatierungen ein : Normal, Fett, Kursiv, Unterstriechen; wählen aus den Auswahllisten: Hintergrund Schatten, Drehen (Grad) 0, Größe 40, Schriftart Arial, Farbe Schwarz, klicken auf OK und erhalten die Grafik mit dem eingefügten Text (s. Abb. 13). 10

11 Abb. 12: Dialogbox Eigenschaften Text Abb. 13: Origin ist Prima! 11

12 Ferner lassen sich Grafiken im Quer- oder Hochformat betrachten. Um die Seitenausrichtung des aktiven Grafikfensters zu ändern, wählen Sie Datei:Seite einrichten. Dieser Menübefehl öffnet die Dialogbox Seite einrichten. Diese liefert eine Vorschau der aktuellen Einstellung. Um das Format zu ändern, wählen Sie in dieser Gruppe den gewünschten Schalter. Abb. 14: Dialogbox Seite einrichten Wir lassen unsere Auswahl ohne Änderung, d.h. wir bleiben beim Querformat. Wenn etwas uns nicht gefällt, können wir auch weitere Bearbeitungen durchführen. Z.B. wollen wir die Beschriftung der Hilfsstriche vergrößern. Ein Doppelklick auf diese öffnet schon die früher erwähnte Dialogbox Achse im Register Beschriftung Hilfsstriche. Aktivieren Sie die Kontrollbox Fett und für die Auswahlliste Größe wählen Sie 30. Ferner wenden Sie dies auf alle Beschriftungen in diesem Layer auf. Abb. 15: Dialogbox Achse: Register Beschriftung Hilfsstriche 12

13 Sie können natürlich auch andere Datei/Dateien importieren und auf dasselbe Layer zeichnen und weiter bearbeiten wie beschrieben wurde. Abb. 16: Unser erstes Projekt: ERSTES_PROJEKT.OPJ Jetzt besteht das Projekt aus einem einzigen Worksheet und einem einzigen Grafikfenster, es gefällt Ihnen und Sie wollen es speichern. Um ein Projekt unter dem aktuellen Dateinamen zu speichern, wählen Sie Datei:Projekt speichern. Wurde das Projekt nicht schon vorher gespeichert, öffnet dieser Menübefehl die Dialogbox Datei speichern unter, in welcher, im Textfeld Dateiname, der voreingestellte Dateiname UNTITLED.OPJ erscheint. Geben Sie den gewünschten Dateinamen in das Textfeld ein (mit Angabe des Pfades) und klicken Sie Speichern, um das Projekt zu sichern. Abb. 17: Projekt als Datei ERSTES_PROJEKT.OPJ speichern 13

14 Nächster Schritt: Lineare Anpassung/Regression: Aus einem Experiment oder theoretischen Rechnungen, haben Sie einen Datensatz erhalten, den Sie mit einer Gerade: Y=A+BX anpassen/fitten wollen. In dieser Formel ist A der Schnittpunkt und B die Steigung. Mit Origin lassen sich solche Anpassungen durchführen. Abb. 18 zeigt das Diagramm, das wir linear anpassen wollen. Abb. 18: Diagramm, erhalten aus einer experimentellen oder theoretischen Studie Origins Menübefehle zur linearen und polynomiellen Anpassung befinden sich im Menü A- nalyse. Um eine Gerade an das aktive Diagramm anzupassen, wählen Sie Analyse:Fit Linear. Die Anpassung nach der Methode der kleinsten Quadrate wird automatisch ausgeführt. Für die approximierten Werte wird ein Worksheet erzeugt, die Annäherungskurve wird im Grafikfenster angezeigt (s. Abb. 19). Fitparameter und statistische Ergebnisse werden im Fenster Ergebnisse aufgenommen. Für unseren Fall haben wir die Standardfehler für A von 5.7% und für B von 3% erhalten, so war unsere Anpassung ziemlich gut und Sie speichern das Projekt als ZWEITES_PROJEKT.OPJ. Wenn aber dies nicht der Fall ist und die Fehler groß sind, müssen Sie für die Anpassung andere Funktionen aussuchen, z.b.: Fit polynomiell, Fit exponentielle Zu/Abnahme, Fit Gauss u.s.w.. Die Anpassung kann ganz analog über das Menü Analyse durchgeführt werden. 14

15 Abb. 19: Lineare Anpassung des Diagramms Data1 Und jetzt sind Sie fit genug um Ihre ersten einfachen und nicht sehr einfachen Origin-Projekte zu erzeugen. Viel Erfolg! Valeri Grigoryan Saarbrücken,