本发明涉及一种齿轮啮合面三维微应变场的数字图像测量装置及测量方法，其包括齿轮动态加载机构，齿轮动态加载机构与被测齿轮啮合接触形成啮合面，在齿轮动态加载机构和被测齿轮之间设置有图像传递系统，图像传递系统将啮合面的清晰图像传递至成像设备；成像设备通过图像传递系统将采集到的啮合面立体图像输送至数字图像处理系统；齿轮动态加载机构包括模拟齿、L型转动轴、电磁铁、电磁铁控制器和支撑结构；被测齿轮与模拟齿啮合，模拟齿固定在L型传动轴的一端，L型传动轴的另一端设置有电磁铁，电磁铁与电磁铁控制器电连接；L型传动轴中部与支撑结构活动连接。本发明光路简单、对环境要求较低、具有非接触和全场测量等优点，可以广泛应用于机械测试领域。