纳米科学技术的发展离不开纳米测量定位技术的研究。针对国内二维纳米级测量定位装置行程范围小的不足，本文对大行程的自行搭建的二维纳米测量定位装置进行研究，以实现对超精密零件的二维尺寸与表面粗糙度的纳米级测量。其具体研究内容如下：首先，分析了Zygo双频激光干涉仪的测量误差，并利用该干涉仪对二维微动平台及二维气浮平台进行了标定。根据标定的结果去除二维微动平台的综合误差，然后利用反相法对二维微动平台的定位误差进行补偿，补偿前，X轴的最大定位误差为300nm，Y轴的最大定位误差为-295nm，补偿后，X轴的最大定位误差为±20nm，Y轴的最大定位误差为±25nm。二维气浮平台X轴的定位误差为243nm，Y轴的定位误差为221nm，利用二维微动平台做为微动台，二维气浮平台作为宏动台，采用宏微结合的方式补偿后，二维定位平台的定位误差最大为57nm，X轴的定位精度为139nm，Y轴的定位精度为126nm。其次，对二维纳米测量定位装置的测量系统进行了设计与分析。测量系统中选用光谱共焦位移传感器做为测头；从理论上对装置的悬臂式支架变形进行了研究，并进行优化设计，确定支架的结构参数；对其结构动态特性进行了分析，并利用Ansys软件对支架进行了模态分析及谐响应分析；为了自动控制测头，利用了相应的电机控制电路。最后，利用高等级的量块对二维测量定位装置进行校准并对物体二维尺寸及表面粗糙度进行测量，对装置的测量误差及测量不确定度进行了分析。实验结果表明：二维纳米测量定位装置的测量误差较大，但基本不超过100nm，在二维尺寸测量中，X、Y方向上的测量扩展不确定度分别为89nm和87nm，表面粗糙度测量的扩展不确定度为13.9%。