(1) Antecedentes: Los timones de dirección del aire se utilizan para controlar la actitud de vuelo de las aeronaves, y su calidad superficial afecta directamente a la precisión y seguridad del vuelo. (2) Método: Los métodos de posicionamiento tradicionales solo pueden obtener información de ubicación de defectos a nivel de imagen, pero no pueden determinar la posición física de la superficie del defecto en el timón de dirección del aire, lo que carece de orientación para la reparación posterior del defecto. Proponemos un método de posicionamiento de la superficie física del defecto basado en un modelo de mapeo de cámara. (3) Resultados: Se realizaron experimentos de posicionamiento repetidos en tres defectos superficiales típicos del timón de dirección del aire, con un error absoluto máximo de 0.53 mm y una incertidumbre máxima de 0.26 mm. A través de sistemas de hardware y desarrollo de software, se logró la función de posicionamiento en tiempo real para defectos superficiales en el timón de dirección del aire, con un error de posicionamiento axial máximo para el posicionamiento en tiempo real de defectos de 0.38 mm. (4) Conclusiones: El método propuesto de posicionamiento de defectos cumple con la precisión requerida, proporcionando una base para la reparación de defectos superficiales en el proceso de fabricación del timón de dirección del aire. También ofrece un nuevo enfoque para el posicionamiento de defectos superficiales en productos similares, con valor de aplicación en ingeniería.