Keltainen robottivarsi, jossa on sininen valo, skannaa metallista auton osaa mustalla alustalla teollisuusympäristössä.

Savonia-artikkeli Pro: GPS konepajassa: yhteinen kieli suunnittelusta mittaukseen

Savonia-artikkeli Pro on kokoelma monialaisen Savonian asiantuntemusta eri aiheista.

08.09.2026 Artikkelit Pro Kone ja energia Tekniikan ala TKI

This work is licensed under CC BY-SA 4.0

GPS yhdistää suunnittelun, valmistuksen ja mittauksen

Arkikielessä kirjainyhdistelmä GPS tarkoittaa useimmiten paikannukseen liittyvää teknologiaa. Konepajassa ja valmistavassa teollisuudessa GPS (Geometrical Product Specifications) tarkoittaa kuitenkin geometrista tuotemäärittelyä. GPS:n standardoidut merkinnät muodostavat kansainvälisen symbolikielen, jonka avulla kappaleen tai kokoonpanon geometriset vaatimukset voidaan esittää yksiselitteisesti piirustuksissa ja 3D-malleissa valmistusta ja mittausta varten.

Savonia-ammattikorkeakoulun GPS-PS-hankkeessa geometrista tuotemäärittelyä tarkastellaan erityisesti konepajojen näkökulmasta. Hankkeen tavoitteena ei ole käsitellä GPS:ää vain piirustusmerkintöinä, vaan yhteisenä tapana määritellä ja tulkita kappaleen geometrisia vaatimuksia suunnittelussa, valmistuksessa, mittauksessa ja laadunhallinnassa. Yhteisen määrittelyn ja tulkinnan merkitys korostuu erityisesti hitsatuissa kokoonpanoissa, joiden lopulliseen geometriaan vaikuttavat useat työvaiheet.

Miksi perinteinen kaksipistemitta ei aina riitä?

Kaksipistemitta tarkoittaa kahden vastakkaisen mittauskohdan välistä etäisyyttä. Esimerkiksi työntömitalla tai ulkomikrometrillä mitattaessa määritetään tavallisesti tällainen kahden kosketuskohdan välinen mitta. Kaksipistemitta on monessa tilanteessa selkeä ja käyttökelpoinen tapa määrittää esimerkiksi kappaleen ulkomittoja. Se kuvaa kuitenkin vain valittujen mittauskohtien välistä etäisyyttä eikä välttämättä kerro koko pinnan muodosta mitään. Pelkkä pituusmitta ei myöskään määritä geometrista perustaa tai koordinaatistoa, jonka suhteen piirteen sijaintia ja suuntaa tulisi tarkastella.

Kaksi kaaviota: vasemmalla on suorakulmio, johon on merkitty ⌀40 ±0,1, ja oikealla on kovera muoto, johon on merkitty ⌀39,95; molemmissa on kaksisuuntaiset nuolet, jotka osoittavat halkaisijan mitat. — Kuva 1. Vasemmalla on akselin nimellinen geometria ja oikealla valmistettu akseli, jonka suoruuspoikkeamaa on havainnollisuuden vuoksi liioiteltu. Valmistetun akselin halkaisijan kaksipistemitta on mittatoleranssin sisällä, mutta täyttääkö akseli silti toiminnalliset vaatimukset?

Geometrisilla toleransseilla määritellään kappaleen piirteiden muotoa, suuntaa, sijaintia ja heittoa koskevia vaatimuksia. ISO 1101 -standardi käsittelee näiden vaatimusten esittämistä ja tulkintaa. Seuraavassa esimerkissä tarkastellaan sijaintitoleranssia ja sen eroa perinteiseen mitoitustapaan.

Perinteisessä mitoituksessa esimerkiksi reiän sijainti voidaan ilmoittaa kahdella kappaleen reunoista annetulla mitalla. Jos molemmille mitoille annetaan oma mittatoleranssinsa, reiän sallituksi vaihtelualueeksi muodostuu käytännössä suorakulmainen alue. Geometrista tolerointia käytettäessä reiän teoreettinen sijainti määritellään edelleen kahdella kappaleen reunoista annetulla mitalla, mutta reiän keskiakselille annetaan sijaintitoleranssilla sallittu sylinterimäinen toleranssialue. Sallittu sijainnin vaihtelu ei tällöin muodostu kahden erillisen mittatoleranssin rajaamaksi suorakulmaiseksi alueeksi. Sylinterimäinen toleranssialue vastaa usein paremmin reiän toiminnallista käyttöä esimerkiksi silloin, kun reikää käytetään osien paikoittamiseen tai pulttiliitoksessa.

Kaksi teknistä piirustusta suorakulmaisesta osasta, jonka vasemmassa yläkulmassa on viiste, keskellä reikä ja mitat; oikeassa piirustuksessa on esitetty geometriset toleranssit sekä vertailupisteet A ja B. — Kuva 2. Vasemmalla reiän keskiakselin sallittu sijainnin vaihtelualue on määritelty kahdella erillisellä mittatoleranssilla ja oikealla geometrisella sijaintitoleranssilla. Toleranssialueiden kokoa on havainnollisuuden vuoksi liioiteltu.

Peruselementtijärjestelmä määrittelee geometrisen perustan

Monet geometriset toleranssivaatimukset määritellään suhteessa peruselementtiin tai peruselementtijärjestelmään. Näin on myös kuvan 2 sijaintitoleranssissa, jossa tasomaiset peruselementit A ja B muodostavat peruselementtijärjestelmän. ISO 5459 -standardin mukaiset peruselementit voivat olla tasoja, suoria viivoja tai pisteitä. Peruselementti muodostetaan kappaleen yhdestä tai useammasta yksilöidystä pinnasta. Kun kahta tai useampaa peruselementtiä käytetään määrätyssä järjestyksessä, ne muodostavat peruselementtijärjestelmän.

Geometristen toleranssien ja peruselementtien merkitys korostuu hitsatuissa kokoonpanoissa. Hitsauksen lämmöntuonti ja siitä aiheutuvat muodonmuutokset voivat muuttaa pintojen muotoa ja suuntaa sekä reikien ja muiden piirteiden keskinäistä sijaintia. Tämän vuoksi kappale voi näyttää yksittäisten mittojen perusteella hyväksyttävältä, vaikka sen toiminnalliset piirteet eivät ole oikeassa suhteessa toisiinsa. Vastaavasti kappale voi näyttää poikkeavalta, vaikka poikkeama kohdistuu alueeseen, jolla ei ole käytännön merkitystä tuotteen toiminnalle.

Kaksi teknistä piirustusta renkaasta, jossa on 30 mm:n reikiä. Vasemmassa piirustuksessa on esitetty mitat: 70 ± 0,5 mm. Oikeassa piirustuksessa on lisätty geometriset toleranssit sekä yksityiskohtainen merkintä A, jossa korostetaan pintaa ja mittoja koskevat vaatimukset. — Kuva 3. Reikien yhdensuuntaisuus voidaan säilyttää peruselementtiin A sidotulla geometrisella toleranssilla, vaikka levyn muoto muuttuu. Näin muodonmuutos voidaan sallia alueella, jolla se ei haittaa kappaleen toimintaa.

RPS yhtenäistää kappaleen paikoitusta

Peruselementtijärjestelmä määrittelee geometrisen perustan, jonka suhteen kappaleen vaatimuksia tarkastellaan. Valmistuksessa ja mittauksessa kappale on myös paikoitettava tämän perustan mukaisesti.

Hitsaavassa konepajassa sama kappale voidaan joutua kiinnittämään eri tavalla hitsausta, koneistusta ja mittausta varten. Hitsauksessa tarvitaan pääsy hitsattaviin kohtiin, koneistuksessa työkalun pitää päästä koneistettaville pinnoille ja mittauksessa mittalaitteen pitää päästä tarkastettaviin piirteisiin. Siksi hitsaus-, koneistus- ja mittauskiinnittimet voivat olla rakenteeltaan hyvin erilaisia. Eri työvaiheissa kappaleen paikoituksen geometrisen perustan pitää kuitenkin säilyä samana.

Yksi menetelmä kappaleen yhdenmukaisen paikoituksen säilyttämiseen eri työvaiheissa on referenssipistejärjestelmä eli RPS (Reference Point System). RPS:ssä suunnittelija määrittelee kappaleen tai kokoonpanon paikoituksessa käytettävät referenssipisteet, jotka muodostavat referenssipistejärjestelmän. Sen avulla kappaleen paikka ja asento voidaan määrittää yhdenmukaisesti valmistuksen, kokoonpanon ja mittauksen eri vaiheissa. RPS:n mukainen paikoitus voidaan sovittaa yhteen kappaleen tai kokoonpanon peruselementtijärjestelmän kanssa. RPS on kehittynyt autoteollisuuden tarpeista, mutta sitä hyödynnetään myös geometrisesti monimutkaisten osien ja kokoonpanojen valmistuksessa.

RPS ei ole kansainvälinen ISO-standardi, mutta sen käytöstä on laadittu teollisuudessa yrityskohtaisia standardeja. RPS:n määrittelyssä voidaan hyödyntää myös ISO 5459 -standardin mukaisia rajoitettuja peruselementtejä. Tällöin peruselementin muodostamiseen käytetään koko pinnan sijasta erikseen määriteltyjä pisteitä, viivoja tai alueita.

Metallikiinnikkeen isometrinen piirros, jossa on erilaisia reikiä ja uria, jotka on merkitty kirjaimilla A1, A2, A3, B1, B2 ja C1. Vaaleanpunaisella korostetut kohdat osoittavat yksityiskohdat, joihin selitteet viittaavat. — Kuva 4. Esimerkki levyrakenteen rajoitetuista peruselementeistä. Ensimmäinen peruselementti A muodostetaan kolmesta rajatusta alueesta A1–A3, toinen peruselementti B kahdesta rajatusta alueesta B1 ja B2 sekä kolmas peruselementti C pisteestä C1.

3-2-1-periaate selittää RPS:n toimintaa

RPS:n toimintaa voidaan havainnollistaa 3-2-1-periaatteella. Kappaleella on kolmiulotteisessa avaruudessa kuusi vapausastetta: se voi siirtyä X-, Y- ja Z-akselien suunnassa sekä kiertyä jokaisen akselin ympäri. 3-2-1-periaatteessa nämä vapausasteet rajoitetaan hallitusti kuudella teoreettisella kosketuspisteellä. Fyysisessä kiinnittimessä kosketuspisteet toteutetaan esimerkiksi tukipinnoilla, paikoitustapeilla, vasteilla tai muilla paikoituselementeillä.

Yksinkertaistetussa esimerkissä peruselementtijärjestelmä muodostuu tasosta, suorasta viivasta ja pisteestä. Kolme ensimmäistä kosketuspistettä määrittävät ensimmäistä peruselementtiä vastaavan tason. Ne rajoittavat kappaleen siirtymisen Z-akselin suunnassa sekä kiertymisen X- ja Y-akselien ympäri. Kaksi seuraavaa kosketuspistettä määrittävät toista peruselementtiä vastaavan suoran viivan ja rajoittavat siirtymisen Y-akselin suunnassa sekä kiertymisen Z-akselin ympäri. Viimeinen kosketuspiste vastaa pisteenä olevaa kolmatta peruselementtiä ja rajoittaa jäljelle jäävän siirtymisen X-akselin suunnassa. Näin kappaleen kaikki kuusi vapausastetta tulevat rajoitetuiksi.

3D-CAD-malli, jossa on alusta, erimuotoisia värillisiä pylväitä, reikiä sekä XYZ-koordinaattiakseli vasemmassa yläkulmassa. — Kuva 5. Levyrakenteen paikoitus kiinnittimessä 3-2-1-periaatteen mukaisesti toteutettuna. Kolme vihreää paikoituselementtiä määrittävät ensimmäistä peruselementtiä (A) vastaavan tason, kaksi keltaista paikoituselementtiä toista peruselementtiä (B) vastaavan suoran viivan ja yksi sininen paikoituselementti kolmatta peruselementtiä (C) vastaavan pisteen.

GPS-koulutusta kehitetään yritysten esimerkkien avulla

GPS-PS-hankkeen koulutussisältöjä on kehitetty yhdessä Pohjois-Savon konepajayritysten kanssa. Yrityskäynneillä, työpajoissa ja palavereissa on kartoitettu yritysten geometrisen tuotemäärittelyn nykyisiä käytäntöjä, osaamista ja koulutustarpeita sekä kerätty esimerkkejä koulutusmateriaalin pohjaksi. Koulutustarve on tarkentunut edelleen koulutuspiloteista saadun palautteen ja hankkeen ohjausryhmässä käytyjen keskustelujen perusteella. Yrityslähtöinen toteutustapa vastaa hankesuunnitelmaa, jossa yritysten tehtävänä on tuoda hankkeeseen työelämän tarpeita ja käytännön esimerkkimateriaaleja koulutuksen kehittämiseksi.

Hankkeessa on järjestetty kaksi koulutuspilottia, joissa keskityttiin geometrisen tuotemäärittelyn perusteisiin, keskeisiin standardeihin ja yhteisen käsitteistön muodostamiseen. Pilotit ja niistä kerätty palaute ovat osaltaan auttaneet tarkentamaan yritysten koulutustarpeita ja tulevien koulutusten sisältöjä. Seuraavan koulutuksen painopiste on GPS:n perusteiden soveltamisessa, erityisesti referenssipistejärjestelmässä eli RPS:ssä.

Seuraava koulutuspilotti rakennetaan yrityksiltä saatujen todellisten CAD-mallien ympärille. GPS:n perusteiden pohjalta osallistujat tarkastelevat toiminnallisesti tärkeiden piirteiden tunnistamista, RPS-pisteiden määrittämistä sekä kappaleen paikoitusta valmistuksen, kokoonpanon ja mittauksen eri vaiheissa. Samalla käsitellään 3-2-1-periaatetta osana RPS:n soveltamista. Koulutukseen liitetään myös metrologian näkökulma, jossa tarkastellaan kappaleen paikoituksen, mittauksen toteutuksen ja mittaustulosten tulkinnan yhteyttä suunnittelussa määriteltyihin geometrisiin vaatimuksiin. Tavoitteena on tehdä tämä yhteys näkyväksi yritysten omien esimerkkien avulla.

3D-CAD-malli, jossa värikartta havainnollistaa poikkeamien arvoja pintojen yli; tietoruuduissa näkyvät numeeriset tulokset eri tasoille. Väriskaala osoittaa poikkeaman arvon -2,50 mm:stä (sininen) 2,50 mm:iin (punainen). — Kuva 6. Poikkeamakartta havainnollistaa mitatun kappaleen geometrian poikkeamia nimellisestä CAD-mallista. Tulosten tulkinnassa olennaista on tarkastella poikkeamien sijaintia ja niiden vaikutusta kappaleelle määriteltyjen geometristen vaatimusten täyttymiseen. Kuva julkaistu yrityksen luvalla.

Kolmannesta koulutuspilotista saatavaa palautetta ja kokemuksia hyödynnetään hankkeessa kehitetyn koulutuskokonaisuuden viimeistelyssä. Tavoitteena on yhdistää standardien käsitteet todellisiin suunnittelu-, valmistus- ja mittaustilanteisiin. Olennaista ei ole ainoastaan osata lukea geometrisia toleransseja, peruselementtejä ja RPS-merkintöjä, vaan ymmärtää, miten suunnittelussa määritellyt geometriset vaatimukset toteutetaan valmistuksessa ja todennetaan mittauksessa.

Artikkeli on laadittu Geometrisen tuotemäärittelyn ja metrologian kehittäminen Pohjois-Savossa (GPS-PS) -hankkeessa. Hankkeen päärahoittajana toimii Itä-Suomen elinvoimakeskus, joka on myöntänyt hankkeelle Euroopan aluekehitysrahaston (EAKR) rahoitusta.

Kirjoittajat

Jarmo Kekkonen, TKI-asiantuntija, Savonia-ammattikorkeakoulu

Artikkelin työstämisessä on hyödynnetty tekoälyä.

Lähteet

SFS-EN ISO 14405-1:2025:en. Geometrical product specifications (GPS). Dimensional tolerancing. Part 1: Linear sizes.

SFS-EN ISO 1101:2017. Geometrinen tuotemäärittely (GPS). Geometriset toleranssit. Muodon, suunnan, sijainnin ja heiton toleranssit.

SFS-EN ISO 5459:2024. Geometrinen tuotemäärittely (GPS). Geometrinen tolerointi. Peruselementit ja peruselementtijärjestelmät.

Verisurf Software. Ei päiväystä. RPS Alignment for Inspection. Verkkosivu. Viitattu 7.9.2026. https://www.verisurf.com/blog/article/rps-alignment-for-inspection/

EU:n lippu, jossa on kaksitoista keltaista tähteä ympyrässä sinisellä taustalla, ja sen vieressä suomenkielinen teksti: ”Euroopan unionin osarahoittama”, eli ”Euroopan unionin yhteisrahoittama”.

Kaikki artikkelit