介绍了我们研制的一种高精度、具有计量学意义的原子力显微镜测头.该显微测头与其它部件协同工作在50 mm×50 mm×2 mm的测量范围内实现纳米级精度的测量.测头采用光束偏转法检测探针悬臂的微小偏移,由单模保偏光纤引入半导体激光作为光源.该测头安装有3个立体反射镜作为激光干涉仪的参考镜.样品与原子力显微镜测头的相对位置可以由激光干涉仪直接读数,可溯源到米国际定义及国家基准上.激光干涉仪的布置无阿贝误差.测头采用立体光路设计,结构紧凑.测头厚度小于20 mm,质量约200g,却实现了100mm的反射光程.使用该测头测得与量块表面的力-距离曲线,还测得标称高度300 nm SiO2台阶样板的图像,分辨率优于0.05 nm.

不符合阿贝原则的仪器，测量时导轨直线度将产生较大的阿贝误差。测长机按其结构是不符合阿贝原则的，但其具有特殊的光学系统可以补偿所产生的阿贝误差，使之不对测量结果产生影响。

利用正交试验法分析测定游标卡尺阿贝误差的主要影响因素,指出使用这类量具时为减小阿贝误差对测量结果的影响应注意的关键问题。

介绍了一种新型纳米三坐标测量机二维定位平台的结构设计；平台设计了无爬行的磁浮-滑动复合导轨；引入了“共平面“的导向模式，实现近零阿贝误差；并对二维定位平台力平衡和系统热效应作了优化设计。计算和实验结果表明，平台能有效解决低速驱动时的爬行问题，实现微小步距进给，满足微纳米级定位平台的要求。

为了高精度分离与修正纳米测量机工作台直线度运动和角运动误差引起的阿贝误差，介绍了一种利用速度瞬时中心进行分离的方法，推导了工作台在任意时刻的速度瞬时中心坐标计算公式，根据该公式计算出由于直线度引起的工作台上任意测量点的坐标测量误差．从原理上设计了直线度误差分离与修正的实验方案，解决了传统阿贝误差分离与修正方法中以旋转中心为工作台中心点、阿贝臂长度计算不准确的问题．

中国计量科学研究院与德国联邦物理技术研究院、德国伊尔门脑技术大学和耶那蔡司厂合作,于1997年研制成功计量型原子力显微镜.限于当时的技术水平,它还存在有不可忽略的阿贝误差,特别是在x与y方向的阿贝误差可达2～3 nm.所以,在其测量空间范围内,两点间的测量不确定度为:U=5 nm+2×10-4L(L为两点间的距离).本文报导1999年以来在原基础上所作的改进,消除了3个坐标方向上的阿贝误差,将测量不确定度提高到:U=2 nm+1×10-4L.

介绍了一种新型纳米三坐标测量机二维定位平台的结构设计。打破了传统二维定位平台堆栈的结构形式,引入了“共平面”的导向模式。经理论研究计算,能实现近零阿贝误差,满足微纳米级定位平台的要求。

通过对布氏硬度测量不确定度分析,得知在其各分量中以压痕测量系统的不确定度为最大。根据布氏硬度计量基准装置的基本要求,研制了新的高精度布氏硬度压痕测量系统,提高了原有系统的精度和稳定性。