齿轮是机械传动中应用最广泛的一种传动零部件。中小齿轮的测量技术已经成熟，但对于直径6000mm以上的特大型齿轮，目前没有有效的精密测量手段。大齿轮测量方式主要有离位测量与在位测量。离位测量的基本思路是“以大测大”，其关键问题是大尺寸导轨和轴系精度难于保证。在位测量的基本思路是“以小测大”，其关键问题是确定测量装置与被测齿轮的精确位置关系。为解决特大型齿轮测量的世界性难题，本文研发了特大型齿轮激光跟踪在位测量系统。它结合激光跟踪仪的大空间测量能力与坐标测量机的高精度测量能力，采用“以小测大”的在位测量方式实现特大型齿轮测量。特大型齿轮激光跟踪在位测量系统采用激光跟踪仪确定特大型齿轮与三维测量平台之间的位置，利用姿态调整系统实现三维测量平台相对被测齿轮的姿态调整，将三维测量平台调整至最佳状态下对齿轮进行测量。本文研究了特大型齿轮激光跟踪在位测量系统的关键技术，主要工作如下：　　⑴讨论了齿轮测量相关技术，针对特大型齿轮测量现状进行了详细分析。分析了“以大测大”与“以小测大”的测量方式，提出了特大型齿轮激光跟踪在位测量系统方案。论述了特大型齿轮激光跟踪在位测量原理，介绍了激光跟踪仪与三坐标测量机的结构与基本特点;分析了特大型齿轮定位原理;分析了三维测量平台的定位原理;分析了姿态调整系统的工作原理;阐述了特大型齿轮激光跟踪在位测量的实现过程。　　⑵分析了特大型齿轮激光跟踪在位测量系统的定位模型。提出了坐标系拟合方法并定义了坐标系拟合误差;提出了姿态调整模型，并分析了模型的可行性与精度;提出了截面法齿轮工件坐标系的建立模型;提出了三维扫描测头的标定方法及数据筛选算法;通过坐标系变换，将齿轮工件坐标系与三维测量平台机器坐标系进行关联，最终实现被测齿轮与三维测量平台的定位。　　⑶研究了特大型齿轮激光跟踪在位测量系统精度理论。采用蒙特卡洛法进行测量系统不确定度分析;对齿轮工件坐标系的建立进行实验，分析了齿轮工件坐标系定位不确定度;对三维测量平台机器坐标系的建立进行实验，分析了三维测量平台机器坐标系定位不确定度;介绍了三维测量平台误差补偿模型及补偿方法;提出了特大型齿轮温度补偿模型;分析了在位测量系统原理误差;为实现特大型齿轮激光跟踪在位测量系统的精确定位，提出了齿轮定位修正模型。　　⑷研究了齿轮误差三维评定方法，提出了特征线齿轮误差三维评定方法与全齿面齿轮误差三维评定方法。提出了特征线齿轮误差三维评定的误差定义与评定算法;分析了测头半径对齿轮测量的影响，并提出了测头半径补偿方法。　　⑸设计了单纯形正交距离拟合算法，统一了空间直线、平面、球、圆柱拟合算法。提出了渐开线拟合、渐开线偏心拟合以及渐开螺旋面拟合算法，通过实验验证了算法的正确性与精度。　　⑹构建了特大型齿轮激光跟踪在位测量系统，设计了三维测量平台系统与姿态调整系统。开发了特大型齿轮激光跟踪在位测量软件，并对特大型齿轮激光跟踪在位测量系统进行实验研究。调试了三维测量平台的运动性能;检测了三维测量平台的机械精度;检测了激光跟踪仪定位三维测量平台机器坐标系的精度;检测了激光跟踪仪定位齿轮工件坐标系的精度;验证了齿轮定位算法的可行性与精度;为检验特大型齿轮激光跟踪在位测量系统原理的可行性与测量精度，对外径接近1m的标准4级大齿轮与外径5.5m的特大型齿轮进行了测量，实验结果表明，特大型齿轮激光跟踪在位测量原理正确，测量系统完全满足6级特大型齿轮测量要求。