1、表面形状测量回转基准及回转误差分离技术
表面轮廓形状测量仪器中，通常采用高精度回转轴系和直线导轨作为运动基准，因此，其测量精度受制于仪器回转轴系的径向误差和精密导轨的运动误差。对于微细加工中所使用的高速回转轴系径向回转误差的测量和分离，通常使用精密半球配合激光多普勒振动测试仪或电容传感器来实现。然而，在大型球面非 球面的轮廓测量中，测量仪器回转轴系引入的空间回转运动误差制约着测量精度的提高。而在空间回转运动误差中，由回转轴系的轴向回转运动误差，如轴向端跳、角 摆和晃动等引起的测量误差随被测表面形状半径的增大呈放大趋势，仪器的测量精度更主要的受制于轴向回转运动误差。在研究多点法轴系回转运动误差测量的基础上，进一步分析了超精密单点金刚石车削中，精密气浮回转轴系的运动误差对加工表面微细形貌的影响，通过五自由度动态模型分析得出在大型零件的超精密金刚石车削加工中，气浮回转轴系的轴向回转误差和平移运动显著地影响加工表面的微细形貌。再者，对于仪器轴系空间回转误差的分离应尽可能与表面形状测量同时进行，以保证测量重复性并降低各类漂移误差的影响。而上述难题已成为大型表面轮廓测量仪器提高测量精度的技术瓶颈。
对于任意测量圆周上轴系回转误差的分离，NPL和UCL共同搭建的大型摆臂轮廓测量仪，该仪器中所采用的轴向回转误差分离方法为：先通过干涉法得出被测镜面各扫描圆周上的偏移值，再与传感器实测的各实际偏移相减，将这一结果视为各测量圆周上的轴系回转误差，然后再将此轴系误差结果从各测量结果中减掉。这种 形式的两次测量标定法无法实现在线实时测量，不能保证测量精度，且两次相减后获得的结果并不只包含轴系误差，还可能包含表面轮廓本身的信息，其测量精度为数十纳米。
在精密测试计量领域，与轴向回转运动误差的分离方法相关的研究也未见诸于其他相关报导。而对于大型非 球面元件的表面形状测量，如果采用多步法进行轴系空间回转运动误差的分离，不仅存在谐波抑制问题，而且误差分离系统复杂、操作困难、测量时间长，极易产生各类漂移误差问题，并不适合应用于大口径非 球面表面轮廓测量系统中。因此，在单转位径向回转运动误差分离方法及技术的基础上，进一步研究应用于大口径非 球面表面轮廓测量的轴系空间回转运动误差分离方法及技术，以期建立具备轴系空间回转运动误差全谐波分离能力，尤其是 轴向空间回转运动误差实时全谐波分离能力的精密回转轴系，为大口径非 球面表面轮廓测量仪器提供高精度回转基准，保证大口径非 球面元件表面轮廓特征的超高精度测量。
2、偏心和倾斜位姿误差的调整技术
在圆度、圆柱度和表面轮廓等特征的轴回转式精密测量仪器中，放置于回转工作台上的被测样品与仪器回转轴线之间总会存在偏心、倾斜等位置和姿态的误差，这类位姿误差会对上述特征参数的精密测量产生影响。
例如，在纳米级超精密圆度测量中，如果被测件与仪器回转轴线间存在偏心误差，那么圆度测量结果中就会包含由该偏心误差引起的一次谐波特征信息，该特征信息与被测件本身固有的一次谐波形状特征混杂在一起，被测件圆度形状特征的准确测量就无法实现。在超精密圆柱度测量中，为获得被测圆柱的整体轮廓特征，需要测量一系列高度位置圆截面的径向轮廓误差再进行圆柱度拟合评定，如果被测圆柱的回转轴线与仪器回转轴线存在倾斜角 度，那么所测得的就是 一系列椭圆截面上的径向轮廓误差，所测得的圆柱度特征就会存在较大误差。而在大口径非 球面表面轮廓测量系统中，由于测量传感器沿仪器回转的轴线方向进行高度等轮廓尺寸特征的测量，被测非 球面的偏心误差会导致各测量圆周与仪器回转中心的偏离，而倾斜误差会在测量结果中引入很大幅值的一次谐波，即倾斜误差，这都会对各测量圆周的特征测量结果带来极大的影响。因此，需要对被测件进行精密的倾斜和偏心等位姿误差的精确调整。
有鉴于此，具备倾斜偏心调整功能的回转工作台成为精密测量领域的重要装置，广泛应用于精密圆度、圆柱度和表面轮廓等轴系回转类测量仪器中对被测件倾斜和偏心等位姿误差的精确调整，这类工作台需满足调整精度高、调整范围大、承载重、承载刚度好等要求。
现有倾斜偏心调整工作台一般采用滚动元件或液体静压技术作为承载轴承，采用 花岗石平台作为构件基座。滚动元件轴承不仅制造困难、加工精度难于保证，而且低速下容易产生爬行，装配不当会产生震动和严重磨损，因此倾斜和偏心调整的精度难以提高到微米级。液体静压工作台中静压台和主轴等均需使用质量要求很高的润滑油作为刚性承载介质，静压处发热高，影响工作寿命，并且工作台的自身结构复杂，需要专用的供油系统，维护困难。
因此，需要研究精密偏心和倾斜调整技术，并基于该技术研制具备精密偏心和倾斜调整功能的回转工作台，为所研制的大口径非 球面测量仪器提供精密回转工作台仪器基础。
3、非 接触式探针扫描技术
在光学精密加工、MEMS微器件制造、半导体光刻和精密机械微细加工等领域，需要对表面轮廓、微细结构、台阶高度和粗糙度等特征进行精密测量，因此就需要相应特性的传感测量方法以完成上述需求。这样的传感测量方法大致可分为两类：光学测量技术和扫描探针测量技术。光学测试技术主要利用焦点跟 踪、干涉和散射等光学特性探测物体微细形貌结构，主要包括光三角 法、共焦显微法、移相干涉、相干扫描干涉法、自聚焦法、像散法和散射法等；而扫描探针测量技术主要是 利用探针与被测试样间的某种 特殊物理效应并将其转化为电信号，经过处理后完成对试样表面微观形貌的重现，主要包括微接触力的微纳三坐标系统、扫描力显微镜和原子力显微镜等。
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