目前,对齿轮齿面开展三维拓扑测量已成为研究热点,但对齿面空间误差理论分析还未引起足够重视.基于运动学原理,对齿面空间多自由度进行分析并参数化,完成齿面多自由度表征.通过对齿面综合误差分解为0阶、1阶和高阶误差,分析各阶误差与齿面自由度的关系,指出误差的产生实质是齿面存在未受约束的自由度,为齿面误差评定建立了理论基础.基于上述误差多自由度理论,提出通过齿面正交距离回归求解齿面自由度参数,进而建立多自由度齿面实现齿轮各项误差多自由度评定的方法.应用该方法对一右旋斜齿轮进行误差测量和评定,测量分别采用特征线测量方式和拓扑方式,评定结果验证了齿轮误差多自由度理论和基于多自由度回归齿面评定误差方法的正确性,为齿轮整体质量检测提供了理论基础和技术手段.