基于二维光栅的平面位移测量系统（简称二维光栅测量系统）具有精度高、环境稳定性高等优点,广泛应用于高精度平面位移测量场合。针对二维光栅测量系统的校准是保证其测量精度的关键,然而对二维光栅的校准多借助原子力显微镜测量微观结构参数,测量范围有限,不适用于大尺寸二维光栅;对二维光栅测量系统校准多用激光干涉仪进行单方向校准,不能同时校准两个方向。因此本文设计了一种基于共平面正交双轴激光干涉原理的二维光栅测量系统校准系统,从实验装置的结构组成与硬件实现、实验装置误差模型建立、校准装置运动误差分析等方面进行研究,搭建了二维光栅测量系统校准实验装置（简称二维光栅校准实验装置）,可以实现100mm×100mm以上的二维光栅测量系统的两轴同时校准。本文的主要研究工作如下:（1）分析了二维光栅测量系统校准需求,阐述了实现二维光栅校准功能与提高校准精度所需的关键技术,设计了基于二维激光校准的总体实现方案。（2）提出了一种基于正交双轴激光干涉的二维光栅测量系统校准方法。阐述了共平面正交二维平面镜激光干涉测量方法:二维光栅随位移平台作二维运动,测头保持固定,每一方向采用差分干涉光路与长平面反射镜进行测量,确保二维测量范围内光路连续,并对装置结构进行了布局优化;设置了基于Edlen公式的环境参数补偿系统进行激光波长实时修正;采用同步测量控制系统,实现外触发脉冲控制激光与光栅示值同步记录,进而实现二维光栅校准功能。（3）分析了实验装置的主要几何误差来源,建立了包含直线度误差与角度误差的模型。根据二维光栅测量系统的结构特点,分析了安装误差对二维光栅示值的影响,针对其安装误差建立了坐标变换模型,并针对二维光栅安装平面各项转角误差分别提出了坐标系旋转与三点支承调节水平的修正方法。（4）搭建了二维光栅校准实验装置,开发了基于C#的自动控制测量软件,利用上位机通信实现了各功能模块的集成。采用增量式二维光栅对装置进行功能测试。实验结果表明,经过初步修正后,实验装置x、y方向测量误差有效减小,从原理上验证了误差修正方法的有效性,验证了实验装置功能的可行性。