本发明公开一种基于同步采图的焊接偏差测定方法、装置和自动焊接系统，所述方法包括以下步骤：获取焊接区域内同一时间点的熔滴图像和焊缝图像；融合所述熔滴图像和所述焊缝图像，以得到时间点相对应的熔池图像；依次在不同时间点获得多帧所述熔池图像，并确定基准熔池图像和待测熔池图像；分别提取所述基准熔池图像和所述待测熔池图像中的熔滴位置信息和焊缝位置信息；根据所述基准熔池图像和所述待测熔池图像中的熔滴位置信息和焊缝边缘位置信息，计算获得焊接偏差值。本发明能够实现实时在线监测熔滴和焊缝的位置，降低自动焊接设备的成本，同时提高焊缝跟踪的精度。