本发明公开了一种五轴数控机床旋转轴误差的检测设备和方法，包括双目机器视觉非接触式测量头和可调位置的标准球装置；双目机器视觉非接触式测量头包括L形安装架，L形安装架上设有连接柄和相机；可调位置的标准球装置包括磁力基座，磁力基座上设有伸缩调节安装座，伸缩调节安装座顶部固定有标准球；利用机床直线轴能带动测量系统的精确定位，检测旋转轴的误差。本发明融合机器视觉非接触式测量，具有效率高、测量过程简单的优点，标准球具有各向同性、安装布局方便的特点，以及在机测量技术实现与机床自身的无缝集成，安装便捷、定位精准的优势，使得高度非线性旋转轴综合误差的测量效率高、精度好、操作简单。