本发明公开了一种用于三维焊缝跟踪的光学系统及方法，所述系统包括圆形弧光导入系统、隔光系统、光路校准系统和视觉采集处理系统；圆形弧光导入系统，包括凹透镜、凸透镜、锥形导光筒和金属反射面，用于投射圆形平行束弧光到焊件焊缝上；隔光系统，包括隔光罩、隔光阻燃布帘和磁条，用于隔离弧光；光路校准系统，包括电机、锥齿轮、滑动齿条、圆柱齿轮、转动轴和固定座，用于对工业相机和锥形导光筒的角度进行校准，保证投射到焊缝上的圆形平行束弧光处在工业相机所采集图像的正中位置；视觉采集处理系统，由工业相机和嵌入式图像处理器组成；用于采集图像，将采集到的圆形平行束弧光畸变图像进行处理。